CN104417524A - 动态分配驱动扭矩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在混合动力车辆中动态分配发动机扭矩和马达扭矩以满足驾驶员扭矩需求的方法和系统。通过约束选择状况下允许的最大发动机扭矩来调节该分配以在性能和燃料经济性之间更好地平衡。在发动机运转期间在不同的发动机转速负荷(speed-load)状况处基于随着火花正时移动至MBT火花延迟扭矩比率与阈值比率的偏离来获知最佳燃料经济性下的最大发动机扭矩。

Description

动态分配驱动扭矩
技术领域
本发明总体上涉及在混合动力电动车辆中动态分配最大发动机扭矩以改善燃料经济性。
背景技术
在一些车辆(比如混合动力车辆)中，高级系统控制器可以控制用于推进车辆的多个动力和/或扭矩源。例如，控制器取决于工况可以不同的方式在多个源之间分配总的驱动请求。在分配期间，车辆控制器可以考虑一个或多个因素，比如单个扭矩源可用的输出范围。例如，发动机的最大扭矩输出可能取决于工况而发生变化，并且它可能随着发动机寿命等进一步变化。
US7,967,720显示了一种用于动态扭矩分配的示例方法。其中，在车辆运转期间基于用于多个状况(比如燃料蒸汽抽取)的真空需求来调节发动机允许的最大扭矩。特别地，当用于抽取燃料罐的真空不充足时，将最大发动机扭矩限制至提供所需抽取真空的水平。随后将其余驾驶员扭矩需求分配至混合动力车辆电动马达。
然而发明人在此认识到上述方法潜在的问题。调节最大发动机扭矩来满足真空需求可能导致最大扭矩的太多限制，这损害了燃料经济性。这样，可能难于权衡最佳燃料经济性和最大的发动机性能。对最佳性能的设置使最大发动机扭矩处于边界火花(borderlinespark)减小区域，这样效率较低并且劣化燃料经济性。另一方面，在所有状况下以处于最大扭矩最小点火提前角(MBT)火花的较低最大发动机扭矩运转牺牲了发动机性能并且当没有在最坏情况的状况下运转时不是最高效的。燃料辛烷值以及发动机内部状况(比如缸内温度、压缩、沉淀、爆震探测等)的额外变化使得更加难于精确地形成当火花处于或接近MBT时可用的最高的最大扭矩的开环预测。
发明内容
在一个示例中，通过一种用于混合动力电动车辆的方法可以至少部分地解决上述问题，该方法包含：基于驾驶员选择的车辆性能模式和扭矩需求的变化中的每者动态限制发动机的可用最大扭矩，可用最大扭矩限制在基于性能的第一扭矩极限和基于燃料经济性的第二扭矩极限之间；以及基于该动态限制向车辆提供马达扭矩。这样，可以在发动机性能和燃料经济性之间实现更好的平衡。
例如，响应于驾驶员按压车辆的ECO按钮，可以选择车辆运转的燃料经济模式。相应地，当燃料经济性优先时可以调节多个发动机运转参数的设置以改善燃料经济性同时将性能的降低最小化。特别地，可以限制可用最大发动机扭矩。在发动机运转期间可以基于火花延迟扭矩比率(即边界火花处的最大发动机扭矩相对于MBT处最大扭矩的比率)来获知(例如向上获知(learn up)或向下获知(learn down))不同发动机转速范围处约束的可用最大发动机扭矩。获知的最大发动机扭矩可以允许从发动机汲取最高扭矩且不进入低效率状态。当以经济模式运转时在稳态和瞬态期间都可以应用约束的最大发动机扭矩。相比较，当没有致动ECO按钮时并且选择了车辆性能优先的标准模式，仅在以稳态状况运转时可以应用约束的最大发动机扭矩。在瞬态状况期间，可以使用未约束的最大发动机扭矩以较小的燃料经济性惩罚为代价允许改善车辆加速。
根据本发明的一方面，提供一种用于混合动力车辆的方法，包含：从驾驶员接收车辆性能模式的选择；基于踏板位置来估算驾驶员扭矩需求的变化速率；基于车辆性能模式的选择和估算的扭矩需求的变化速率中的每者在第一和第二可用最大发动机扭矩极限之间选择；以及基于选择的扭矩极限来调节马达扭矩以满足驾驶员扭矩需求。
根据本发明的一个实施例，从驾驶员接收车辆性能的选择包括驾驶员按压连接至车辆仪表盘的按钮以选择扭矩输出优先的第一标准性能模式或燃料经济性优先的第二经济模式。
根据本发明的一个实施例，第二极限对应于低于第一极限的可用最大发动机扭矩，并且其中选择包括：响应于选择了第一性能模式并且估算的扭矩变化速率指示为稳态状况以及选择了第二经济模式并且估算的扭矩变化速率指示为稳态或瞬态状况中的一者而选择第二极限；以及响应于选择了第一性能模式并且估算的扭矩变化速率指示为瞬态状况而选择第一极限。
根据本发明的一个实施例，进一步包含基于随着火花正时向MBT移动火花延迟扭矩比率与阈值扭矩比率的偏离来获知第二极限与第一极限的偏离。
根据本发明的另一方面，提供一种混合动力车辆系统，包含：连接至电池的电动马达；发动机；配置用于从发动机接收发动机扭矩以及从马达接收马达扭矩的车轮；用于从车辆驾驶员接收一个或多个输入的车辆控制台；以及具有计算机可读指令的控制器，控制器配置用于：当驾驶员输入指示为性能需求时在稳态工况期间以具有较多约束的最大发动机扭矩的第一模式运转车辆；当驾驶员输入指示为性能需求时在瞬态工况期间以具有较少约束的最大发动机扭矩的第二模式运转车辆；当驾驶员输入指示为燃料经济需求时在稳态工况期间以具有较多约束的最大发动机扭矩的第三模式运转车辆；当驾驶员输入指示为燃料经济需求并且电动马达低于最大马达扭矩输出运转时在瞬态工况期间以具有较多约束的最大发动机扭矩的第四模式运转车辆；以及当驾驶员输入指示为燃料经济需求并且电动马达以最大马达扭矩输出运转时在瞬态工况期间以具有较少约束的最大发动机扭矩的第五模式运转车辆。
根据本发明的一个实施例，控制器进一步包含响应于当车辆以第二模式运转时接收驾驶员输入指示为燃料经济需求而约束最大发动机扭矩并增加马达扭矩以满足驾驶员扭矩需求的指令。
根据本发明的一个实施例，限制最大发动机扭矩包括将最大发动机扭矩减小一定量以将火花延迟扭矩比率移动至阈值扭矩比率。
根据本发明的一个实施例，增加马达扭矩包括将马达扭矩增加至最大马达扭矩极限而发动机扭矩保持处于受限的最大发动机扭矩，并且此后当减小传输至车轮的总驱动扭矩时保持马达扭矩处于最大马达扭矩极限以及更加约束最大发动机扭矩。
这样，更好地处理了变化的环境和发动机状况并且可用的最佳发动机扭矩可用于车辆性能同时还实现了最佳的燃料经济性。通过动态调节最大发动机扭矩的限制程度以及驱动扭矩在发动机扭矩和马达扭矩之间的分配，可以更为激进地使用可用的发动机。此外，可以使用较小、成本更低的电池来实现等效的车辆性能。
应理解，提供上文的概述用于以简化形式引入一系列原理，其将在具体实施方式中进一步进行描述。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或实质特征，所要求保护的主题的范围唯一地由权利要求书确定。此外，所要求保护的主题并不局限于解决上文或本说明书中任意部分所提到的缺点的实施方式。
附图说明
图1是混合动力电动车辆的示例混合动力传动系统中发动机的示意图；
图2是图1的车辆中的发动机、进气系统和排气系统的示意图；
图3显示用于在发动机和电动马达之间分配请求的驱动扭矩来满足驾驶员需求的高级流程图；
图4显示基于火花延迟比率获知最佳燃料经济性下可用最大扭矩的高级流程图；
图5显示描述在不同的性能模式中以及扭矩需求的变化不同时应用的最大发动机扭矩极限的表格；
图6显示最佳燃料经济性下最大扭矩的示例获知；
图7显示根据本发明的发动机扭矩和扭矩调节值的示例变化。
具体实施方式
提供了用于动态调节混合动力电动车辆(比如图1-2中的车辆系统)中可用最大发动机扭矩的方法和系统。基于驾驶员是选择车辆运转的性能模式还是经济模式并且进一步基于稳态或瞬态状态(图5)，可以改变最大发动机扭矩的极限。控制器可以配置用于执行控制程序(比如图3中的程序)以在以经济模式运转或者以性能模式运转存在稳态状况时应用较多约束的最大扭矩以实现较高的燃料经济性。相比较，当以性能模式运转时控制器可以在存在瞬态状况时应用较少约束的最大扭矩以实现改善的车辆加速。控制器还可以执行程序(比如图4中的示例程序)以基于火花延迟扭矩比率来获知每个发动机转速范围内最佳燃料经济性下较多约束的最大扭矩值。图6显示了示例获知。图7显示了基于应用的可用最大发动机扭矩在发动机扭矩和马达扭矩之间的示例动态扭矩分配。这样，实现了车辆燃料经济性和性能的更好平衡。
本发明涉及包括两个或多个不同动力源的车辆，比如混合动力电动车辆(HEV)。图1显示HEV的一种可能配置，具体是并联式/串联式混合动力电动车辆(分离(split))配置。然而，可以使用多个其它混合动力配置，比如串联式、并联式、集成的起动机/交流发电机等。
在HEV中，行星齿轮组20经由单向离合器26将齿轮架齿轮22机械连接至发动机24。行星齿轮组20还将中心齿轮28机械连接至发电机马达30和环形(输出)齿轮32。发电机马达30还机械连接至发电机制动器34并且电连接至电池36。牵引马达38经由第二齿轮组40机械连接至行星齿轮组20的环形齿轮32并且电连接至电池36。行星齿轮组20的环形齿轮32和牵引马达38经由输出轴44机械连接至驱动轮42。
行星齿轮组20将发动机24的输出能量分成从发动机24至发电机马达30的串联路径以及从发动机24至驱动轮42的并联路径。可以通过改变串联路径的分离同时保持通过并联路径保持机械连接来控制发动机转速。牵引马达38在并联路径上通过第二齿轮组40增加至驱动轮42的发动机动力。牵引马达38还提供机会直接从串联路径使用能量，本质上汲取发电机马达30产生的动力。这减少了与电池36中化学能量的能量转换相关的损失并且允许减去转换损失的所有发动机能量到达驱动轮42。
车辆系统控制器(VSC)46通过连接至每个部件的控制器来控制HEV配置中的很多部件。发动机控制单元(ECU)48经由硬线接口(详情见图2)连接至发动机24。在一个示例中，ECU48和VSC46可以设置在相同的单元中，但是实际上是独立的控制器。可替代地，它们可以是相同的控制器或者设置在独立的单元中。VSC46通过通信网络(比如控制器局域(CAN)33)与ECU48以及电池控制单元(BCU)45和驱动桥管理单元(TMU)49通信。BCU45经由硬线接口连接至电池36。TMU49经由硬线接口控制发电机马达30和牵引马达38。控制单元46、48、45和49以及控制器局域网33可以包括一个或多个微处理器、计算机或中央处理单元；一个或多个计算机可读的存储装置；一个或多个存储器管理单元；以及用于与多个传感器、驱动器和控制电路通信的一个或多个输入/输出装置。
车辆可以进一步包括用于从车辆驾驶员接收输入的一个或多个按钮。例如，按钮68可以设置在车辆的仪表盘或中控上用于接收关于驾驶员的车辆性能模式选择的输入。在一个示例中，如参考图3详细说明的，按钮68可以称为Eco按键，其中通过致动或按压该按钮，车辆驾驶员可以指示以燃料经济模式运转车辆的意图。相应地，可以调节包括驱动扭矩动态分配以及约束发动机可用最大扭矩的多个车辆运动参数以减少使用火花延迟并改善总体燃料经济性。当没有致动按键时，可以默认选择默认的标准或高性能模式。当选择标准模式时，可以调节包括动态分配驱动扭矩以及约束发动机可用最大扭矩的多个车辆运转参数以通过使用火花延迟来减少爆震极限并改善任何给定发动机转速处的车辆峰值扭矩输出和加速率。
应理解图1仅说明HEV的一种配置。然而，可以使用具有辅助动力源的各种车辆。例如，本发明对燃料电流HEV、汽油HEV、乙醇HEV、柔性燃料HEV、氢发动机HEV有用。
图2显示了图1中说明的HEV系统可以使用的示例发动机24和排气系统。通过电子发动机控制器48控制包含多个汽缸(图2显示了一个汽缸)的内燃发动机24。发动机24包括燃烧室29和活塞35位于其中并且连接至曲轴39的汽缸壁31。燃烧室29显示为经由各自的进气门52和排气门54与进气歧管43和排气歧管47连通。通过机电控制的阀线圈和电枢总成53运转每个进气和排气门。通过温度传感器51确定电枢温度。通过位置传感器50确定气门位置。在替代示例中，气门52和54的每个气门驱动器具有位置传感器和温度传感器。在替代实施例中，可以使用或不使用可变凸轮正时或可变气门升程来使用凸轮驱动的气门。
进气歧管43还显示为具有连接至其上用于与来自控制器48的脉冲宽度信号FPW成比例地传输流体燃料的燃料喷射器65。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料导轨(未显示)的燃料系统(未显示)将燃料传输至燃料喷射器65。可替代地，发动机可以配置成将燃料直接喷射进发动机汽缸，这在该技术领域中称为直接喷射。此外，进气歧管43中还设置有可选的电子节气门125。
无分电器点火系统88响应于控制器48通过火花塞92向燃烧室29提供点火火花。通用或宽域排气氧(UEGO)传感器76显示为连接至催化转化器70上游的排气歧管47。可替代地，可用双态排气氧传感器代替UEGO传感器76。双态排气氧传感器98显示为连接至催化转化器70下游的排气歧管47。可替代地，传感器98也可以是UEGO传感器。通过温度传感器77测量和/或基于工况(比如发动机转速、负荷、空气温度、发动机温度和/或气流或者它们的组合)估算催化转化器温度。在一个示例中，转化器70可以包括多个催化剂砖。在另一个示例中，可以使用多个排放控制设备，其每个具有多个砖。在一个示例中转化器70可以是三元催化剂。
图2中控制器48显示为常规的微型计算机，包括：微处理器单元(CPU)102、输入/输出端口(I/O)104、只读存储器(ROM)106、随机存取存储器(RAM)108、不失效存储器(KAM)110和常规数据总线。控制器48显示为接收来自连接至发动机24的传感器的各种信号，除了上文讨论的那些信号，还包括：来自连接至冷却套筒114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)；连接至加速踏板的位置传感器119的信号；来自连接至进气歧管43的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值；来自温度传感器117的发动机空气量温度或歧管温度的测量值(ACT)；以及来自感应曲轴39位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器信号。在本发明的一个方面，发动机位置传感器118在曲轴每个旋转时产生预订数目的等距脉冲，根据其可确定发动机转速(RPM)。
在替代实施例中，可以使用直接喷射类型的发动机，其中将喷射器65设置在燃烧室29中，类似于火花塞92位于汽缸盖中或燃烧室的侧面。
现在转向图3，显示了用于在混合动力电动车辆的发动机和电动马达之间分配请求的驱动扭矩量以满足驾驶员需求的示例程序300。该程序基于工况来动态限制允许的最大发动机扭矩以平衡燃料经济性和车辆性能。
在302处，可以估算和/或测量车辆和发动机工况。例如，这些工况包括发动机转速、扭矩需求、发动机负荷、电池荷电状态、车速、发动机温度、电池寿命、进气歧管真空水平、制动器增压器真空水平等。
在304处，程序包括从驾驶员接收车辆性能模式的选择。驾驶员选择的车辆性能模式可以包括车辆性能优先的第一标准模式或燃料经济性优先的第二经济模式中的一者。这样，在第一模式中，优先实现峰值发动机输出和目标车速速率，即使这样的代价是较低的燃料经济性(因为发动机在爆震极限区域运转并且需要火花延迟来解决爆震)。相反，在第二模式中，优先改善燃料经济性，即使这样的代价是发动机输出小于峰值发动机输出并且加速速率小于目标加速。驾驶员可以通过致动或按压连接致车辆中控或车辆仪表盘的按钮来选择第一标准模式或第二经济模式。此外，驾驶员还可以在车辆运转的任何时间(比如操作车辆期间)按压按钮来改变性能模式的选择。在一个示例中，驾驶员可以按压车辆仪表盘上的eco按钮来选择燃料经济模式。如果没有选择eco按钮，可以默认选择标准性能模式。
接收驾驶员选择之后，在306处，可以确定是否指令扭矩控制。在一个示例中，可以响应于驾驶员扭矩需求改变(例如增加或减小)而指令扭矩控制。扭矩需求改变包括扭矩需求的变化速率和/或扭矩需求的改变绝对量。在一个示例中，控制器可以基于踏板位置(例如加速器踏板)的改变来估算扭矩需求的变化速率。估算的扭矩需求的变化速率可以指示稳态或瞬态工况。例如，扭矩需求较高(例如高于阈值)的变化速率可以指示瞬态状况而扭矩需求较低(例如低于阈值)的变化速率可以指示稳态状况。如果不需要扭矩控制，程序可以结束。
如果指令扭矩控制，那么在308处程序确定满足驾驶员需求需要的动力传动扭矩。如这里使用的动力传动系统扭矩指驱动车辆并且满足驾驶员需求的总驱动扭矩(发动机扭矩和马达扭矩的组合)。
在310处，程序包括基于驾驶员选择的车辆性能模式(例如第一标准性能模式或第二经济性能模式)和扭矩需求的改变中的每者来动态限制可用最大发动机扭矩。特别地，可用的最大扭矩可以限制在基于性能的第一扭矩极限和基于燃料经济性的第二扭矩极限之间。此处，第二扭矩极限可以比第一扭矩极限更加约束并且从而可以对应于比第一极限低的最大发动机扭矩极限。第二扭矩极限可以进一步基于发动机真空需求(例如基于提供满足滤罐抽取和制动器增压器真空需求的充足的进气歧管真空所需要的发动机扭矩)。控制器可以基于车辆性能模式的选择和估算的扭矩需求的变化速率在第一和第二可用最大发动机扭矩极限之间选择以调节发动机扭矩和马达扭矩的动态分配从而改善车辆性能(例如改善车辆峰值扭矩和加速率)或者改善燃料经济性。
如参考图5-6详细描述的，可以基于可用最大扭矩处或附近的火花延迟扭矩比率来获知基于燃料经济性的第二扭矩极限。其中，发动机可以设置成初始地以不受约束的可用最大扭矩(即第一极限)运转，该运转可以包括一些火花从MBT延迟。控制器随后可以使火花正时向MBT移动并且注意火花延迟扭矩比率相对于阈值的改变。随后基于火花延迟扭矩比率与阈值或目标扭矩比率的偏离相对于第一扭矩极限调节第二扭矩极限。
发明人在此处已经认识到功率计映射单元数据通常是可用于确定发动机以最高效率运转的可用最大扭矩的唯一信息。然而，在实际状况(比如低辛烷燃料、高温和海拔)下处于该最大扭矩时发动机的效率可能会大幅减小。这主要是因为需要延迟的火花来避免发动机爆震，这导致了燃料经济性损失。避免可能发生爆震的所有状况可能对可用的发动机动力造成相当大的损失并且可能需要更多的电池电力来补充缺少的扭矩而增加成本。这个问题在可以获取有限的发动机扭矩和有限的马达扭矩的混合动力中更严重。从而，通过基于模式选择并进一步基于是存在瞬态还是稳态状况来约束可用最大扭矩极限，可以在性能和燃料经济性之间实现更好的平衡同时当燃料经济性具有较高的优先度时最小化性能降低。
返回到图3，调节最大的发动机扭矩极限可以包括在312处当处于燃料经济模式时更多地约束最大发动机扭矩极限以改善燃料经济性。该调节可以进一步包括在314处当处理标准性能模式中的瞬态状况时较少地约束最大的发动机扭矩极限以改善车辆加速。例如，当以第二经济模式运转时，无论扭矩变化对应于稳态还是瞬态状况，可以选择第二较低的最大扭矩极限。在另一个示例中，当以第一标准性能模式运转时，程序响应于扭矩变化较低的变化速率(稳态状况)而可以选择第二极限。在又一个示例中，当以第一标准性能模式运转时，程序可以响应于扭矩需求较高的速率改变(瞬态状况)而选择第一极限。
在以经济模式运转时通过使用第二较低的最大扭矩极限，优先实现燃料经济性。特别地，即使峰值发动机输出在增加也最小化地使用火花延迟。类似地，在以性能模式运转时在不需要车辆加速的稳态状况期间通过使用第二较低的最大扭矩极限，优先实现燃料经济性。相反，当以标准性能模式运转出现瞬态状况(需要车辆加速和最佳性能)时应用第一较高的最大扭矩极限。此时，容忍暂时需要发动机火花延迟(以及导致的燃料经济性损失)以满足扭矩需求的瞬时增加并实现迅速地加速车辆。
动态调节最大发动机扭矩极限之后，在316处程序包括基于发动机扭矩的动态极限提供马达扭矩至车辆。特别地，可以基于选择的发动机扭矩极限调节提供的马达扭矩以满足驾驶员需求。在一个示例中，比如在瞬态状况期间，这可以包括将马达扭矩增加至最大马达扭矩极限。
这样，驾驶员可以在车辆运转期间通过在瞬态车辆操作期间按压按钮来改变性能模式的选择。例如，当以第一性能模式运转时驾驶员可以在瞬态状况期间选择第二经济模式。响应于选择的改变，控制器可以将可用最大扭矩从第一扭矩极限减小至第二扭矩极限并且将来自车辆电池的马达扭矩相应地增加至最大马达扭矩。
在又一个实施例中，当以第二经济模式运转时在出现瞬态状况时可以基于马达扭矩需要来调节应用的扭矩极限。例如，当以第二经济模式运转时在瞬态状况期间响应于提供的马达扭矩处于最大马达扭矩，控制器可以将最大扭矩极限从第二扭矩极限自动地切换为第一扭矩极限。此处，鉴于扭矩需求的瞬态增加并且马达不能提供任何更多的马达扭矩(因为马达扭矩已经处于最大扭矩)，可以使最大发动机扭矩自动地返回至未约束的极限。可选地，故障代码或马达过温度(over-temperature)状况可以指示出原因，否则在经济模式中通常不进行最大扭矩调整(clip)。
图5显示了描述当以不同的性能模式运转时在稳态或瞬态状况期间应用的最大扭矩的示例表格500。在一个示例中，表格500可以存储在车辆控制器的存储器中并且控制器可以使用以在执行程序300时选择适当的最大扭矩极限。
如表格500所示，控制器可以响应于选择了第一性能模式并且估算的扭矩变化速率指示为瞬态状况而选择第一未约束的最大发动机扭矩极限。相反，控制器可以响应于选择了第一性能模式并且估算的扭矩变化速率指示为稳态状况以及选择了第二经济模式并且估算的扭矩变化速率指示为稳态或瞬态状况中的一者而选择第二极限。
在一些实施例中，在经济模式期间出现瞬态状况时可以基于相对于最大马达扭矩的马达扭矩进一步调节应用的极限。例如，如果以第二经济模式运转出现瞬态状况并且进一步如果达到最大马达扭矩，中止可用最大发动机扭矩的约束并且应用未约束的可用最大发动机扭矩。
例如，混合动力车辆系统可以包含连接至电池的电动马达、发动机、配置用于从发动机接收发动机扭矩和从马达接收马达扭矩的车轮、用于从车辆驾驶员接收一个或多个输入的车辆控制台以及配置用于基于驾驶员选择和扭矩需求变化以多个运转模式运转车辆的控制器。在一个示例中，当驾驶员输入指示为性能需求时控制器可以在稳态工况期间以具有较多约束的最大发动机扭矩的第一模式(第二经济模式)运转车辆。当驾驶员输入指示为性能需求时控制器则可以在瞬态工况期间以具有较小约束的最大发动机扭矩的第二模式(第一性能模式)运转车辆。当驾驶员输入指示为燃料经济性需求时控制器可以进一步在稳态工况期间以具有较多约束的最大发动机扭矩的第三模式(第二经济模式)运转车辆。当驾驶员输入指示为燃料经济性需求并且电动马达低于最大马达扭矩输出运转时控制器还可以在瞬态工况期间以具有较多约束的最大发动机扭矩的第四模式(第二经济模式)运转车辆，而当驾驶员输入指示为燃料经济性需求并且电动马达在受限的运转模式中以最大马达扭矩输出运转时在瞬态工况期间以具有较少约束的最大发动机扭矩的第五模式(第一性能模式)运转车辆。
此外，响应于当以第二模式(第一性能模式)运转车辆时驾驶员输入指示为燃料经济性需求，控制器可以约束最大发动机扭矩并且增加马达扭矩来满足驾驶员扭矩需求。此处，限制最大发动机扭矩包括将最大发动机扭矩减小一定量以将火花延迟扭矩比率移动至阈值扭矩比率。此外，增加马达扭矩包括增加马达扭矩至最大马达扭矩极限而发动机扭矩保持处于受限的最大发动机扭矩，并且随后当处于燃料经济模式时保持马达扭矩处于最大马达扭矩极限并且减小发动机传输至车轮的扭矩。
现在转向图4，显示了获知如何动态限制可用最大发动机扭矩的示例程序400。基于选择的工况期间处于或接近可用最大扭矩处的火花延迟扭矩比率来获知最大发动机扭矩极限。程序允许基于随着火花正时向MBT移动产生的扭矩比率变化来向上或向下获知可用最大发动机扭矩。
在402处，可以确定是否已经启用获知。在一个示例中，当发动机以节气门全开(wide-open)状况运转时如果没有监测到火花延迟或者如果还没有发生获知则可以启用获知。如果不启用获知，程序可以结束。
一旦确定启用获知，在404处程序包括确定发动机扭矩在可用最大扭矩的阈值范围内。例如，可以确定发动机以设置成第一未约束极限的发动机可用最大扭矩运转。
一旦确定，在406处，程序使火花正时移向MBT并确定火花延迟扭矩比率(TR)的变化。这样，火花延迟扭矩比率对应于边界火花处扭矩与MBT火花处扭矩的比率。在408处，可以确定火花延迟扭矩比率是否低于第一阈值(Thr_1)。在一个示例中，第一阈值是0.95的扭矩比率。如果没有满足第一阈值，可以确定火花延迟多于需要的并从而使燃料经济性下降。相应地，在410处当火花延迟扭矩比率低于第一阈值时，减小最大扭矩极限或称为向下获知。例如，随着火花延迟扭矩比率下降到第一阈值而获知相对于第一未约束的扭矩极限减小的第二较多约束的扭矩极限。此时，第一较高扭矩极限和第二较低扭矩极限之间的差异较大。在416处，对于给定的发动机转速范围获知更新的第二扭矩极限(或最佳燃料经济性下的最大扭矩(MTBFE))并且更新存储在控制器的KAM中的最大发动机扭矩表格。
应理解第一阈值可以根据执行获知的发动机转速范围而变化。这是因为扭矩比率精度可能随转速(RPM)变化。在一个示例中，较高的发动机转速范围可以应用较高的第一扭矩比率阈值而较低的发动机转速范围可以应用较低的第一扭矩比率阈值。
如果超过第一阈值扭矩比率，那么在412处可以确定火花延迟扭矩比率是否高于第二阈值(Thr_2)。第二阈值可以高于第一阈值。在一个示例中，第二阈值是0.98的扭矩比率。如果火花延迟扭矩比率超过第二阈值，可以确定车辆性能可能会下降。相应地，在414处，当火花延迟扭矩比率超过第二阈值时，增加最大扭矩极限或称为向上获知。例如，随着火花延迟扭矩比率增加到第二阈值以上而获知向第一未约束扭矩极限增加的第二较多约束的扭矩极限。此时，第一较高扭矩极限和第二较低扭矩极限之间的差异较小。随后，在416处，对于给定的发动机转速范围获知其更新的第二扭矩极限(或最佳燃料经济性下的最大扭矩(MTBFE))并且更新存储在控制器的KAM中的最大发动机扭矩表格。
应理解第二阈值可以根据执行获知的发动机转速范围而变化。在一个示例中，较高的发动机转速范围可以应用较高的第二扭矩比率阈值而较低的发动机转速范围可以应用较低的第二扭矩比率阈值。这样，在完成了更多行驶并且峰值动力不太关健的较低发动机转速时较高/较低的第二扭矩比率的选择还可以具有更多优点。
如果在408和412处火花延迟比率在第一和第二阈值之间(即在希望的范围中)，程序直接前进至416以获知MTBFE并更新最大发动机扭矩表格。
这样，使用一直从发动机提取最高扭矩且不进入低效率状态的获知方法来动态调节最大发动机扭矩极限。通过监测当接近可用最大扭矩时的火花延迟扭矩比率(TR_SPK_EXIST)，可以获知最佳燃料经济性下可用最大扭矩(MTBFE)值。当在MTBFE附近运转时，火花延迟TR低于第一阈值(即低于0.95TR)的出现使MTBFE的值略微减小直到不发生火花延迟。随后使用获知的这个MTBFE值直到监测到MTBFE处的火花延迟TR高于第二较高的阈值(高于0.98TR)，此时MTBFE略微增加直到达到第二阈值(0.98TR)。这样，处理了变化的环境和发动机状况并且可用的最佳发动机扭矩可用于性能同时还实现最佳的燃料经济性。这允许更加激进地使用发动机以及较小、成本更低的电池来实现等效的车辆性能。
在一个示例中，如果请求的扭矩在MBTFE的+/-2Nm内达1.5秒并且火花延迟扭矩比率小于第一阈值(0.95TR)，那么可以通过增大应用的扭矩减小量(tqe_bfe_KAM)来略微减小最大扭矩极限(MTBFE)。否则，如果火花延迟扭矩比率低于第一阈值加上滞后因子(0.98TR)，那么可以通过减小获知的扭矩减小量(tqe_bfe_KAM)来略微增加最大扭矩极限(MTBFE)。如果火花延迟比率在希望的扭矩比率范围内，获知的MTBFE值保持不变并且不更新直到请求的扭矩再次接近MTBFE。
这样，通过不断调节可用最大发动机扭矩以获知火花从MBT开始延迟的扭矩值，可以发现并存储每个转速(RPM)范围内具有最佳经济性的最高的最大扭矩(本说明书中也称为MTBFE)。
现在参考图6显示了示例获知。具体地，图谱600描述曲线602-603处的可用最大发动机扭矩、曲线604处的扭矩减小以及曲线606处的火花延迟扭矩比率。
t1之前，可以边界火花(BDL)运转发动机。虽然从燃料经济性的角度而言这是低效率状态，其可以是提供可用最大发动机扭矩的设置。所以t1之前可用最大扭矩是较高的未受约束的扭矩限制，此处通过曲线602(实线)描述。在描述的示例中，t1之前的未受约束的可用最大扭矩是160Nm。在边界火花设置处，扭矩比率(曲线606，指示是否存在火花延迟)低于阈值605(虚线)。这样，此时，获知没有扭矩减小(曲线604)。
在t1处，启用获知最大扭矩。特别地，火花正时从BDL移向导致扭矩比率下降的MBT。随着火花正时从BDL移开，由于减少使用火花延迟使得燃料经济性得到改善，然而也存在可用最大扭矩相应的减小，如在曲线604处描述。特别地，相对于未约束的可用最大发动机扭矩逐渐限制可用最大发动机扭矩以获知最佳燃料经济性下的可用最大发动机扭矩(MBTFE)。在描述的示例中，约束的用于燃料经济性的可用最大扭矩极限是120Nm并且获知40Nm的扭矩减小。从而，随着火花正时移向MBT基于火花延迟扭矩比率相对于阈值扭矩比率的偏离而相对于未约束的可用最大发动机扭矩(曲线602，实线)向下获知约束的MTBFE(曲线603，虚线)。
在t2处，火花正时移动至扭矩比率高于阈值(例如0.95TR)605的位置。这样，高于该点，扭矩进一步减小的燃料经济性益处不会超过降低性能的损失。从而，在t2处，不执行进一步的火花变化，并且根据当前发动机转速范围获知最佳燃料经济性下的可用最大发动机扭矩。
应理解虽然图6显示了从未约束的扭矩极限向下获知以实现MBT火花正时的最佳燃料经济性下可用最大发动机扭矩的示例，在替代示例中，也可以向上获知MTBFE。例如，阈值605可以是第一较低阈值(例如0.95TR)并且可以存在第二较高阈值(例如0.98TR，未显示)。可以向下获知MTBFE直到火花延迟扭矩比率高于该较低阈值，同时可以向上获知MBTFE直到火花延迟扭矩比率低于该较高阈值。还应理解描述的获知是针对给定的发动机转速范围并且可以对于不同的发动机转速范围可以类似地向上或向下获知MTBFE值。获知的MTBFE值随后可以作为发动机转速范围的函数存储在控制器的存在器(例如KAM)的查值表中并且进一步关联至该发动机转速范围时未约束的可用最大扭矩。当在标准性能模式中在瞬态状况下以该发动机转速范围运转时随后可以使用该未受约束的扭矩极限。当在标准性能模式中稳态状况下或者在经济性能模式中瞬态和稳态状况下以该发动机转速范围运转时可以使用该约束的扭矩极限。
现在转向图7，显示了可用最大发动机扭矩的示例动态调节和在混合动力车辆的发动机和电动马达之间驱动扭矩的动态分配。特别地，图谱700描述了曲线702处的驾驶员扭矩需求、曲线704处的发动机扭矩分配(包括可用最大扭矩极限的变化)、曲线706处的马达扭矩分配以及曲线708处的驾驶员性能模式选择。
在t1之前，驾驶员可以按下车辆仪表盘上Eco按钮指示以燃料经济优先运转车辆的意图(曲线708)。为了提供希望的燃料经济性，可用最大发动机扭矩可以限制至较低值(MTBFE)。在t0和t1之间，当以经济模式运转时，扭矩需求可能反映出稳态状况(曲线702)。相应地，调节分配的满足驱动扭矩的发动机扭矩以满足需求(曲线704)。在该示例中，由于可以通过发动机提供该扭矩需求的同时在约束的极限内运转，不需要额外的马达扭矩分配(曲线706)。从而，满足了驾驶员需求同时保持良好的燃料经济性。
在t1处，扭矩需求可能改变(例如由于驾驶员踩加速器踏板(tip-in))并且可以反映出瞬态状况。此时，扭矩极限可以保持处于MTBFE但是为了满足增加的驱动扭矩需求，发动机输出可以改变为MTBFE同时通过增加马达扭矩的分配来满足剩余扭矩需求。此时，实现了希望的车辆加速同时还满足了燃料经济性需求。
在t2处，稳态状况可能重新开始并且驾驶员可以释放Eco按钮指示切换为标准性能模式并且车辆性能优先于燃料经济性的意图。然而，由于稳态状况的存在，最大扭矩可以保持处于MTBFE以提供额外的燃料经济性益处。在t2和t3之间，由于可以通过发动机提供扭矩需求同时在约束极限内运转，不需要额外的马达扭矩分配(曲线706)。
在t3处，扭矩需求可能改变(例如由于另一个驾驶员踩加速器踏板)并且可以反映出瞬态状况。此时，由于选择了标准性能模式，可用最大扭矩可以改变为较高的未约束值(tqe_maxallow)。这允许增加发动机的峰值扭矩输出，即使(由于需要暂时在边界火花处运转)导致燃料经济性损失。结果是，可以满足驾驶员需求并且实现希望的车辆加速。基于驾驶员需求和发动机扭矩分配来调节马达扭矩分配。
在t4处，当在瞬态中运转时，驾驶员可以按压Eco按钮来再次优先考虑燃料经济性。响应于在瞬态工况期间性能模式改变为燃料经济，将最大扭矩减小调节至约束的极限MTBFE并且增加马达扭矩分配以满足驾驶员需求。这样，t4和t5之间的马达扭矩分配可以在可用最大马达扭矩输出内并且从而马达扭矩和峰值发动机扭矩的组合可以用于满足驾驶员需求。
在t5处，马达扭矩输出可能达到最大马达扭矩(tqe_maxmotor)极限并且马达不能提供更多的马达扭矩(例如由于普通的(prevalent)电池荷电状态)。此时，由于马达扭矩达到极限，当马达扭矩保持处于马达扭矩极限时发动机扭矩保持处于约束的极限(MTBFE)。结果是，可以减小在t5至t6期间传输的扭矩(即低于需求的扭矩)。可以继续传输减小的扭矩直到没有选择Eco按钮并且车辆返回至性能模式或者直到(比如在t6处)发动机返回至稳态状况。
在一些选择的状况期间(比如在故障模式状况期间)，响应于马达扭矩达到最大扭矩极限，鉴于当马达扭矩处于其极限时驾驶员需求增加，可用最大发动机扭矩可以返回至未约束极限以允许提升最佳发动机性能。可替代地，最大发动机扭矩极限可以响应于马达过温度状况而返回至未约束极限。然而，由于在经济模式中最大扭矩调整将会损坏燃料经济性益处，可以仅在故障模式状况下考虑这样的操作。
在t6处，稳态状况可能重新开始并且可用最大扭矩极限可以返回至较低的MTBFE水平。此外，可以通过发动机满足减小的驾驶员扭矩需求并且可以减少马达扭矩分配。
应理解在给出的示例中，针对给定的发动机转速范围描述发动机扭矩极限。这样，如果发动机转速范围基于发动机工况而改变，最大发动机扭矩极限可以基于发动机转速范围而进一步改变。
这样，即使在车辆运转的经济模式中也可以在燃料经济性和车辆性能之间实现更好的平衡。通过在选择燃料经济性优先的状况期间动态限制可用最大发动机扭矩，可以改善燃料使用。通过基于随着火花正时向MBT移动从未约束的可用最大扭矩极限的扭矩减小而获知极限，可以实现更激进地使用发动机。这改善了车辆性能同时还实现了最佳燃料经济性。
注意本说明书中包括的示例控制和估算程序可以用于各种发动机和/或车辆系统配置。本发明公开的控制方法和程序可以存储为非瞬态存储器中的可执行指令。本说明书中描述的具体程序代表任意数量处理策略中的一者或多者，比如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。这样，所描述的多个动作、操作和/或功能可以描述的序列、并行执行，或在某些情况下有所省略。同样，由于便于说明和描述，处理顺序并非达到本发明中示例实施例所描述的特征和优点所必需的，而提供用于说明和描述的方便。取决于使用的特定策略可以反复执行一个或多个描述的步骤动作、操作和/或功能。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以形象地代表编程进发动机控制系统中计算机可读存储器媒介的非瞬态存储器中的代码。
应理解本说明书公开的配置和程序实际是示例性的，并且那些具体的实施例不应当认为是限制，因为可以有多种变型。例如，上述技术可以应用到V6、直4、直6、V12、对置4缸或其它类型的发动机。本公开的主题包括本说明书中公开的多种系统和配置以及其它特征、功能和/或属性的新颖的和非显而易见的所有组合和子组合。
权利要求特别指出了某些认为是新颖的非显而易见的组合和子组合。这些权利要求可提及“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这样的权利要求应该理解为包括一个或多个这样的要素的合并，既不要求也不排除两个或更多这样的要素。公开的特征、功能、要素和/或属性的其它组合和子组合可通过修改当前的权利要求或在本申请或相关申请里通过正式提交的新权利要求来要求保护。这样的权利要求，不管在保护范围上和原始权利要求相比是宽、窄、同样的或不同的，也认为包括在本发明所公开的主题中。

Claims (12)

1.一种用于混合动力电动车辆的方法，包含：
基于驾驶员选择的车辆性能模式和扭矩需求变化中的每者来动态限制发动机的可用最大扭矩，所述可用最大扭矩限制在基于性能的第一扭矩极限和基于燃料经济性的第二扭矩极限之间；以及
基于所述动态限制向所述车辆提供马达扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二扭矩极限对应于低于所述第一扭矩极限的可用最大发动机扭矩。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二扭矩极限进一步基于发动机真空需求。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于处于或接近可用最大扭矩处的火花延迟扭矩比率获知相对于所述第一扭矩极限的基于燃料经济性的所述第二扭矩极限。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述火花延迟扭矩比率下降到第一阈值以下时所述第二扭矩极限从所述第一扭矩极限减小并且其中当所述火花延迟扭矩比率超过第二阈值时所述第二扭矩极限向所述第一扭矩极限增加，所述第二阈值高于所述第一阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述驾驶员选择的车辆性能模式包括车辆性能优先的第一标准模式和燃料经济性优先的第二经济模式中的一者。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，驾驶员通过按压连接至车辆控制台的按钮选择所述第一标准模式和所述第二经济模式中的一者。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，基于扭矩需求变化的动态限制包括基于扭矩需求的变化速率的动态限制。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述调节包括响应于以所述第一标准模式运转时扭矩需求较低的变化速率而选择所述第二极限、响应于以所述第一标准模式运转时扭矩需求较高的变化速率而选择所述第一极限并且当以所述第二经济模式运转时选择所述第二极限。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述扭矩需求较低的变化速率包括稳态状况并且其中所述扭矩需求较高的变化速率包括瞬态状况。
11.根据权利要求10所述的方法，进一步包含响应于当以所述第一性能模式运转时所述驾驶员在瞬态状况期间选择所述第二经济模式，将所述可用最大扭矩从所述第一扭矩极限减小至所述第二扭矩极限并且将来自车辆电池的马达扭矩增加至最大马达扭矩。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包含当以所述第二经济模式运转时在瞬态状况期间响应于提供的所述马达扭矩处于最大马达扭矩，将所述最大扭矩极限从所述第二扭矩极限自动切换为所述第一扭矩极限并指示故障代码。
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