CN104442796A - 用于控制多模式动力系统的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于控制多模式动力系统的方法和设备。动力系统配置为将扭矩传输到输出构件。用于控制所述动力系统的方法包括：确定多个系统扭矩约束参数的优先级。系统扭矩约束参数以递减优先级的次序顺序地施用。顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态被确定。包括所有顺序地施用的系统扭矩约束参数的可行状态的解集被确定，并且被应用以响应于输出扭矩请求来控制所述动力系统的操作。

Description

用于控制多模式动力系统的方法和设备

技术领域

本公开涉及与采用扭矩传动装置的动力系统相关联的动态系统控制。

背景技术

本部分中的叙述仅提供涉及本公开的背景信息。因此，这样的叙述并非旨在构成对现有技术的承认。

已知动力系统配置为经过传动装置将扭矩从扭矩致动器传输到联接到传动系的输出构件，以实现车辆的推进。动力系统可以配置为经过多模式传动装置将源自多个扭矩致动器的扭矩传输到联接到传动系的输出构件，以实现推进。这样的动力系统包括混合动力的动力系统、增程式电动车辆系统以及电动车辆系统。用于操作这样的动力系统的控制系统响应于操作者命令的输出扭矩请求来操作扭矩致动器并且应用变速器中的选定扭矩传输元件以传输扭矩，顾及到燃料经济性、排放物、驾驶性能和其它因素。示例性扭矩致动器包括内燃发动机和非燃烧扭矩机器。非燃烧扭矩机器可以包括操作为马达或发电机以独立于来自内燃发动机的扭矩输入而生成输入到变速器的扭矩的电机。扭矩机器可以对扭矩作出反应，即，在所谓的再生操作中将经过车辆传动系传输的车辆动能转化为电能，该电能可储存在电能储存装置中。控制系统监测来自车辆和操作者的输入，且提供动力系的操作控制，包括控制发动机开/关状态、控制变速器操作状态、控制扭矩致动器以及调节电能储存装置和电机之间的电功率流，以便管理包括扭矩和旋转速度的变速器操作。

混合动力的动力系统中采用的部件具有操作极限，这些操作极限基于执行预期功能的物理能力确定，这些预期功能例如包括传输扭矩、传输电功率或储存电能。如果相应的操作极限被违反，则部件的使用寿命会缩短。操作极限包括马达速度极限、发动机速度极限、行星齿轮组的小齿轮速度极限以及电池功率极限。操作极限进一步包括马达扭矩极限、发动机扭矩极限、离合器扭矩极限和皮带扭矩极限。操作极限还包括电极限，包括电压和电流极限。以示例的方式，如果过电压或欠电压极限被超过，则高电压电池的使用寿命会受到限制。类似地，如果操作温度被超过，则电逆变器（electric inverter）中的开关的使用寿命会受到限制。类似地，如果操作压力被超过，则液压致动离合器的使用寿命会受到限制。

用于混合动力的动力系统的控制系统基于操作极限施加系统约束，以在进行操作期间确定用于操作的控制参数。

发明内容

一种动力系统，配置为将扭矩传输到输出构件。一种用于控制所述动力系统的方法，包括：确定多个系统扭矩约束参数的优先级。所述系统扭矩约束参数以递减优先级的次序顺序地施用。顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态被确定。包括所有顺序地施用的系统扭矩约束参数的可行状态的解集被确定，并且被应用以响应于输出扭矩请求来控制所述动力系统的操作。

方案1.一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统配置为在多个扭矩致动器、多模式变速器和输出构件之间传输扭矩，所述方法包括：

响应于输出扭矩请求：

确定多个系统扭矩约束的优先级；

以递减优先级的次序顺序地施用所述系统扭矩约束；

确定顺序地施用的系统扭矩约束中的每一个的可行状态；

确定解集，所述解集包括所有顺序地施用的系统扭矩约束的所述可行状态；以及

应用所述解集，以控制所述动力系统的操作。

方案2.根据方案1所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束的优先级包括：确定系统扭矩约束参数的优先级，所述系统扭矩约束参数包括用于扭矩致动器的最小和最大扭矩约束，所述扭矩致动器包括非燃烧扭矩机器和内燃发动机。

方案3.根据方案2所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括电池功率极限的系统扭矩约束参数的优先级。

方案4.根据方案3所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括变速器部件加速度约束的系统扭矩约束参数的优先级。

方案5.根据方案4所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括短期约束的系统扭矩约束参数的优先级，所述短期约束用于避免施用的离合器的所引起的离合器打滑。

方案6.根据方案1所述的方法，其中，确定顺序地施用的系统扭矩约束中的每一个的可行状态包括：

定义约束集，所述约束集包括具有最高优先级的所述系统扭矩约束的可行状态；

定义新约束集，所述新约束集包括具有下一最高优先级的系统扭矩约束的状态；

确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行；以及

当所述新约束集对于操作所述动力系统可行时，更新所述约束集以包含所述新约束集，所述新约束集包括具有所述下一最高优先级的系统扭矩约束的状态。

方案7.根据方案6所述的方法，其中，确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行包括：执行系统方程式，以确定所述动力系统是否在选定变速器档位和发动机状态中响应于所述输出扭矩请求操作，而不违反所述新约束集。

方案8.根据方案6所述的方法，其中，确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行包括：确定是否同时满足所述约束集以及用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的状态。

方案9.根据方案6所述的方法，进一步包括：

当所述新约束集对于操作所述动力系统不可行时，调节用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束的状态，用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束的经调节的所述状态被确定为对于采用所述约束集操作所述动力系统是可行的；以及

更新所述约束集，以包括用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束的经调节的所述状态。

方案10.一种用于控制多模式动力系统的方法，所述多模式动力系统配置为将扭矩传输到输出构件，所述方法包括：

确定多个系统扭矩约束参数的优先级；

以递减优先级的次序顺序地施用所述系统扭矩约束参数；

确定顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态；

确定解集，所述解集包括所有顺序地施用的系统扭矩约束参数的所述可行状态；以及

应用所述解集，以操作所述动力系统。

方案11.根据方案10所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级包括：确定系统扭矩约束参数的优先级，所述系统扭矩约束参数包括用于扭矩致动器的最小和最大扭矩约束，所述扭矩致动器包括非燃烧扭矩机器和内燃发动机。

方案12.根据方案11所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括电池功率极限的系统扭矩约束参数的优先级。

方案13.根据方案12所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括变速器部件加速度约束的系统扭矩约束参数的优先级。

方案14.根据方案13所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括短期约束的系统扭矩约束参数的优先级，所述短期约束用于避免施用的离合器的所引起的离合器打滑。

方案15.根据方案10所述的方法，其中，确定顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态包括：

定义约束集，所述约束集包括具有最高优先级的所述系统扭矩约束参数的可行状态；

定义新约束集，所述新约束集包括具有下一最高优先级的系统扭矩约束参数的状态；

确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行；以及

当所述新约束集对于操作所述动力系统可行时，更新所述约束集以包含所述新约束集，所述新约束集包括具有所述下一最高优先级的系统扭矩约束参数的状态。

方案16.根据方案15所述的方法，其中，确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行包括：执行系统方程式，以确定所述动力系统是否在选定变速器档位和发动机状态中响应于输出扭矩请求操作，而不违反所述新约束集。

方案17.根据方案15所述的方法，其中，确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行包括：确定是否同时满足所述约束集以及用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的状态。

方案18.根据方案15所述的方法，进一步包括：

当所述新约束集对于操作所述动力系统不可行时，调节用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的状态，用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的经调节的所述状态被确定为对于采用所述约束集操作所述动力系统是可行的；以及

更新所述约束集，以包括用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的经调节的所述状态。

方案19.一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统配置为在多个扭矩致动器、多模式变速器和输出构件之间传输扭矩，所述方法包括：

识别多个系统扭矩约束；

确定所述系统扭矩约束的优先级；

以递减优先级的次序逐步施用所述系统扭矩约束，包括：响应于施用的系统扭矩约束中的每一个确定同时满足逐步施用的系统扭矩约束的可行性；

确定解集，所述解集包括对于所有逐步施用的系统扭矩约束的可行状态；以及

应用所述解集，以操作所述动力系统。

附图说明

现将参考附图以示例方式描述一个或更多个实施方式，在附图中：

图1图示了根据本公开的动力系统，包括扭矩致动器、多模式变速器、高电压电气系统、传动系和控制器；以及

图2图示了根据本公开的控制方案，包括的过程用于识别系统扭矩约束、确定系统扭矩约束的优先级并以递减优先级且以逐步方式顺序地施用系统扭矩约束，以确定与操作混合动力的动力系统相关联的可行的约束集。

具体实施方式

现参考附图，其中所示内容仅是出于示出某些示例性实施方式的目的，而不是出于限制它们的目的，图1描绘了包括扭矩致动器的非限制混合动力的动力系统100，包括内燃发动机（发动机）12和分别为第一和第二非燃烧扭矩机器的60和62、以及多模式变速器（变速器）10。第一和第二非燃烧扭矩机器60、62是电马达/发电机以及为其供应电功率的高电压电气系统80。控制器5传递信号地且操作性地连接到动力系统100中的各种致动器和传感器，以监测并控制其操作。变速器10机械地联接到发动机12和扭矩机器60、62，并且配置为通过选择性启用例如离合器的扭矩传输装置，在发动机12和扭矩机器60、62之间传输扭矩，通过输出构件92传输到传动系90。

高电压电气系统80包括经由高电压电气总线84电联接到变速器功率逆变器控制模块（TPIM）82的电能储存装置（ESD）85，并且配置有用于监测电功率流的合适装置，包括用于监测电流和电压的装置和系统。ESD85可以是任意合适的高电压电能储存装置（例如高电压电池），并且优选包括为供应到高电压电气总线84的电功率（包括电压和电流）提供测量的监测系统。

发动机12可以是任意适合的燃烧装置，并且包括在数个状态下选择性地操作以经由输入构件14和阻尼器17将扭矩传输到变速器10的多缸内燃发动机，并且能够是火花点火或压缩点火发动机。发动机12包括联接到变速器10的输入构件14的曲轴。转速传感器11监测输入构件14的曲柄角度和转速。阻尼器17是配置为抑制并以其他方式管理发动机12和变速器10之间的扭矩传输的装置。由于在发动机12和变速器10之间的输入构件14上存在扭矩阻尼器17及其他扭矩消耗部件（例如，机械动力的液压泵），因此从发动机12输出的功率（即，发动机扭矩乘以转速）能够不同于至变速器10的输入速度和输入扭矩。发动机12配置为在进行动力系操作期间响应于操作条件而执行自动停止和自动起动操作。控制器5配置为控制发动机12的致动器，以控制燃烧参数，包括进气质量空气流量、火花点火正时、被喷射燃料质量、燃料喷射正时、控制再循环排放气体流的EGR气门位置以及如此配备的发动机上的进气和/或排气气门正时和相位。因而，通过控制燃烧参数（包括空气流扭矩和火花引起的扭矩），发动机速度能够受到控制。通过分别控制第一和第二扭矩机器60和62的马达扭矩来控制输入构件14处的反作用扭矩，发动机速度也可以受到控制。

所图示的变速器10是四模式复合分流机电变速器10，其包括三个行星齿轮组20、30和40以及五个可接合扭矩传输装置，即，离合器C1 52、C2 54、C3 56、C4 58和C5 50。变速器的其它实施方式被设想。变速器10分别联接到第一和第二扭矩机器60和62。变速器10配置为响应于输出扭矩请求在发动机12、扭矩机器60、62和输出构件92之间传输扭矩。在一个实施方式中，第一和第二扭矩机器60、62是采用电能以生成扭矩并对扭矩作出反应的马达/发电机。行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22、环形齿轮构件26和联接到托架构件25的行星齿轮24。托架构件25可旋转地支撑设置为与太阳齿轮构件22和环形齿轮构件26处于啮合关系的行星齿轮24，并且联接到可旋转轴构件16。行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32、环形齿轮构件36和联接到托架构件35的行星齿轮34。行星齿轮34设置为与太阳齿轮构件32和环形齿轮构件36两者处于啮合关系。托架构件35联接到可旋转轴构件16。行星齿轮组40包括太阳齿轮构件42、环形齿轮构件46和联接到托架构件45的行星齿轮44。如图所示，第一和第二组行星齿轮44联接到托架构件45。因此，行星齿轮组40是复合太阳齿轮构件-小齿轮-小齿轮-环形齿轮构件齿轮组。托架构件45可旋转地联接在离合器C1 52和C2 54之间。太阳齿轮构件42可旋转地联接到可旋转轴构件16。环形齿轮构件46可旋转地联接到输出构件92。

如在本文中使用的，离合器指的是能够响应于控制信号而选择性地被应用的扭矩传输装置，并且可以是任意合适装置，以示例的方式包括单个或复合板离合器或组合件、单向离合器、带式离合器以及制动器。液压回路72配置为利用由电动液压泵70供应的加压液压流体来控制每个离合器的离合器状态，该液压泵70由控制器5操作性地控制。离合器C2 54和C4 58是液压施用的旋转摩擦离合器。离合器C1 52、C3 56和C5 50是能够接地到变速器壳体55的液压控制的制动器装置。在该实施方式中，利用由液压控制回路72供应的加压液压流体，离合器C1 52、C2 54、C3 56和C4 58中的每一个被液压施用。液压回路72由控制器5操作性地控制，以启用和停用前述离合器，提供用于冷却和润滑变速器的元件的液压流体，并且提供用于冷却第一和第二扭矩机器60和62的液压流体。通过利用压力传感器进行测量、通过利用车载例程进行估计或利用其它合适方法，液压回路72中的液压可以被确定。

第一和第二扭矩机器60和62是三相交流马达/发电机，每一个均包括定子、转子和旋转变压器。扭矩机器60、62中的每一个的马达定子接地到变速器壳体55的外部，并且包括定子芯，该定子芯具有从其延伸的盘绕的电绕组。用于第一扭矩机器60的转子被支撑在机械地附接到套轴18的毂板齿轮上，该套轴18联接到第一行星齿轮组20。用于第二扭矩机器62的转子固定地附接到套轴毂19，该套轴毂19机械地附接到第二行星齿轮30。每个旋转变压器传递信号地且操作性地连接到变速器功率逆变器控制模块TPIM 82，并且每个旋转变压器都感测并监测旋转变压器转子相对于旋转变压器定子的旋转位置，因此监测第一和第二扭矩机器60和62中相应的一个的旋转位置。附加地，从旋转变压器输出的信号可以用于确定第一和第二扭矩机器60和62的转速。

变速器10的输出构件92可旋转地连接到传动系90，以将输出动力提供到传动系90，该输出动力经由差动齿轮装置或驱动桥或另一合适装置传输到一个或多个车轮。输出构件92处的输出动力在输出转速和输出扭矩方面被特征化。变速器输出速度传感器93监测输出构件92的转速和旋转方向。每个车轮优选配备有传感器，该传感器配置为监测车轮速度以确定车辆速度以及用于制动控制、牵引力控制和车辆加速度管理的绝对和相对车轮速度。

来自发动机12的输入扭矩和来自第一和第二扭矩机器60和62的马达扭矩由于从燃料或储存在ESD 85中的电势的能量转换而生成。ESD 85经由高电压电气总线84而高电压直流联接到TPIM 82，高电压电气总线84优选包括允许或禁止ESD 85和TPIM 82之间的电流流动的触点开关38。TPIM 82优选包括一对功率逆变器和相应的马达控制模块，马达控制模块配置为接收扭矩命令并根据其控制逆变器状态，用于提供马达驱动或再生功能以满足马达扭矩命令。功率逆变器包括互补的三相功率电子装置，并且每个包括多个绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管用于通过高频切换将来自ESD 85的直流功率变换为交流功率用于为第一和第二扭矩机器60和62中相应的一个提供动力。绝缘栅双极晶体管形成配置为接收控制命令的开关模式功率源。对于每个三相电机中的每一相，存在一对绝缘栅双极晶体管。绝缘栅双极晶体管的状态受到控制，以提供马达驱动机械功率生成或电功率再生功能。三相逆变器经由直流传输导体27接收或供应直流电功率，并且将其转化为三相交流功率或由三相交流功率转化为直流电功率，该三相交流功率经由传输导体传导到第一和第二扭矩机器60和62或从第一和第二扭矩机器60和62传导出，用于操作为马达或发电机。TPIM 82响应于马达扭矩命令通过功率逆变器和相应的马达控制模块将电功率传输到第一和第二扭矩机器60和62或从第一和第二扭矩机器60和62传输电功率。电流穿过高电压电气总线84传送到ESD 85或从ESD 85传送，以对ESD 85充电和放电。

控制器5经由通信链路15传递信号地并可操作地连接到动力系统中的各种致动器和传感器，以监测和控制动力系统100的操作，包括合成信息和输入以及执行例程以控制致动器，以便满足涉及燃料经济性、排放物、性能、驾驶性能和硬件（包括ESD 85的电池以及第一和第二扭矩机器60和62）保护的控制目标。控制器5是整个车辆控制架构的子集，并且为动力系统提供协调的系统控制。控制器5可以包括分布式控制模块系统，该系统包括个体控制模块，个体控制模块包括监视控制模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块和TPIM 82。用户接口13优选传递信号地连接到多个装置，车辆操作者通过这些装置指挥和命令动力系统的操作。这些装置优选包括加速器踏板112、操作者制动器踏板113、变速器换档杆114（PRNDL）和车辆速度巡航控制系统116。变速器换档杆114可以具有离散数量的操作者可选择位置，包括指示操作者预期的车辆运动方向，并因此指示前进或倒退方向的输出构件92的优选旋转方向。要意识到的是，由于车辆位置（例如在山上）导致后退，因此车辆仍可能在不同于操作者预期运动的指示方向的方向上运动。用户接口13可以包括如图所示的单个装置，或者替代地可以包括直接连接到个体控制模块的多个用户接口装置。

前述控制模块经由通信链路15与其它控制模块、传感器和致动器通信，其实现各种控制模块之间的结构通信。具体通信协议是专用的。通信链路15和合适协议提供用于在前述控制模块和其它控制模块之间进行可靠的信息发送和多控制模块对接，从而提供包括例如防抱死制动、牵引力控制和车辆稳定性的功能。多个通信总线可以用于提高通信速度并提供一定水平的信号冗余和完整性，包括直接链路和串行外围接口（SPI）总线。个体控制模块之间的通信也可以利用无线链路来实现，例如短程无线电通信总线。个体装置也可以被直接连接。

控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指下列各项中的一种或更多种中的任一个或不同组合：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或更多个软件或固件程序或例程的中央处理单元（优选是微处理器）以及相关联的存储器和存储设备（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、合适的信号调节和缓冲电路系统以及提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意指包括校准值和查询表的任意控制器可执行指令集。控制模块具有被执行以提供期望功能的控制例程集。例程例如由中央处理单元执行，以监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以在发动机和车辆进行操作期间以规则间隔执行，例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替代地，例程可以响应于事件的发生来执行。

混合动力的动力系统100配置为在包括多个发动机状态和变速器档位的多个动力系状态的一个中操作，以生成并传输扭矩至传动系90。发动机状态包括ON状态和OFF状态。当发动机正在旋转时，发动机12被视为处于ON状态下。发动机ON状态可以包括全气缸状态(ALL)和气缸停用状态(DEAC)，在全气缸状态(ALL)中，所有气缸被供给燃料并点燃以生成扭矩，在气缸停用状态(DEAC)中，气缸的一部分被供给燃料并点燃以生成扭矩，而剩余气缸不被供给燃料，不点燃且不生成扭矩。发动机ON状态进一步包括燃料切断(FCO)状态，其中所有气缸不被供给燃料，不点燃且不生成扭矩。发动机12能够响应于用于车辆减速的操作者命令而在FCO状态下操作，例如发生在操作者将其足部抬离加速器踏板112时，在本文中被称为减速燃料切断状态(dFCO)。发动机12能够被命令以在非减速操作条件下在FCO状态下操作。当发动机处于OFF状态下时，其不旋转。在一个实施方式中，发动机处于OFF状态下的操作能够通过利用离合器或类似装置将输入构件的旋转接地到变速箱壳体来实现。变速器档位包括多个空档（空档）、固定档（档#）、可变模式（EVT模式#）、电动车辆（EV#）、和过渡（EV过渡档位#和伪档#）档位，这些档位通过选择性地启用离合器C1 150、C2 152、C3 154、C4 156和C5 158来得以实现。伪档档位是可变模式变速器档位，其中变速器10输出的扭矩对应于来自发动机12的输入扭矩，从而顾及到与输入构件14上的扭矩消耗部件相关联的扭矩损失。在EVT模式档位之间换档期间，伪档档位能够被采用作为中间变速器档位。表1描绘了用于操作混合动力的动力系统100的多个变速器档位和发动机状态。

表1

档位

发动机状态

C1

C2

C3

C4

C5

空档1

ON/OFF

空档2

ON/OFF

x

空档3

ON/OFF

x

伪档1

ON

x

伪档2

ON

x

空档

OFF

x

EVT模式1

ON/OFF

x

x

EVT模式2

ON/OFF

x

x

EVT模式3

ON/OFF

x

x

EVT模式4

ON/OFF

x

x

EV过渡状态1

OFF

x

x

EV过渡状态2

OFF

x

x

档1

ON

x

x

x

档2

ON

x

x

x

档3

ON

x

x

x

EV1

OFF

x

x

x

EV2

OFF

x

x

x

EV3

OFF

x

x

x

EV4

OFF

x

x

x

EV过渡状态3

OFF

x

x

x

空档

ON/OFF

x

x

伪档3

ON

x

x

空档

OFF

x

x

空档

OFF

x

x

图2示意性地显示了控制方案200的实施方式，该控制方案200包括的过程用于识别系统扭矩约束、确定系统扭矩约束的优先级并以递减优先级且以逐步方式顺序地施用系统扭矩约束，以确定可行的约束集。该过程包括识别多个系统扭矩约束参数并确定其优先级。系统扭矩约束参数以递减优先级的次序顺序地施用。用于顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态能够被确定，并且包括用于所有顺序地施用的系统扭矩约束参数的可行状态的解集（solution set）能够通过迭代操作控制方案200来确定。解集被采用以响应于输出扭矩请求控制选定变速器档位和发动机状态中的动力系统的操作。控制方案200参考混合动力的动力系统100（其参考图1描述）的实施方式来描述，并且可以采用在本文所述概念适用的任意适合动力系上。表2被提供作为图2的符号表，其中标有数字的块和相应的功能表述如下。

表2

控制方案200在混合动力的动力系进行操作期间规则地且周期性地执行。在开始操作车辆和动力系统时，例如，响应于操作者打开点火开关（key-on），系统初始化，其包括限定约束参数清单并确定其优先级，并且将这些约束中的一个（约束A）识别为具有最高优先级（202）。该操作可以采用预定约束和优先级信息，或者替代地，这些约束和优先级可以响应于先前操作周期期间的其他操作确定。在每一次迭代期间，系统操作响应于输出扭矩请求而在选定变速器档位和发动机状态的背景下被监测并估计，该输出扭矩请求用于确定用于扭矩致动器（即，马达A扭矩、马达B扭矩和发动机扭矩）的期望扭矩请命令。新约束集（约束A'）被定义，并且包括当前约束集（约束A）并且包含用于下一最高优先级约束（x）（204）的状态。系统确定新约束集（约束A'）对于在下一最高优先级约束（x）的状态处操作动力系统是否可行。系统确定利用新约束集（约束A'）进行动力系统操作是否可行（206），并且如果可行（206）（1），则当前约束集（约束A）被更新以包含下一最高优先级约束（x）（210）。确定利用新约束集进行动力系统操作是否可行包括：以考虑了多个系统变量的状态的一组线性和/或非线性系统方程式的形式执行系统解算器，以确定动力系统是否在选定变速器档位和发动机状态中响应于输出扭矩请求操作，而不会违反新约束集中所施用的约束。因此，在当前约束集以及与新约束集相关联的期望扭矩约束同时满足时，动力系统操作就被认为利用新约束集是可行的。系统变量通过一组预定义方程式而彼此相关。那些方程式的形式以及系数取决于变速器配置、变速器档位状态（即，离合器状态）以及变速器本身的属性（例如，齿轮上的齿数、旋转损失、各种部件的惯性质量矩、马达效率图等）。当下一最高优先级约束被施用时，当来自执行系统解算器的结果表明当前施用的约束全都满足时，新约束集（约束A'）就被称为对于操作动力系统是可行的。

当动力系统的操作被发现利用新施用的约束集（约束A'）在当前不可行时（206）（0），下一最高优先级约束（x）的值被重新定义为服从于当前约束集A的下一最高优先级约束（x）的最接近的可实现值（208），并且当前约束集（约束A）被更新以包含重新定义的下一最高优先级约束（x）（210）。

系统估计是否存在附加约束（212），并且如果存在（212）（1），则另一次迭代通过选择并估计下一最高优先级约束来执行。当所有约束已经被估计并定义或重新定义时（212）（0），用于扭矩致动器的扭矩命令的解集（即，马达A扭矩（Ta）、马达B扭矩（Tb）和发动机扭矩（Te））由约束集A定义并限制，该约束集A例如对于Ta、Tb、Te、To、NiDot、TL1、TL2和Pbat已经唯一地确定了具体值（214），并且被采用以控制动力系统的操作（216）。以按照顺序地、逐步、分级的方式确定操作可行性的施用约束的该迭代过程容许高效地施用约束，而无需密集估计。该过程适合于或多或少的约束而无需附加例程开发，并且所有约束的选择和优先级是可完全配置的，从而由于函数的循环结构而能够容易插入新约束。这便于可靠的、高效的、通用的、集中的且容易扩展的例程，该例程直接确定致动器扭矩命令，这些命令“最佳地满足”位于控制系统的快速致动器命令确定区域上的所有约束。

控制方案200的一种操作在本文中被描述，以说明采用参考图1所述的动力系统100的实施方式的概念。在该示图中，动力系统正在以串联-混合动力模式操作，发动机处于ON状态下，而控制方案200以从最高到最低优先级的次序顺序地施用约束。在执行控制方案200期间，每一约束集的施用是成功的，正如通过发现可行控制组所表明的，或者，新的约束组的施用产生当前不可行的控制集。当最新的约束组的施用产生当前不可行的控制集时，系统解算器执行约束优化以在所有当前施用的约束的背景下为该约束发现可行控制集。结果被获得，从而采用适合的动力系仿真例程。按照优先级从最高到最低的次序的约束能够包括如下：

Ta_ST：           短期马达A扭矩约束，即，用于第一扭矩机器60的最小和最大扭矩约束；

Tb_ST：           短期马达B扭矩约束，即，用于第二扭矩机器62的最小和最大扭矩约束；

Te_ST：           短期发动机扭矩致动极限：

Pbat-Hard：      固定的不可变（hard, inflexible）电池功率极限，包括最小和最大电压极限和电流极限；

NiDot-SpdCst：发动机加速度约束，涉及避免向后旋转发动机，避免发动机停转，并且使与共振相关联的速度区域（例如，300-500 RPM的范围）中的操作降到最低，该共振发生在自动起动和自动停止操作期间；

TL1_ST：         短期约束，以避免施用的第一离合器的所引起的离合器打滑；以及

TL2_ST：         短期约束，以避免施用的第二离合器（在施用时）的所引起的离合器打滑。

发动机加速度约束和短期离合器打滑约束代表选定的变速器部件加速度约束，在这些约束中能够存在数个约束取决于动力系配置（例如，前轮驱动或后轮驱动）和选定的变速器档位和发动机状态。取决于选定的变速器档位，能够存在一个或多个受控加速度（从而产生零加速度约束）或状态，这些状态具有一个、两个或三个加速度约束，包括发动机加速度约束和离合器打滑加速度约束两者。

按照优先级从最高到最低的次序的其他较低优先级约束能够包括如下：

Pbat-Soft：       非固定的可变（Soft, flexible）电池功率极限，包括最小和最大电压极限和电流极限，取决于操作条件，这些极限可能在短时段被违反；

To_pfd：          在可接受的输出扭矩的定义带之内产生输出扭矩的期望；

Te：                  避免使用点火延迟的发动机扭矩约束；

NiDot-Desired：校准的不受约束的输入加速度；

TL1_LT：         从施用的第一离合器卸载扭矩以执行扭矩阶段（torque phase）的约束；

TL2_LT：         从施用的第二离合器卸载扭矩以执行扭矩阶段的约束；以及

To：                 命令的不受约束的输出扭矩响应。

在操作时，最高优先级约束包括致动器命令上的约束，这些约束包括马达A扭矩命令（Ta）和马达B扭矩命令（Tb）上的约束，随后的发动机扭矩（Te）上的约束。初始约束空间包括马达A扭矩命令（Ta）、马达B扭矩命令（Tb）、发动机扭矩（Te）、输出扭矩（To）、发动机加速度（NiDot）、第一离合器扭矩（TL1）、第二离合器扭矩（TL2）和电池功率（Pbat）。

各个约束被施用，从而采用非线性系统解算器，该解算器能够表明这些约束是否形成可行集。系统解算器还能够表明这些约束是否唯一地确定具体解。初始时，能够存在满足约束的无穷数量的点，因为这些约束无法决定唯一解。然而，完全执行控制方案200对于Ta、Tb、Te、To、NiDot、TL1、TL2和Pbat产生具有唯一确定的具体值的最终约束集。变量通过一组预定义方程式而彼此相关。那些方程式的形式以及系数取决于变速器档位状态（即，离合器状态）以及变速器本身的属性（例如，齿轮上的齿数、旋转损失、各种部件的惯性质量矩、马达效率图等）。

初始约束集A如下，其中Inf和-Inf代表正无穷和负无穷。　

Ta (Nm)

Tb (Nm)

Te (Nm)

To (Nm)

NiDot (RPM/Sec)

TL1 (Nm)

TL2 (Nm)

Pbat (kW)

最小约束

-100

-200

30

-Inf

-Inf

-Inf

-Inf

-Inf

最大约束

100

200

110

Inf

Inf

Inf

Inf

Inf

短期发动机扭矩约束是下一最高优先级。[30, 110]的最小和最大发动机扭矩约束被施用，并且当前组成的约束被发现是可行的。在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

Ta (Nm)

Tb (Nm)

Te (Nm)

To (Nm)

NiDot (Nm)

TL1 (Nm)

TL2 (Nm)

Pbat (Nm)

最小约束

-100

-200

30

-Inf

-Inf

-Inf

-Inf

-Inf

最大约束

100

200

110

Inf

Inf

Inf

Inf

Inf

固定电池功率极限是下一最高优先级约束。在此情况下，例程选择为施加非限制固定电池功率约束，即，足够高从而在施用该迭代时并不变成限制因素或限制约束或主动约束。替代地，例程可以被指示以由某一其他例程施加非限制约束。+/-999kW的非限制固定电池功率极限被选择，[-999, 999]的最小和最大电池功率约束被施用。在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

Ta (Nm)

Tb (Nm)

Te (Nm)

To (Nm)

NiDot (Nm)

TL1 (Nm)

TL2 (Nm)

Pbat (Nm)

最小约束

-100

-200

30

-Inf

-Inf

-Inf

-Inf

-999

最大约束

100

200

110

Inf

Inf

Inf

Inf

999

涉及避免向后旋转发动机、避免发动机停转并且使与共振相关联的速度区域中的操作降到最低的发动机加速度约束是下一最高优先级。[-800, 800]的最小和最大发动机速度约束被施用。在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

Ta (Nm)

Tb (Nm)

Te (Nm)

To (Nm)

NiDot (Nm)

TL1 (Nm)

TL2 (Nm)

Pbat (Nm)

最小约束

-100

-200

30

-Inf

-800

-Inf

-Inf

-999

最大约束

100

200

110

Inf

800

Inf

Inf

999

避免施用的第一离合器（TL1）的所引起的离合器打滑的短期约束是下一最高优先级。[-350, 350]的最小和最大TL1约束被施用，并且在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	30	-Inf	-800	-350	-Inf	-999
最大约束	100	200	110	Inf	800	350	Inf	999

避免施用的第二离合器（TL2）的所引起的离合器打滑的短期约束是下一最高优先级。[-150, 150]的最小和最大TL2约束被施用，并且在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	30	-Inf	-800	-350	-150	-999
最大约束	100	200	110	Inf	800	350	150	999

非固定电池功率极限，即可变电池功率极限（Pbat-soft）是下一最高优先级。[-6, 6]的最小和最大Pbat约束被施用，并且在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	30	-Inf	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	110	Inf	800	350	150	6

期望或优选输出扭矩（To_pfd）是下一最高优先级扭矩约束。[98 102]的最小和最大To_pfd约束被施用，被称为如下的约束集A'。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	30	98	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	110	102	800	350	150	6

利用如上所示的约束集A'执行系统解算器表明基于约束集A'的可行解并未在初始时被发现，因此例程调用非线性编程系统解算器。系统解算器采用约束集A，而非约束集A'，并且刚被加[在该示例中为To_pfd]的约束并不被包括作为约束。系统解算器被要求发现输出扭矩To的值，其接近输出扭矩的原始约束范围，即，[98 102]，同时满足约束集A。在该示例中，系统解算器发现最接近原始约束范围[98 102]的解是82Nm的输出扭矩值，因为大于82Nm的输出扭矩将会违反包含在约束集A中的约束的至少一个。

优化例程确定82的输出扭矩To_pfd的幅值接近到能够利用这些约束获得的，并且在操作210之后经更新的约束集A在被施用时形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	30	82	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	110	82	800	350	150	6

避免使用点火延迟的发动机扭矩约束（Te = Te_air）是下一最高优先级。[90, 90]的最小和最大Te_air约束被施用，但是约束集A'并未在初始时产生如下的可行约束集。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	90	82	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	90	82	800	350	150	6

利用如上所示的约束集A'执行系统解算器表明基于约束集A'的可行解并未在初始时被发现，因此例程再次调用系统解算器。系统解算器采用约束集A，而非约束集A'，并且刚被加[在该示例中为Te_air]的约束并不被包括作为约束。系统解算器被要求发现输出扭矩Te_air的值，其接近发动机空气扭矩的原始约束范围，即，[90 90]，同时满足约束集A。在该示例中，系统解算器发现最接近原始约束范围[90 90]的解是85Nm的发动机空气扭矩值，其小于90Nm的空气扭矩约束，从而需要实施点火延迟以在一时段控制发动机扭矩，直到发动机空气扭矩能够调节。系统解算器因此确定85Nm的Te的幅值接近到能够在当前施用的约束内获得，并且在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	85	82	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	85	82	800	350	150	6

[20 20]的最小和最大校准的不受约束输入加速度约束是下一最高优先级且被施用，但是基于约束集A'的可行解并未在初始时被发现，如下所示。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	85	82	20	-350	-150	-6
最大约束	100	200	85	82	20	350	150	6

优化例程确定-800的NiDot的幅值接近到利用当前施用的约束能够获得的，并且在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	85	82	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	85	82	-800	350	150	6

从施用的第一离合器卸载扭矩以执行扭矩阶段（TL1_LT）的约束是下一最高优先级。[-350 350]的最小和最大TL1_LT约束被施用，并且在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	85	82	-800	-350	-150	-6
最大约束	100	200	85	82	-800	350	150	6

从施用的第二离合器卸载扭矩以执行扭矩阶段（TL2_LT）的约束是下一最高优先级。[-40 40]的最小和最大TL2_LT约束被施用，但是可行解并未在初始时被发现，如下所示。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	85	82	-800	-350	-40	-6
最大约束	100	200	85	82	-800	350	40	6

优化例程确定94的TL2_LT的幅值接近到利用当前施用的约束能够获得的。在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									最小约束	-100	-200	85	82	-800	-350	94	-6
最大约束	100	200	85	82	-800	350	94	6

输出扭矩（To）由于其他的更高优先级约束而在先前已经被约束，并且是下一最高优先级。[82 82]的最小和最大输出扭矩To约束被施用。在操作210之后经更新的约束集A形成的可行集如下。　

	Ta (Nm)	Tb (Nm)	Te (Nm)	To (Nm)	NiDot (Nm)	TL1 (Nm)	TL2 (Nm)	Pbat (Nm)
									解	-100	25	85	82	-800	-56	94	6
最小约束	-100	-200	85	82	-800	-350	94	-6
									最大约束	100	200	85	82	-800	350	94	6

该分析产生完整的约束集，其能够被施用以操作系统和对应的解集。最小和最大约束唯一地定义单一解集，如所示的。控制系统能够采用发动机扭矩和马达扭矩命令（Te, Ta, Tb），以控制动力系统的操作。

本公开已经描述了某些优选实施方式及其改型。通过阅读和理解说明书，其他人可以想到进一步的改型和替代方式。因此，本公开并不旨在限制于作为执行本公开所构想的最佳模式而公开的具体实施方式，相反，本公开将包括落在所附权利要求范围之内的所有实施方式。

Claims (10)

1.一种用于控制多模式动力系统的方法，所述多模式动力系统配置为将扭矩传输到输出构件，所述方法包括：

确定多个系统扭矩约束参数的优先级；

以递减优先级的次序顺序地施用所述系统扭矩约束参数；

确定顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态；

确定解集，所述解集包括所有顺序地施用的系统扭矩约束参数的所述可行状态；以及

应用所述解集，以操作所述动力系统。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级包括：确定系统扭矩约束参数的优先级，所述系统扭矩约束参数包括用于扭矩致动器的最小和最大扭矩约束，所述扭矩致动器包括非燃烧扭矩机器和内燃发动机。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括电池功率极限的系统扭矩约束参数的优先级。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括变速器部件加速度约束的系统扭矩约束参数的优先级。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定多个系统扭矩约束参数的优先级进一步包括：确定包括短期约束的系统扭矩约束参数的优先级，所述短期约束用于避免施用的离合器的所引起的离合器打滑。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定顺序地施用的系统扭矩约束参数中的每一个的可行状态包括：

定义约束集，所述约束集包括具有最高优先级的所述系统扭矩约束参数的可行状态；

定义新约束集，所述新约束集包括具有下一最高优先级的系统扭矩约束参数的状态；

确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行；以及

当所述新约束集对于操作所述动力系统可行时，更新所述约束集以包含所述新约束集，所述新约束集包括具有所述下一最高优先级的系统扭矩约束参数的状态。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行包括：执行系统方程式，以确定所述动力系统是否在选定变速器档位和发动机状态中响应于输出扭矩请求操作，而不违反所述新约束集。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述新约束集对于操作所述动力系统是否可行包括：确定是否同时满足所述约束集以及用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的状态。

9.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：

当所述新约束集对于操作所述动力系统不可行时，调节用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的状态，用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的经调节的所述状态被确定为对于采用所述约束集操作所述动力系统是可行的；以及

更新所述约束集，以包括用于具有下一最高优先级的所述系统扭矩约束参数的经调节的所述状态。

10.一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统配置为在多个扭矩致动器、多模式变速器和输出构件之间传输扭矩，所述方法包括：

识别多个系统扭矩约束；

确定所述系统扭矩约束的优先级；

以递减优先级的次序逐步施用所述系统扭矩约束，包括：响应于施用的系统扭矩约束中的每一个确定同时满足逐步施用的系统扭矩约束的可行性；

确定解集，所述解集包括对于所有逐步施用的系统扭矩约束的可行状态；以及

应用所述解集，以操作所述动力系统。