CN104554266A - 具有踏板位置对车轮输出需求的动态映射的混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

以纯电动模式和一种或多种使用内燃发动机的模式来运行混合动力车辆。控制踏板由驾驶员可移动至相应的位置，用来指示所需的车辆运动。控制器可以根据可变车轮输出需求与可变最低启动阀值的瞬时值来选择性地激活发动机。根据初始值将踏板位置通过映射关系转换为相应瞬时车轮输出需求，该映射关系根据初始值与可变最低启动阀值之间的差值进行修正。最低启动阀值最好是可以根据用于为电力驱动装置提供电力的电池的荷电状态来动态的确定。车轮输出需求的修正最好在接近最低启动阀值处减小映射关系的斜率，以减小在接近动态变化的最低启动阀值的区域的踏板位置敏感度。

Description

具有踏板位置对车轮输出需求的动态映射的混合动力车辆

技术领域

本发明总体涉及油/电混合动力车，以及更具体地，涉及以避免过早或过度地转换为燃烧发动机模式的方式控制从纯电动模式向燃烧发动机模式的转换。

背景技术

驾驶员可控的“加速”踏板是各类运输车辆中常用的输入装置，如燃油动力小汽车和卡车、电动车以及混合动力车等。踏板通常通过驾驶员的脚来操控，但同样可以用例如手来控制。历史上，踏板位置直接与给燃烧发动机提供燃料和空气的节气门位置相一致。在拥有电力控制和其他类型动力系统的现代车辆中，踏板下压量与动力系统响应之间的联系可以调整，以提供不同速度和扭矩的响应。

一种调整踏板位置映射的方法由韦伯等在美国专利6,654,677中公开。动力系统控制器基于车辆速度改变加速踏板位置与电子节气门角度的映射，以便提高驾驶员对车速、扭矩输出以及加速度的控制。在车辆低速时，踏板位置着重于提供加速度控制地映射到电子节气门角度。在车辆高速时，踏板位置着重于控制车辆速度地映射到电子节气门角度。

踏板位置与车轮或发动机输出之间的映射可以在对附加变量的响应中被动态调整。在美国专利公布号2013/0197775A1专利文献中，该关联基于路面坡度被调整。

更普遍的，映射关系改变踏板位置变化对相应车轮/发动机输出变化的敏感度。例如，驾驶员对于车辆的能力和响应性的感知可以因高斜率的踏板映射而被正面的影响，在相对较小的加速踏板位置变化下导致了车轮功率需求的较大变化。小斜率的踏板映射可以提供较高水平的可控性，这需要加速踏板位置较大的变化以实现对于驾驶员需求车轮功率的显著变化。

随着对生产更省油车辆不断增加的需求，混合动力电动车(HEV)由于其提供的燃油经济性超过了众多仅使用内燃发动机来驱动车辆的传统车辆而已经变得受欢迎。HEV的主要优势之一便是其在特定的运行条件下允许电动机为车辆提供动力。例如，当车轮输出需求相对适度且电池或其他电源充足了电时，发动机可以关闭，且车辆仅依靠一个或多个电动机驱动。随着运行条件的改变，发动机可以启动以提供附加动力。

在HEV以纯电动模式驱动的情况下，控制系统基于许多输入来决定何时启动并且停止发动机。例如，在功率分流或并联混合动力中，主要输入之一为驾驶员对于车轮功率的需求(基于踏板位置的映射)。当车轮功率需求超出作为发动机最低启动阀值的已知阀值时，发动机启动为车辆提供推进力。同样可以用于启动发动机的其他输入包括高电压电池的荷电状态(SOC)、针对电或热的气候控制需求，或者检测到发动机需要继续运行以保持减少排放的状态。

如果加速踏板映射对于加速踏板位置细小的变化过于敏感，则加速踏板位置细小的或无意的变化可以引起发动机在以驾驶员功率需求接近发动机最低启动阀值而驾驶时启动。在大多数情况下，最大化花费在电动模式上的时间对于提高效率以及提高所有者对车辆的满意度是有益的。因此，期望在最低启动阀值附近提供可控性(不太敏感)，正如在美国专利公布号2013/0024061专利文献中提到的那样。在此文中，使用ECO(经济模式)开关来选择抑制发动机激活的映射。然而，所选映射是固定的，并且仅利用用于激活发动机的固定阀值起作用。

使用可基于许多不同情况而变化的动态最低启动阀值是有利的，包括一些例如电池荷电状态等不影响加速踏板映射的情况。由于静态最低启动阀值和加速踏板映射，现有技术未能同时实现最佳响应和发动机启动可控性。

发明内容

在本发明的一个方面，一种混合动力车辆包括电力驱动装置和内燃发动机。控制踏板通过驾驶员可移动至相应的位置，用来指示所需的车辆运动。控制器可以根据可变车轮输出需求与可变最低启动阀值的瞬时值来选择性地激活发动机。根据初始值将踏板位置通过映射关系转换为相应瞬间车轮输出需求，该映射关系根据初始值与可变最低启动阀值之间的差值进行修正。最低启动阀值最好是可以根据例如用于为电力驱动装置提供电力的电池的荷电状态的不同情况来动态地确定。车轮输出需求的修正最好减小接近最低启动阀值的映射关系的斜率，以减小在接近动态变化的最低启动阀值的动态设置区域的踏板位置敏感度。

附图说明

图1为显示本发明可以应用的现有技术混合动力系统的框图；

图2为显示现有技术中踏板位置和车轮扭矩需求的映射图；

图3显示了现有技术中在固定最低启动阀值附近含减小的斜率的踏板位置映射的调整；

图4显示了基于电池或其他用于给电力驱动装置供能的电储存设备的荷电状态变化而动态变化的最低启动阀值的一个实例；

图5是显示了关于随最低启动阀值的变化而改变踏板位置映射的本发明的一个优选实施例的框图；

图6是显示了关于定义最低启动阀值附近的修正值的函数的一个优选实施例的示图；

图7表示针对不同最低启动阀值而制定的踏板位置映射的不同的修正的曲线图；

图8的显示了在踏板位置大体上保持不变时改变的电池荷电状态对于最低启动阀值和映射修正的影响的曲线图。

具体实施方式

本发明适用于包括两种或多种不同功率源/驱动组合的车辆，例如混合动力电动车(HEV)。图1显示了串并联混合动力电动车(分流)配置。各种其他混合动力配置同样可以应用，例如串联、并联、一体式启动机/发电机等等。

在图1所示的HEV中，行星齿轮组10将托架齿轮11通过单向离合器13机械耦合至发动机12。行星齿轮组10同样将中心齿轮14机械耦合至发电电动机15和齿圈(输出)16。发电电动机15同样机械连接至发电机制动器17，并电连接至电池18。牵引电动机20与行星齿轮组10的齿圈16通过第二齿轮组21机械耦合，并电连接至电池18。行星齿轮组10的齿圈16和牵引电动机20通过输出轴23机械耦合至主动轮22。

车辆系统控制器(VSC)和动力系统控制模块(PCM)25控制该HEV配置中的许多部件。VSC和PCM功能可以整合在一个单元内，或者在单独的模块中执行。VSC/PCM25与电池控制单元26和变速驱动桥管理单元27通过诸如控制器局域网络(CAN)28的通讯网络来进行通讯。在低车轮输出需求水平，VSC/PCM25在停用发动机12的情况下以纯电动模式运行驱动系统。当响应于踏板29位置确定车轮输出需求达到最低启动阀值时，VSC/PCM25激活发动机12。

出于说明目的，图1仅展示了一种类型的HEV配置。拥有其他辅助动力源或其他并联和/或串联驱动组合的不同的车辆类型同样可以应用。例如，本发明在燃料电池HEV、汽油HEV、乙醇HEV、混合燃料HEV或氢气发动机HEV中都是有用的。在不同情况下，为了指示所需车辆动作(即，是否依照所需速度或加速度)，驾驶员控制的踏板29与VSC/PCM25耦合。更普遍的，踏板位置如下文所述地转换为车轮输出需求。车轮输出需求可以被处理为扭矩需求或相当于功率需求。

图2表示了几种不同的现有技术的踏板位置映射，包括有恒定斜率的直线映射30以及有可变斜率的非线性映射31。改进的映射32的一个实例包括斜率递增段32a和斜率递减段32b，用于更好地调整踏板性能，以便在低需求下提供增加的加速度控制以及在高需求下提供增加的速度控制。

图3显示了用在含恒定最低启动阀值的混合动力车辆中的对于映射32的已知修正。映射33包括斜率减小区域33a，用于延长映射33与最低启动阀值相交时的踏板位置。然而，恒定的最低启动阀值可能是不可取的。反而，可以执行如图4中所示的可变的最低启动阀值34，其中最低启动阀值的大小取决于电池SOC、功率密度容量、或电力驱动装置或电源的其他动态的功率限制。因此，现有技术的静态映射不能适合更理想的可变最低启动阀值的使用。

本发明的第一个实施方式如图5所示，其中任何所需常规静态或动态踏板映射35转换踏板位置为初始值36。常规映射可以解释与控制敏感性相关的所需性能特点。在框37中，初始值36(即，常规确定的车轮扭矩需求)的发动机最低启动阀值瞬时值相比较，来确定修正需求值38，该修正需求值可以用于测定车轮扭矩传递39并做出发动机启动/停止判定40。修正值38与初始值36相差一数值，该数值由初始值36和最低启动阀值的瞬时值的相近程度来决定。

图6表示了基于车轮输出需求初始值与最低启动阀值的动态值二者的差值而得到修正值的优选函数。X轴表示映射踏板位置初始值减去最低启动阀值的差(Δ)。Y值表示将对初始值应用的修正。在从大小为-a的下界延伸到具有值c的上界的Δ范围以外，修正值为零。这样，初始需求值仅在其接近最低启动阀值的动态值时被修正。修正值在-a到c的范围内始终为负数，并且有最大的值-b。在该优选实施例中，定义修正值的函数在下界与最大值之间为有第一预定斜率的直线，且在在最大值与上界之间为有第二预定斜率的直线。第一斜率陡度小于第二斜率(即，第一斜率的绝对值小于第二斜率的绝对值)。第一斜率的净效果是在以跟随最低启动阀值的变化的方式接近最低启动阀值时降低踏板敏感度。第二斜率在超出最低启动阀值一定值后恢复踏板映射至其未修正值。在可选的实施例中，函数的形状在上界或下界与最大值之间可以不同于直线。

由于图6所定义的修正值，发动机启动将会在Δ(初始映射需求减去最低启动阀值)等于|b|时发生。为确保修正值在低于阀值时不太敏感，最小值-b不应在Δ＝b的点之前出现。换句话说，最大修正值应该出现在如图6所示的函数与y＝-x定义的直线的交点处。

在其他实施例中，也许需要在发动机启动之后运用不同的修正值。例如，可以使用一种方法，该方法停止运用查找功能，反而将最后一次使用的修正值随时间线性减小至零，或随踏板位置或扭矩需求的变化线性减小至零。另一种可选的方法将继续从表格中查找数值，但仅当新值比比激活值小时更新激活值。因此，当需求增加到c以上时，该数值将降至零，然后在发动机运行期间保持为零(即使需求降至低于c)。如果需求没有增加到c以上，则在发动机运行时将会继续不断修正。

图7说明了运用图6所定义的关系对最终踏板需求映射进行动态修正的效果。实线45表示初始踏板映射，该初始踏板映射是在任一所需基础上确定，以协调车辆性能而不考虑其对HEV最低启动阀值的影响(为简化表示为直线)。虚线46表示实际上在某一时刻动态最低启动阀值的第一值，而虚线47表示在不同时刻最低启动阀值的第二值。当最低启动阀值具有线46所示值时，映射45被修正以提供沿虚线50的的映射，导致踏板位置的增大以达到最低启动阀值。当使用最低启动阀值47时，修正踏板映射改为沿虚线51，以便使发动机的激活推迟踏板运动的相同量，即使最低启动阀值已经改变。换句话说，随着车轮扭矩需求接近最低启动阀值，车轮扭矩需求减小，以在加速踏板位置-输出需求关系中产生较小的斜率，从而要求踏板位置有较大的变化以达到最低启动阀值。启动内燃发动机所需的加速踏板位置额外增加的实际量由b值和初始踏板映射控制。变化的斜率和修正区域的大小取决于a值和c值。由于关于发动机最低启动阀值做了修改，加速踏板映射随最低启动阀值的动态变化而动态地变化。

由于在以纯电动模式运行期间最低启动阀值的动态变化，本发明所做修正将改变驾驶员扭矩需求值，即使加速踏板位置保持不变(例如，在高速公路以自动速度控制进行驾驶期间)。例如，图8对应于在低于初始最低启动阀值的扭矩需求下保持不变的加速踏板位置。实线55表示最低启动阀值随时间下降，且虚线56表示取决于不变踏板位置的恒定的(未修正)车轮输出需求。由于长时间以电动模式运行，最低启动阀值会随着电池荷电状态的耗尽而下降。随着发动机最低启动阀值55接近未修正的需求56，内燃发动机将会由现有技术系统在时间57启动。实线60表示结合本发明的修正而动态调整的车轮输出需求。随着映射的车轮输出需求逐渐接近递减的最低启动阀值，修正开始生效，因此映射的需求的修正值随时间渐增地下降。修正的扭矩需求保持低于最低启动阀值直至在时间61达到最大扭矩修正值。没有扭矩修正，要么发动机将较早启动，要么驾驶员将需要主动降低加速踏板位置以避免发动机的启动。

Claims (9)

1.一种混合动力车辆，其特征在于，包括：

电力驱动装置；

内燃发动机；

控制踏板，该控制踏板可由驾驶员移动至相应位置以指示所需车辆运动；

控制器，该控制器可以根据可变车轮输出需求与可变最低启动阀值的瞬时值来选择性地激活发动机，其中根据初始值将踏板位置通过映射关系转换为相应的瞬间车轮输出需求，该映射关系根据初始值与可变最低启动阀值之间的差值进行修正。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，电力驱动装置包括电源，以及其中，控制器根据电源的动态功率限制来确定可变的最低启动阀值的值。

3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，映射关系的修正具有斜率，以便在达到可变最低启动阀值时提供最大值。

4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，当初始值与可变最低启动阀值之间的差值处在下界至上界间的范围之外时，映射关系的修正为零值，以及其中，可变最低启动阀值处在下界与上界之间。

5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，当达到可变最低启动阀值时，修正有最大值，以及其中，修正具有由函数定义的中间值，该函数在下界与最大值之间有第一斜率，并在最大值与上界之间有第二斜率。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，第一斜率的绝对值小于第二斜率的绝对值。

7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所需车辆运动对应所需扭矩，其中，车轮输出需求被转换为车轮输出扭矩，以及其中，最低启动阀值为扭矩阀值。

8.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所需车辆运动对应所需功率，其中，车轮输出需求被转换为车轮输出功率，以及其中，最低启动阀值即为功率阀值。

9.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，在发动机在最低启动阀值以上被激活后，控制器将踏板位置转换为车轮输出需求，而不进行根据初始值与可变最低启动阀值之间的差值的任何修正。