CN104627163A - 车辆 - Google Patents

Abstract

提供一种车辆，所述车辆包括动力传动系和齿轮箱，所述动力传动系具有通过上游离合器连接的发动机和电机(M/G)，所述齿轮箱通过变矩器连接到M/G。控制器被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自M/G的电功率请求，基于所述请求以及M/G转速和扭矩，以发动机转速和发动机扭矩操作发动机，以提高动力传动系效率。提供一种用于控制车辆的方法。响应于驻车或空档选择以及来自M/G的电功率请求，基于所述请求以及M/G转速和扭矩，以发动机转速和发动机扭矩操作发动机，以提高动力传动系效率。

Description

车辆

技术领域

各种实施例涉及选择混合动力车辆中的发动机操作点。

背景技术

混合动力电动车辆(HEV)利用内燃发动机和电机的组合提供推进车辆所需的功率和扭矩。这种布置相对于仅具有内燃发动机的车辆提供提高的燃料经济性。由于存在多个动力源，因此可基于控制发动机和电机的操作来增加车辆或动力传动系效率。

发明内容

根据实施例，提供一种用于控制车辆的方法，所述车辆具有通过上游离合器选择性地结合到电机的发动机，并且电机通过下游离合器选择性地结合到有级式变速器齿轮箱。响应于齿轮箱中的驻车或空档选择以及来自用作发电机的电机的电功率请求，按照由用于最佳的动力传动系效率的方案确定的发动机转速和发动机扭矩操作发动机，用于最佳的动力传动系效率的方案满足来自电机的电功率请求并使发动机和电机的结合的效率最大化。

所述方案的第一约束可以是电机转速等于发动机转速；其中，方案的第二约束可以是电机输出功率大体上等于电机的机械输出功率减去电机中的电功率损失；其中，方案的第三约束可以是包括燃料消耗的发动机效率。

所述方案可以是通过限制发动机扭矩的第一阈值和限制发动机转速的第二阈值而界定，以限制通过发动机产生的噪声和振动。

根据另一实施例，提供一种车辆，所述车辆设置有：动力传动系，具有通过上游离合器连接的发动机和电机(M/G)；齿轮箱，通过变矩器连接到M/G。控制器被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自M/G的电功率请求，基于所述请求和M/G转速和扭矩，以发动机转速和发动机扭矩操作发动机，以提高动力传动系效率。

根据又一实施例，提供一种用于控制车辆的方法，所述车辆具有通过上 游离合器选择性地结合到电机(M/G)的发动机，并且M/G通过变矩器选择性地结合到有级式变速器齿轮箱。响应于驻车或空档选择以及来自M/G的电功率请求，基于所述请求和M/G转速和扭矩，以发动机转速和发动机扭矩操作发动机，以提高动力传动系效率。

所述方法还可包括：响应于驻车或空档选择以及来自M/G的电功率请求，以输出扭矩大体上等于变矩器中的扭矩损失减去发动机扭矩使M/G作为发电机操作。

所述方法还可包括：响应于驻车或空档选择以及来自M/G的电功率请求，接合上游离合器，从而以发动机转速操作M/G。

发动机转速和发动机扭矩可以是基于用于最佳的动力传动系效率的方案而被选择为目标值，用于最佳的动力传动系效率的方案满足来自M/G的电功率请求并且包括发动机效率、M/G效率和变矩器效率。

用于最佳的动力传动系效率的方案可通过用于发动机扭矩的阈值和用于发动机转速的阈值而限制，以降低来自发动机的噪声和振动。

用于最佳的动力传动系效率的方案可由当车辆在某一海拔以上时用于发动机扭矩的阈值而限制。

所述方法还可包括：接收指示驻车机构接合的信号，以确定档位选择。

所述方法还可包括：接收指示换档离合器分离的信号，以确定档位选择。

本公开的各个实施例具有相关联的、非限制的点。例如，提供一种用于具有带驻车和/空档的变速器的混合动力车辆的方法以基于来自电机(用作发电机)要求的功率输出而提供发动机转速和扭矩命令，所述方法提供增加的动力传动系效率。发动机和电机一起形成动力传动系的原动机。变矩器也可包含在动力传动系中。对于给定的发电机输出功率要求，该方法可使发动机和动力传动系操作为具有降低的或最小化的燃料消耗。该方法计算发动机转速和扭矩，或等效的电机转速和扭矩，来作为系统的期望的或最佳的系统的操作点。对于给定的功率产生输出，动力传动系中的损失(包括发动机损失、发电机损失和附件损失)通过该方法被最小化。海拔效应可包含在该方法中，以提供高的动力传动系效率。噪声、振动和震感因素也可包含在该方法中，以在驻车或空档时提供最佳的动力传动系效率，同时满足用户对车辆噪声和操作的期望。

附图说明

图1是根据实施例的混合动力车辆的示意图；

图2是示出了车辆中的动力流动路径的图1的车辆的框图；

图3是示出各个发动机操作点的图表；

图4是示出调节后的各个发动机操作点的图表；

图5是示出根据实施例的控制混合动力车辆的方法的流程图；

图6是示出实施图5的方法的示例的混合动力车辆的时间表。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅是示例并且其他实施例可采取各种和可替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员不同地实施实施例的代表性基础。本领域的普通技术人员将理解，参照附图中的任一附图描述和示出的多个特征可与在一个或更多个其他附图中示出的特征相结合，以形成未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种修改和结合可期望用于特定应用或实施。

应认识到，在此公开的任何电路或其他电子装置可包括任何数量的微处理器、集成电路、存储装置(例如，FLASH、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、或者它们的其他适合的变体)和软件，它们相互作用以执行在此公开的操作。此外，如在此公开的任何一个或更多个电子装置可被配置为执行嵌入在非暂态计算机可读介质中的计算机程序，该非暂态计算机可读介质被配置为执行在此公开的任何数量的功能。

图1示出了根据实施例的混合动力车辆(HEV)10的示意图。图1示出了部件之间的代表性关系。车辆中的部件的物理位置和方向可变化。车辆10包括动力传动系12。动力传动系12包括驱动变速器16的发动机(ICE)14，变速器16可被称为模块化混合动力变速器(MHT)。在示出的实施例中，车辆10的各个动力传动系12部件按顺序彼此串联地设置。如下面将进一步详细地描述的，车辆10包括电机(例如，电动机/发电机(M/G)18)、相关联 的牵引电池(BATT)20、变矩器22、以及多阶传动比自动变速器或齿轮箱(TRANS)24。

发动机14和M/G 18均是车辆10的驱动源。发动机14通常表示原动机，原动机可包括内燃发动机(例如，通过汽油、柴油或天然气提供动力的发动机)或燃料电池。当发动机14和M/G 18之间的上游离合器或分离离合器26至少部分地接合时，发动机14产生供应到M/G 18的发动机扭矩和相对应的发动机功率。M/G 18可通过多种类型的电机中的任何一种电机实施。例如，M/G18可以是永磁同步电动机。电源电子装置56适配由电池20提供的直流(DC)电，以满足M/G 18的要求(如下将进行描述)。例如，电源电子装置可向M/G 18提供三相交流电(AC)。电源电子装置56可包括与控制系统46通信的电动机控制器。

在一些实施例中，车辆10还包括(例如)通过带或齿轮驱动可操作地连接到发动机14的起动器电动机(M)62。起动器电动机62可用于提供扭矩来起动发动机14而无需来自M/G 18的另外的扭矩，例如，用于冷启动或一些高速起动事件。起动器电动机62可以是低压电动机并具有使用DC-DC转换器连接到牵引电池20的相关联的低压电池。

当分离离合器26至少部分地接合时，可实现从发动机14到M/G 18的扭矩流或从M/G 18到发动机14的扭矩流。例如，分离离合器26可接合，并且M/G 18可操作为发电机，以将由曲轴28和M/G轴30提供的旋转能转换为电能储存在电池20中。分离离合器26也可分离，以使发动机14与动力传动系12的其余部分隔离，使得M/G 18可用作HEV 10的单独的驱动源。轴30延伸通过M/G 18。M/G 18持续地可驱动地连接到轴30，而仅当分离离合器26至少部分接合时，发动机14才可驱动地轴30。

M/G 18通过轴30连接到变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分地接合时，变矩器22连接到发动机14。变矩器22包括固定到M/G轴30的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。因此，变矩器22提供轴30和变速器输入轴32之间的液压耦合。变矩器22利用其流体耦合传递扭矩，并且可根据泵轮侧和涡轮侧之间的滑动量产生扭矩倍增。当泵轮转速与涡轮转速的比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的多倍。变矩器旁通离合器34(当接合时)还可提供变矩器22的泵轮和涡轮之间的摩擦结合或机械结合。用于变矩器的旁通或锁止离合器可以选择性地接合，以在泵轮侧和涡轮侧之间建立机械连 接，以直接传递扭矩。旁通离合器34可滑动和/或打开，以控制通过变矩器从M/G 18传递到变速器24的扭矩量。

变矩器旁通离合器34可操作为启动离合器，以提供平滑的车辆启动。可选地，或者组合地，对于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用，类似于分离离合器26的启动离合器或下游离合器可设置在M/G 18和变速器24之间。在一些应用中，分离离合器26通常被称为上游离合器并且启动离合器34(可以是变矩器旁通离合器)通常被称为下游离合器。变矩器22和启动离合器34可共同被称为下游扭矩传递装置。

虽然描述离合器26和34的操作使用术语“压力”，从而暗示液压离合器，但是也可使用其他类型的装置(例如，适合的电动机械离合器或者变矩器)。在液压离合器的情况下，离合器板上的压力与扭矩容量有关。同样地，作用在非液压离合器的板上的力也与扭矩容量有关。因此，为了术语一致，除非另外具体限定，否则在此描述的离合器26和34的操作使用术语“压力”，但是应理解其也包括非液压力施加到非液压离合器中的离合器板的情况。

当离合器26和34中的一个锁定或接合时，离合器的任一侧上的动力驱动系部件的转速相等。打滑使得离合器的一侧与另一侧的速度不同，从而当离合器中的一个离合器打滑时，一侧与另一侧具有不同的速度。例如，如果曲轴28的转速是1500rpm并且分离离合器26按照100rpm打滑，那么分离离合器26的M/G轴30侧的转速是1400rpm。可通过向离合器增加压力直到离合器中不存在打滑为止来锁定离合器，并且可通过将压力增大到最大设计压力来锁定离合器。接合离合器可指控制和/或锁定离合器。

输入到变速器24的全部扭矩流动经过变矩器22。变速器24可包括齿轮组(未示出)，该齿轮组通过摩擦元件(例如，离合器和制动器)的选择性接合可选择地以不同传动比设置，以建立期望的多个离散传动比或多阶传动比。摩擦元件可通过使齿轮组的特定元件连接和分离的换档方案而控制，以控制变速器输出轴36和变速器输入轴32之间的传动比。变速器24基于不同车辆和周围环境操作条件通过相关的控制器(例如，变速器控制单元(TCU)50)进行从一个传动比到另一传动比的自动换档。然后，变速器24向输出轴36提供动力传动系输出扭矩。

变速器24可以是有级式自动变速器齿轮箱并按照传统的方式连接到驱动车轮42，并且变速器24可包括差速器(DIFF)40。车辆10还设置有一对 非驱动车轮，然而，在可选的实施例中，可利用分速箱和第二差速器来主动驱动全部车辆车轮。有级式自动变速器24具有齿轮箱，以提供用于车辆10的各种传动比。变速器24的齿轮箱可包括离合器和行星齿轮组，或者现有技术中已知的离合器和齿轮系的其他布置。变速器24可以是自动六级变速器或现有技术已知的其他级自动变速器。变速器24也可以是现有技术中已知的另外的有级式变速器。

利用TCU 50等控制变速器24，以使其按照连接和分离元件(例如，在齿轮箱内切换离合器)的换档方案(例如，生成的换档方案)运转以控制变速器输出和变速器输入之间的传动比。变速器24被示出为具有驻车机构(park mechanism)58和至少一个换档离合器60。自动变速器中的驻车机构58和换档离合器60的控制和使用在现有技术中是已知的。当接合驻车机构时，变速器24处于驻车档。当驻车机构58和换档离合器60分离时，变速器24处于空档。可通过PRNDL输入利用齿轮选择来选择驻车档或空档。当变速器24处于驻车档或空档时，流动通过变速器24的扭矩被中断，使得输入到变速器24的任何扭矩不被传递到变速器24的输出也不传递到车轮。TCU 50也可用于控制M/G 18和离合器26、34。

应理解的是，使用变矩器22的液压控制的齿轮箱24仅是齿轮箱或变速器布置的一个示例；任何多级传动比齿轮箱(从发动机和/或电动机接收输入扭矩，然后将扭矩以不同的传动比提供至输出轴)用于本公开的实施例是可接受的。例如，齿轮箱24可通过包括一个或更多个伺服电机的机械式自动(或手动)变速器(AMT)来实施，以沿着换档拨叉轴转换/旋转换档拨叉来选择期望的传动比。例如，AMT可用于具有较高扭矩要求的应用中。

M/G 18与电池20通信。电池20可以是高压电池。M/G 18可被构造为在再生模式下(例如，当车辆电力输出超出驾驶员要求时)通过再生制动等向电池20充电。M/G 18也可设置为发电机构造并进行负扭矩输出，以减少发动机14提供至动力驱动系16的扭矩量，或控制变速器24的输入侧的转速。当M/G 18的输出转速降低时，相关的M/G 18的负扭矩输出对电池20进行充电。在一个示例中，例如，对于能够从外部电网(外部电网向充电站的电插座供应能量)给电池再充电的插电式电动混合动力车辆(PHEV)，电池20被构造为连接到外部电网。也可存在低压电池(未示出)，以向起动电动机或其它车辆部件提供电，或者可通过DC/DC转换器提供低压电。

发动机控制单元(ECU)38被配置为控制发动机14的操作。车辆系统控制器(VSC)44在TCU 50和ECU 38之间传输数据并且还与各种车辆传感器进行通信。用于车辆10的控制系统46可包括任何数量的控制器，并且可集成为单个控制器，或者具有多个模块。一些控制器或全部控制器可通过控制器局域网(CAN)或其它系统连接。控制系统46可被配置为在多种不同的状况下(包括按照提供一致品质的升档的方式)控制发动机14、M/G 18和变速器24的各种部件的运转。

VSC 44确定每个原动机在什么时候需要提供扭矩和电力以及需要提供多少扭矩和电力，以满足驾驶员的扭矩需求、车辆电力需求以实现发动机14和M/G 18的操作点(扭矩和转速)。VSC 44可解释包括任何正负发动机14扭矩或M/G 18扭矩以及道路负载扭矩的总的车辆扭矩。VSC 44也可解释包括任何正负发动机14功率或M/G 18功率以及辅助电力需求的总的车辆功率。

控制系统46响应于来自各个传感器的信号来控制各个致动器，以控制以下功能，诸如，起动/停止发动机14、使M/G 18运转，从而提供车轮扭矩或对电池20进行充电、选择变速器档位或制定变速器换档方案等。控制系统46可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理器。计算机可读存储装置或介质可包括易失性存储器和非易失性存储器，例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM，keep-alive memory)。KAM是在CPU关闭时可用于存储各种操作变量的持久性存储器或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可使用任何数量的已知存储器装置(例如，PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存、或能够存储数据的任何其他电、磁、光或组合的存储器装置)实施，它们中的一些存储器装置或介质表示在控制发动机或车辆中由控制器使用的可执行的指令。

控制器通过输入/输出(I/O)界面(可被实施为提供各种原始数据或信号调节、处理、和/或转换、短路保护等的单个集成的界面)与各种发动机/车辆传感器和致动器通信。可选地，一个或更多个专用的硬件或软件芯片可用于在特定信号供应到CPU之前调节或处理该信号。如图1的代表性实施例中大体上示出的，控制系统46可将信号传输到发动机14、分离离合器26、M/G 18、启动离合器34、变速器24和电源电子控制器56和/或接收来自发动机14、分离离合器26、M/G 18、启动离合器34、变速器24和电源电子控制 器56的信号。虽然未明确示出，但是本领域普通技术人员将想到在如上限定的每个子系统内可通过控制系统46控制的各种功能或部件。可利用由控制器执行的控制逻辑直接或间接致动的参数、系统和/或部件的代表性示例包括燃料注入计时、比率及持续时间、节气门位置、火花塞引燃计时(用于火花点火发动机)、进气/排气阀定时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)部件(例如，交流发电机、空调压缩机、电池充电、再生制动、M/G操作、用于分离离合器26、启动离合器34的离合器压力以及变速器等)。与通过I/O界面的输入进行通信的传感器可用于指示(例如)曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮转速(WS1、WS2)、车速(VSS)、冷却液温度(ECT)、进气管压力(MAP)、加速器踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、废气氧(EGO)或其他废气组分含量或百分比、进气流量(MAF)、变速器传动比或模式、变速器油温(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器34状态(TCC)、减速或换档模式(MDE)。

在正常动力传动系条件(不存在发生故障的子系统/部件)下，VSC 44解释驾驶员的需求，然后基于驾驶员要求和动力传动系极限确定车轮扭矩命令。加速器踏板由车辆的驾驶员使用，以提供要求的扭矩、动力或驾驶员命令来推进车辆。VSC 44接收来自加速器踏板位置传感器(APPS)和制动踏板的信号，以确定车辆加速或减速需求。

为了利用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合，以通过分离离合器26将至少部分发动机扭矩传递至M/G 18，然后从M/G 18通过变矩器22和变速器24。M/G 18可通过提供另外的电力来使轴30转动而辅助发动机14。该操作模式可被称为“混合动力模式”或“电辅助模式”。

为了使用M/G 18作为单一动力源来驱动车辆，除了分离离合器26使发动机14与动力传动系12的其余部分分离之外，动力流动仍相同。在此期间可禁用或停止发动机14中的燃烧，以节约燃料。牵引电池20将储存的电能传输到(例如)可包括逆变器的电源电子装置56。电源电子装置56将来自电池20的DC电压转换为M/G 18使用的AC电压。电源电子装置56将来自电池20的电压转换为提供到M/G 18的AC电压，以向轴30提供正扭矩或负扭矩。该操作模式可被称为“纯电动”操作模式。

在任何操作模式下，M/G 18可用作电动机并提供用于动力传动系12的驱动力。可选地，M/G 18可用作发电机并将来自动力传动系12的动能转换 为电能存储在电池20中。例如，在发动机14提供用于车辆10的推进动力的同时，M/G 18可用作发电机。此外，M/G 18可在再生制动的时间期间用作发电机，在再生制动的时间期间，来自旋转车轮42的旋转能通过变速器24向后传递并被转换为电能储存在电池20中。

M/G 18和电池20具有提供最大正扭矩和最大负扭矩或者可用电力的电力极限。电力极限可基于多个因素，所述多个因素包括但不限于M/G温度、电池的荷电状态、电池温度、最大电机扭矩和转速等。电力极限可随着车辆操作条件改变而变化，并且可通过控制系统46来确定。控制系统46可监测电池温度、电压、电流、荷电状态(SOC)并确定最大可允许放电功率极限以及此时的最大可允许充电功率极限。

TCU 50和VSC 44配合，以提供变速器24的传动比和换档的控制。VSC44可接收来自用户输入(例如，换挡杆)的PRNDL命令。当用于请求驻车(P)时，VSC 44和TCU 50配合，以接合变速器24中的驻车机构58。当用户请求空档(N)时，VSC 44和TCU 50配合，以分离驻车机构58和/或换档离合器60。

变矩器允许发动机/电机的转速与变速器输入转速不同。当车辆停止时，变速器输入转速为零。发动机和电动机可停止，以消除怠速损失。发动机和/或电机也可操作，以对电池20进行充电或向车辆系统和附件供应能量。车辆系统和附件包括加热、通风和空调(HVAC)系统、连接到车辆并从电气系统(AUX)汲取动力的附件(例如，动力工具、移动装置等)、为冷起动做准备、排放系统控制以及通过控制系统46(当车辆静止或处于驻车或空档时使发动机停止)接收或设置的其他命令或标志。在一个实施例中，车辆10具有电连接器(例如，交流电连接器)，用户可连接标准的110V或220V交流装置(例如，当车辆静止时使用的动力工具或延长线，移动装置或电池充电器等)。当车辆处于驻车或空档(P/N)时，发动机和电机与车速隔绝。TCU 50可在车辆静止时使车辆处于驻车或空档。由于车辆10呈具有持续可变发动机转速和扭矩的一系列混合动力，因此可需要增加或优化当车速为零时的动力传动系的效率。

对于仅具有发动机的传统车辆，当变速器处于驻车或空档时，发动机被控制在怠速模式下，即，通过低发动机负载维持发动机的操作处于最小损失(或最大可用效率)。用于传统车辆的发动机怠速控制可被设置为使得其不受 附件负载的影响或干扰。

对于其他混合动力车辆架构(例如，动力分流式混合动力车辆)，车辆可不具有，允许车辆设置在空档下的传统的齿轮箱。例如以及通过引用被包含于此的在2012年2月24日公告的美国第8,103,397号专利中，车辆具有通过行星齿轮组连接的两个电机和发动机。为了将车辆设置处于空档，发动机、发电机和电机的扭矩及转速必须全部被控制为通过行星齿轮组相互补偿，以提供被动空档，并且可基于通过行星齿轮组产生的约束而限制或控制发动机的电力输出和转速。

车辆10具有传统的变速器24，变速器24允许驻车或空档时更大的动力产生和发动机动力输出，其反过来允许对电池充电或用于其它动力利用的目的，例如，满足附加的车辆负载或动力需求。因此，控制发动机转速和扭矩输出以及提供用于增加整体动力传动系效率的方法与现有技术提供的方案不同。提供一种方法，其确定发动机和电机的操作点，以增加动力传动系效率或使动力传动系效率最大化。

图2示出了显示当车辆处于驻车或空档时用于车辆10的动力流动路径的示意图。VSC 44确定发动机14的操作需要满足车辆动力需求。控制系统46接合并锁定上游离合器26。例如，当电池的荷电状态在阈值之下时，车辆动力需求包括使用电机18作为发电机来对电池20充电。车辆动力需求还包括其他车辆系统或部件(例如，HVAC系统)的需求。例如，可需要操作发动机14来向车辆乘客舱提供热。或者，需要发动机14使HVAC系统中的空调运转，以使乘客舱冷却。车辆动力需求还包括附加的负荷，例如，用户将装置连接到车辆，该装置需要来自车辆的电力而运转。

当分离离合器锁定时，变矩器22的泵轮或输入轴的扭矩关系为：

τ_imp＝τ_e+τ_g

其中，τ_e是发动机14的输出扭矩，τ_g是电机18的输出扭矩。如果电机操作为电动机，则电机18的输出扭矩τ_g为正。如果电机操作为发电机对电池20充电或向电池20提供电力，则电机18的输出扭矩τ_g为负。

通过参照图2，在变速器24处于驻车或空档并且上游离合器26锁定的情况下，可操作发动机14以提供输出扭矩，同时电机18操作为发电机，以提供电力对电池充电或对其他车辆需求或附加的需求供应电力。流动到发动机的燃料的质量流量是(千克每秒)。在80处，kJ/s(或kW)的 功率流动到发动机14中，其中，E是燃料热值。在考虑发动机惯量之前，在82处发动机14的机械输出功率是P_e＝τ_e·ω_e，其中，P_e是发动机的输出功率，单位为kW，并且ω_e是发动机的输出轴的转速(弧度每秒)。

发动机14功率的一部分可用于克服变矩器22的任何损失。发动机功率的另一部分驱动作为发电机的电机18，以产生用于电池20的电功率。在上游离合器26锁定时发电机按照与发动机相同的转速运转，使得ω_e＝ω_g，并且电机扭矩为负，这是因为电机作为发电机操作。电机18的机械功率为τ_gω_g。

电机18在84处的输出功率采取的形式为：

P_g＝τ_gω_g-P_eloss(τ_g，ω_g)

其中，P_g是发电机在84处的输出功率，并且P_eloss(τ_g，ω_g)是发电机的损失并且是电机转速和扭矩的函数。

发动机和电机可按照许多方式操作，以产生相同的功率输出P_g。当功率等于扭矩乘以转速时，高转速和低扭矩的发动机输出可产生与低转速和高扭矩的发动机输出相同的功率，从而对于相同的输出功率产生一系列方案。一些组合可比其他组合更有效，从而发动机的效率和电机的效率对整个系统效率做出贡献。整个系统的效率η_pwr可被定义为：

${\mathrm{\η}}_{\mathrm{pwr}}=\frac{P_g}{E\·m_{\mathrm{fuel}}}$

控制系统46确定发动机和电机的动力传动系操作点，使得效率η_pwr对于给出的输出功率Ｐ_g最大化。控制系统46确定用于最佳动力传动系操作点的发动机和电机转速为：

${w_e}^{*}=\arg \underset{{\mathrm{\ω}}_e}{\max }\left({\mathrm{\η}}_{\mathrm{pwr}}\right)=\arg \underset{{\mathrm{\ω}}_e}{\max }\left(\frac{{\mathrm{\τ}}_g{\mathrm{\ω}}_g-P_{\mathrm{eloss}}({\mathrm{\τ}}_g,{\mathrm{\ω}}_g)}{\frac{{\mathrm{\τ}}_e{\mathrm{\ω}}_e}{{\mathrm{\η}}_e({\mathrm{\τ}}_e,{\mathrm{\ω}}_e)}}\right)$

其中，等式的限制条件是ω_e＝ω_g、P_g＝τ_gω_g-P_eloss(τ_g，ω_g)和 函数argmax提供产生最大动力传动系效率的论据。P_eloss是电机的损失映射并表示电机处于不同转速和扭矩点的效率。发动机的效率η_e(τ_e，ω_e)是对各个发动机转速和扭矩的发动机效率映射。用于ω_e ^*的等式的待选值或搜索空间是(ω_e，τ_e)对。(ω_e，τ_e)对必须满足等式：P_g＝τ_gω_g-P_eloss(τ_g，ω_g)。用于ω_e ^*的等式产生最大发动机和电机效率，使得这两个致动器的组合损失为最小值。发动机和电机可以不在它们的最大效率点操作，然而，该组合对于设置的约束条件具有最大动力传动系效率。最佳 发动机扭矩τ_e ^*是从等式ω_e ^*的结果得到的并且不是自变量。

发动机的输出功率采取的形式为：

P_e＝P_g+P_eloss(τ_g，ω_g)+P_tc(ω_g)

其中，P_tc是变矩器贡献的功率损失。对于给定的泵轮转速，变矩器功率损失可基于变矩器特性来计算。如果旁通离合器34锁定，那么变矩器功率损失可以为零。

为了获得等式ω_e ^*的结果，可使用各种优化方法或技术。例如，直接搜索方法可作为基本算法。在其他示例中，基于单一型或梯度型的搜索方法也可用于找到方法。

对于给出的P_g，优化方法首先限定作为搜索空间的在用于动力传动系的允许的转速范围内的发电机转速的矢量{ω_g1，ω_g2，...，ω_gn}。然后，对于每个发电机转速，可利用等式P_g＝τ_gω_g-P_eloss(τ_g，ω_g)迭代地确定发电机扭矩。这样产生扭矩矢量{τ_g1，τ_g2，...，τ_gn}。然后，可利用等式τ_imp＝τ_e+τ_g计算发动机扭矩。注意，等式中的泵轮扭矩τ_imp表示当变速器处于驻车或空档时的变矩器损失。对于给出的转速和打滑，变矩器损失可利用变矩器特性来确定。发动机转速和变矩器泵轮转速与电机转速相同。

然后，基于确定燃料使用矢量{m_fuel1，m_fuel2，...，m_fueln}，然后根据燃料使用矢量确定最小燃料使用。对应的发动机转速ω_e ^*和扭矩是燃料使用矢量的最佳方案。

上面描述的搜索方法提供获得的ω_e ^*的方案并且不使用复杂的搜索技术。当然，也可使用其他的优化方法来确定发动机转速ω_e ^*和扭矩的方案。

在此描述的搜索方法或其他搜索方法可离线进行，以确定处于不同输出功率水平的最佳发动机操作点的映射。图3中示出了该映射的示例。

图3描绘了发动机扭矩τ_e与发动机转速ω_e之间的关系。示出了一系列的曲线90，其中，每条曲线表示来自电机的恒定的输出功率P_g。线92表示最佳的发动机操作曲线并且是基于用于发动机转速ω_e ^*和扭矩的上述搜索算法的方案。

图4描绘了在控制车辆10的发动机14和电机18中使用的调节的发动机扭矩τ_e与发动机转速ω_e之间的关系。考虑车辆10处于驻车或空档时的噪声和振动(NVH)并且可能需要基于NVH要求来调节发动机操作转速和扭矩 例如，较高的发动机转速和较高的发动机扭矩通常可产生对用户影 响较大的NVH。对于处于驻车或空档的发动机转速和扭矩输出，NVH要求会约束或限制最佳发动机转速和扭矩。例如，噪声和振动要求会产生发动机转速和发动机扭矩的上阈值和下阈值(用作方案的边界或限定曲线的边界)。例如，可规定最大发动机转速为用于提供最大可接受的动力传动系噪声水平的阈值。在任何发动机转速的最大发动机扭矩还可被限制为防止车辆乘客舱中发生阈值以上的振动。

当发动机的最大输出扭矩由于海拔效应(altitude effect)而降低时，发动机操作转速和扭矩还可需要基于车辆处于高海拔而进行调节。当优化的发动机扭矩接近于最大发动机扭矩时，这可影响发动机操作转速和扭矩 所述海拔可提供发动机扭矩的上阈值或上边界或者上线，并且最佳动力传动系操作点可需要基于该阈值来降低。

图4中示出了在进行任何NVH约束和海拔调节之后的最终优化结果。曲线90表示恒定的电输出功率P_g。线92表示调节之前的最佳发动机操作曲线并且是基于用于发动机转速和扭矩的上述搜索算法的方案。线100表示基于NVH水平和/或海拔的上阈值。曲线102示出了产生的调节的发动机操作转速和扭矩曲线(包括由于NVH和/或海拔阈值进行的调节)。

图5示出了根据实施例的控制车辆10的方法120。流程图中的各个步骤可重新布置或省略，并且可在本公开的精神和范围内添加其他步骤。方法120还可应用到本领域已知的对发动机、电机和其他车辆部件进行相似约束的其他混合动力车辆架构中。方法120提供发动机的操作转速和扭矩的确定，以提供当车辆处于驻车或空档并且电机按照发电机操作时最佳的或最大化的动力传动系效率。

方法120的至少一部分可离线进行，以针对给定的输出功率预计算包括 对的校准表。可选地，方法120可通过控制系统46在车辆操作期间进行。

控制系统46利用方法120并在框122处开始。然后，控制系统46进行到框124并确定变速器24是否处于驻车或空档。如果车辆处于驻车或空档，那么控制系统46进行到框126并确定是否已经接收了动力产生请求。针对动力产生请求，命令电机18操作为发电机，以满足超出现有的电池容量或状态的车辆动力需求。动力产生请求可对电池20进行充电或向车辆系统和附件供应能量。

如果已在126处做出动力产生请求，那么控制系统46确认上游离合器26接合并锁定，如果离合器26打滑或分离，则命令上游离合器26处于锁定状态。然后，方法120进行到框128并利用校准表130确定发动机操作点或通过进行前面描述的计算确定发动机操作点。控制系统46利用对于电池的请求的电机输出功率P_g以及系统中的各种约束和损失，以计算处于车辆操作的极限设置内(即，NVH、海拔等)的使动力传动系效率最大化的值。

在确定值之后，控制系统46发出命令来控制车辆的动力传动系的操作。在134处，控制系统46命令发动机14输出确定的扭矩值。在136处，控制系统46命令电机18操作为发电机，以提供负扭矩输出，或向电池提供电力。控制系统46基于对于电池的请求的电机输出功率P_g，发动机输出扭矩以及车辆内的任何损失而命令电机18输出发电机扭矩τ_g。例如，控制系统46可利用等式或基于等式P_g＝τ_gω_g-P_eloss(τ_g，ω_g)计算期望的发电机扭矩τ_g。可选地，代替在136处直接控制电机扭矩，控制系统可利用电机的速度控制器。速度控制器将最佳目标转速ω_e ^*作为参考并产生电机的扭矩命令，从而可追踪目标转速。理想地，扭矩命令应与早先确定的期望的发电机扭矩τ_g相等或接近。利用速度控制器，系统操作可更稳健。注意，由于锁定的上游离合器26使得发动机转速和电机转速彼此相等。

图6示出了在车辆10中用于执行方法120的进度表或信号表的示例。在时间150之前，车辆10运转在驱动档，如线172所示出的。线154示出了APPS信号，并且APPS信号降低，直到用户完全松开或释放踏板。在另一实施例中，线154还可包含另外的车辆动力需求，例如，HVAC、电池SOC要求、辅助动力要求等。电机在时间150之前操作为发动机，以满足APPS信号，如发动机输出功率被示出为零。

在时间150之后，车辆可静止或滑行，并且不存在来自电机或发动机的动力的需求。在时间152处，命令车辆并使其设置处于驻车或空档(如线172所示)。在线156处，存在车辆电力需求(例如，HVAC操作、电池SOC低于阈值、附件电力负载等)，从而产生来自操作为发电机的电机的电力需求。控制系统46确定用于期望的发动机操作点的值，以使动力传动系效率最大化。通过线158示出了发动机转速。通过线160示出了发动机扭矩。

从时间152开始，控制系统46命令发动机运转或启动发动机，如通过发动机输出功率162所示出的。控制系统46通过增大离合器的命令的液压压力 而命令上游离合器26处于锁定位置，如线164所示出的。在发动机启动之后，其达到值，如箭头166和168所示。

在时间170处，对于车辆的另外的功率请求开始，如通过APPS信号154所示出的。另外的功率请求可以是来自APPS处的按压，来自用户添加另外的辅助电力连接或命令HVAC运转等。这增加了线156中的来自发电机的功率需求。为了满足来自发电机的增加的功率需求，发动机的输出功率也增加，如通过线162所示出的。

控制系统46确定用于期望的发动机操作点的新的值，以针对来自发电机的改变的功率需求使动力传动系效率最大化。然后，发动机被命令为值。

当来自发电机的输出功率改变时，请求的发动机功率162也改变。控制系统46可计算针对瞬时发动机输出功率以及目标稳态发动机输出功率的一系列的目标值。当车辆处于驻车档或空档时，通过将发动机控制为值 可增加车辆的整体动力传动系效率，同时满足任何NVH、海拔或其他约束。

根据一个示例，可确定控制系统46利用方法120。车辆设置为驻车或空档并且加速器踏板输入通过改变踏板位置而逐渐地增加和降低。随着踏板位置的改变监视发动机转速和扭矩输出。如果发动机转速和扭矩对应于校准表(例如，表130)将提供的作为用于的值，那么很可能控制系统46执行方法120。

本公开的各个实施例具有相关联的、非限制的优点。例如，提供一种用于具有带驻车和/或空档的变速器的混合动力车的方法以基于电机(用作发电机)要求的功率输出而提供发动机转速和扭矩命令，所述方法提供增加的动力传动系效率。发动机和电机一起形成动力传动系的原动机。变矩器也可包含在动力传动系中。对于给定的发电机输出功率要求，该方法可使发动机和动力传动系操作为具有降低的或最小化的燃料消耗。该方法计算发动机转速和扭矩，或等效的电机转速和扭矩，来作为系统的期望的或最佳的操作点。对于给定的功率产生输出，动力传动系中的损失(包括发动机损失、发电机损失和附件损失)通过该方法被最小化。海拔效应可包含在该方法中，以提供高的动力传动系效率。噪声、振动和震感因素也可包含在该方法中，以在驻车或空档时提供最佳的动力传动系效率，同时满足用户对车辆噪声和操作 的期望。

虽然上面描述了示例性实施例，但不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。说明书中使用的词语是描述性而非限制性的词语，应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可作出各种改变。如前所述，多个实施例的特征可结合，以形成本发明的未明确描述或示出的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到，一个或更多个特点或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。这样，被描述为在一个或多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (9)

1.一种车辆，包括：

动力传动系，具有通过上游离合器连接的发动机和电机；

齿轮箱，通过变矩器连接到电机；

控制器，被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自电机的电功率请求，基于所述请求和电机转速和扭矩，以发动机转速和发动机扭矩操作发动机，以提高动力传动系效率。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自电机的电功率请求，使电机操作为发电机。

3.如权利要求2所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自电机的电功率请求，以输出扭矩大体上等于变矩器中的扭矩损失减去发动机扭矩来操作电机。

4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自电机的电功率请求，锁定上游离合器。

5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于驻车或空档选择以及来自电机的电功率请求，以发动机转速操作电机。

6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述动力传动系效率包括发动机效率、电机效率以及变矩器效率。

7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述齿轮箱包括驻车机构，

其中，所述控制器还被配置为接收指示驻车机构接合的信号，以确定齿轮选择。

8.如权利要求1所述的车辆，其中，所述齿轮箱包括换档离合器，

其中，所述控制器还被配置为接收指示换档离合器分离的信号，以确定齿轮选择。

9.如权利要求1所述的车辆，其中，所述齿轮箱是有级式自动变速器齿轮箱。