CN105189233B - 用于优化混合动力电动车中功率消耗的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于优化混合动力电动车中燃料消耗的系统和方法。混合动力效率指数(HEI)用于量化在给定功率水平下的电能消耗可实现的有关的效率优点。还公开了最小效率阈值，其用于确定哪一个HEI值会产生在车辆的操作期间能最佳地使用电能。还公开了用于调整相对于再生制动事件、能量存储系统内的存储容量以及其他方面的最小效率阈值的方法。

Description

用于优化混合动力电动车中功率消耗的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求享有2013年3月14日提交的美国临时申请61/782,476的优先权，其全部内容通过引用并入到本文中。
背景技术
混合功力电动车通常使用电力驱动系统和矿物燃料驱动系统二者来使燃料消耗最小化。结果，对混合动力车辆驱动系统的控制通常包括确定在发动机中燃烧矿物燃料的同时如何最优地消耗电力(或取代燃烧矿物燃料)。在一些情况下，赞成较大程度地使用电力是有利的，然而在另一些情况下，在发动机中燃烧较多的燃料并且在电动机/发电机中使用较少的电力可实现最优的燃料经济性。决定这种平衡是困难的并且通常是违反直觉的，这是由于决定最优的燃料经济性可包含多个因素，例如发动机的燃料效率、可获得的电能的量和最大传递速率、在不同功率水平下的电能传递中遭受的损耗，还有车辆的速率、其重量，以及多个其他相关的因素。
发明内容
公开了用于优化混合动力电动车驱动系统中的功率消耗的系统和方法。包括用于优化在从接通到断开的整个操作循环中电能和矿物燃料消耗的技术，而不是优化在仅各个瞬间时间点处的消耗。例如，在长期的最优功率水平下消耗电能而不是在任何时间点处的最优功率水平下消耗电能是最有益的。在一个实施方案中，通过计算混合动力效率指数(HEI)来运行系统，该混合动力效率指数定义为燃料消耗速率的变化除以所存储的电能的变化速率。在混合动力车辆的推进阶段中的任何瞬间，对于混合动力系统控制逻辑而言，所期望的动力总成输出、部件的效率以及发动机燃料效率是很好地表征出来且为已知的。因此，在任何给定的时间点，可针对一系列的电能水平计算HEI，或在车辆的整个操作期间重复地计算，因此如果使用电能替代燃料能来用于相应于当前使用者扭矩要求的一部分或全部的有效电能输出，则可连续地量化有效效率增加的比值。
在另一个方面，系统包括用于确定什么时候特定的效率增加(HEI值)代表电功率的最佳使用的方法。在一个公开的实施方案中，系统包括最小效率水平，或目标HEI，低于所述目标HEI的HEI被视为不足以操作电动机。在车辆的整个操作期间均会调整目标HEI，以优化何时用电能替代矿物燃料是最有利的。在一个例子中，目标HEI设置为低的足以消耗所有有效的电能，而不浪费例如在整个再生制动期间获得能量的机会。类似地，在另一个例子中，最小效率阈值设为以下水平：在整个行程期间消耗的能量等于在操作循环或行程期间捕获的再生能量。
在另一个方面，系统考虑了电能存储系统的存储容量是否足以存储在整个行程期间回收的能量并递送到电动机/发电机。例如，系统可自适应地观察在整个行程中回收的能量，并且判断在车辆的操作期间内的任何给定的时间有多少车辆的动能可回收为电能的平均期望比值。因此，该算法可判断是否有足够的存储容量。例如，在一个例子中，不充足的存储容量的判定会导致HEI目标的逐渐降低，因此造成更频繁地使用电能。
类似地，在HEI处理算法的另一个方面，当能量存储系统的容量受到限制而导致不能捕获部分的有效再生能量时，发生再生制动事件也将会致使HEI目标的降低，造成更频繁地使用电动机以在能量存储系统中产生额外的容量，因此使得系统更能在再生制动期间回收更多的能量。
在另一个方面中，可将最小效率阈值调高或调低以辅助能量存储系统保持在想要的存储容量附近。HEI处理的这一方面是有益的，例如，通过将能量存储系统保持在接近一定的充电容量来延长其使用寿命是有利的。
通过详细描述和随之提供的附图，本发明其他的形式、目的、特征、方面、好处、优点和实施方案将变清楚。
附图说明
图1是混合动力系统的一个实施例的示意图。
图2是图1中的混合动力系统的电信系统的总图。
图3是显示了图1的控制系统的一个方面的流程图，该流程图包括用于计算一个或多个电动机放电功率值的HEI的步骤。
图4是显示了图1的控制系统的另一个方面的流程图，该流程图包括用于在再生制动事件后调整最小效率阈值的步骤。
图5是显示了图1的控制系统的另一个方面的流程图，该流程图包括用于调整与预期的能量回收量相关的最小效率阈值的步骤。
图6是显示了图1的控制系统的另一个方面的流程图，该流程图包括用于调整与估算阈值相关的最小效率阈值的步骤。
具体实施方式
出于更好地理解本发明原理的目的，现在将参照在附图中说明的实施方案，并且使用详细的语言来对其进行描述。然而需要理解的是，本发明的范围并不因此而受到限制。如同与本发明相关的领域的技术人员所通常想到的那样，可以构思出对在此描述的实施方案的任何修改和进一步的改进，以及对此处所描述的本发明原理的进一步应用。这里非常详细地显示了本发明的一个实施方案，然而对于本领域的技术人员来说很明显，为了简要起见，一些与本发明无关的特征也许不会显示出来。
在下面描述中的标记数字用于帮助读者快速识别出首次显示了各种部件的附图。特别是，首次出现了元件的附图典型地由相应的标记数字的最左侧的数字来表示。例如，由“100”系列标记数字标出的元件将首次出现在图1中，由“200”系列标记数字标出的元件将首次出现在图2中，以此类推。对于说明书、摘要和权利要求书来说，应当注意地是，单数形式“一”、“该”等也包括复数，除非另有明确说明。作为说明，关于“一个装置”或“该装置”包括一个或多个这种装置或其等效物。
图1显示了根据一个实施方案的混合动力系统(hybrid system)100的示意图。图1中说明的混合系统100适合用于商用卡车以及其他类型的车辆或运输系统，但是可以设想混合动力系统100的多个方面可结合到其他环境中。如图所示，混合动力系统100包括发动机102、混合动力模块(hybrid module)104、变速箱106和用于将功率从变速箱106传递到车轮110的传动系108。混合模块104结合了通常称之为电机112的电动机/发电机或电机器，和使发动机102与电机112和变速箱106操作性连接和脱开的离合器114。
混合动力系统100结合了用于控制多种部件的操作的控制系统。例如，发动机102具有发动机控制模块146，其可控制发动机102的多种操作特征，例如燃料喷射等。变速箱/混合控制模块(TCM/HCM或“控制器”)148取代了传统的变速箱控制模块，并且设计为控制变速箱106以及混合动力模块104的操作。变速箱/混合控制模块148和发动机控制模块146连同逆变器132和能量存储系统134沿着如图1中描述的通信线路通信。
就总体功能而言，变速箱/混合控制模块148接收来自能量存储系统134和其中的多个能量存储模块136的功率限值、电容、有效电流、电压、温度、充电阶段、状态和风扇速率信息。在所说明的实施例中，能量存储系统134包括三个连接在一起(例如并联连接在一起)的能量存储模块136以向逆变器132提供高压电能。
变速箱/混合动力控制模块(transmission/hybrid control module)148又发出用于连接多个能量存储模块136的指令，以向逆变器132提供电压或由逆变器提供电压。变速箱/混合控制模块148从逆变器132接收多个输入，例如发动机/发电机的有效扭矩、扭矩限值、逆变器的电压电流和实际的扭矩速率。变速箱/混合动力控制模块148也会从逆变器132接收高电压总线功率和消耗信息。变速箱/混合动力控制模块148也监测输入电压和电流以及输出电压和电流。变速箱/混合动力控制模块148也与发动机控制模块146通信和接收来自其的信息，并且作为响应而通过发动机控制模块146控制发动机102的扭矩和速率。
在通常的实施方案中，变速箱/混合动力控制模块148和发动机控制模块146均包括具有处理器、存储器和输入/输出连接器的计算机。此外，逆变器132、能量存储系统134、DC-DC转换系统140和车辆的其他子系统也可包含具有类似的处理器、存储器和输入/输出连接器的计算机。
图2显示了可用于混合动力系统100中的通信系统200的一个实施例的图。虽然显示了一个实施例，但是应当理解地是，在其他实施方案中通信系统200可构造为与所显示的不同。通信系统200构造为最小地影响车辆的控制系统和电系统。为了便于对现有的车辆设计进行改装，通信系统200包括混合动力数据线路202，混合动力系统100的大多数各种部件通过所述混合动力数据线路进行通信。特别是，混合动力数据线路202方便了在变速箱/混合动力控制模块148和逆变器132以及能量存储系统134之间的通信。在能量存储系统134中，能量存储模块数据线路204方便了在多种能量存储模块136之间的通信。混合动力系统100的多个部件和其功能在2012年6月20日递交的美国专利申请NO.13/527,953以及2011年9月9日递交的公开号为WO2012/034031 A2的国际申请NO.PCT/US2011/041018中进行了更加详细的讨论，其内容通过引用并入本文中。
在另一个方面中，变速箱/混合动力控制模块148控制发动机102和电机112的操作，以确定关于发动机102中燃烧的矿物燃料，如何最好地使用所存储的电能。这通常包括计算以确定电机112是否向传动系108提供扭矩或提供扭矩到何种程度以辅助发动机102，从而向传动系108提供足以实现操作者的扭矩要求的输出扭矩。在一个例子中，变速箱/混合动力控制模块148可控制电机112提供造成有来自能量存储系统134的高速电能传输的所有的必要输出扭矩，并且使发动机102可能会空转或也许会关闭。在另一个例子中，也许只有片刻之后，变速箱/混合动力控制模块148才会控制电机112提供实现使用者的输出扭矩要求所需要的扭矩中的非常小百分比的扭矩，并控制发动机102以提供剩余的扭矩。
在一个实施方案中，变速箱/混合动力控制模块148通过使整个操作周期内、例如从车辆启动到车辆停止的周期内的燃料消耗最小化来力图优化燃料节省，而不是在每个瞬间优化混合动力系统100的燃料效率。尽管在每个瞬间优化效率在确定从能量存储系统134中获取的最有功率水平时可能是有利，但是在操作周期内所获得益处会根据多个变化因素、例如混合动力系统100的操作点(例如速率和扭矩)而变化。在一些情况中，使用相对大量的电能仅会产生适度的燃料节省，然而在其他情况中，消耗相对少量的电能会产生大量的燃料节省。
在变速箱/混合动力控制模块148的一个实施方案中，处理器或控制电路编程为或以其他形式设计为可考虑广泛的变量并且可量化在任何给定的时刻混合动力系统100可使用的电能与燃料能之间众多的有效权衡。在另一方面，当权衡提供最佳的整体燃料节省时，使用电能。在一个实施方案中，变速箱/混合动力控制模块148会计算混合动力效率指数(Hybrid Efficiency Index,HEI)，所述混合动力效率指数定义为燃料消耗速率的变化除以所存储的电能的变化速率。在这个HEI的实施方案中，如果电功率以给定的速率消耗并且发动机的功率输出减少了相应的量，则该比值可被看做为量化有效效率增加的简单的标量值。在推进阶段中的任何瞬时点，当混合动力系统100从发动机102和/或混合动力模块104经传动系108传送功率到轮子110时，所需要的输出功率、部件的效率，以及发动机燃料效率会被提供给混合动力系统100或由混合动力系统100计算，并且可被变速箱/混合动力控制模块148得到。这允许变速箱/混合动力控制模块148计算所有可能的电能水平下的HEI，其可在任何特定的时间点被能量存储系统134递送。
在图3的301处显示了在针对所有可能的电功率输出水平计算一组HEI值之后控制混合动力系统100所包括的步骤的一个例子。在301处显示的步骤是由变速箱/混合动力控制模块148执行的整个HEI处理(processing)300的一个方面的示例。HEI处理300包括图4到6所示的多个其他方面，并且其也可与301处所示的处理异步地计算。变速箱/混合动力控制模块148使用处理器或类似的计算电路来执行图3到6所示的步骤，所述处理器或类似的计算电路被程序化为或以其他的形式设计为执行如所示的HEI处理并且引起混合动力系统100如图或如下文所表明的那样进行相应的响应。
图3中的HEI处理300包括计算最大估算功率水平和最小估算功率水平(302)，因此建立一些列的有效功率输出值。最大和最小估算功率水平通常对应于能量存储系统134、电机112、发动机102的当前功率输出，以及混合动力系统100的其他相关方面的操作特征。由于HEI代表了发动机中燃烧的燃料与在电机112中使用的电能之间的权衡，因此在一个实施方案中，最大估算功率水平的上限代表了在一定水平下操作电机112所需要的电功率水平，该一定水平将造成电机产生与发动机102燃烧燃料产生的当前机械输出功率相同的机械输出功率以提供使用者要求的输出扭矩。
但是，这种计算得到的电功率值可能会超过能量存储系统134可递送的或电机112可使用的最大功率。例如，能量存储系统134基于其当前的荷电状态、温度和多个其他操作参数仅可递送(至多)一些最大功率。类似地，电机112在给定的最大速率下基于其设计的限制条件仅可使用电能，并且因此仅可递送(deliver)一些已知的最大机械输出功率。因此，变速箱/混合动力控制模块148可例如通过使用能量存储系统134的放电功率极限和电机112的最大可用输入功率，或在当前使用者扭矩要求下由将发动机产生的机械功率转化成等价的电功率产生的功率值中的一者的最小值来确定最大估算功率水平。最小估算功率水平则通过计算例如当系统处于最小载荷时的空挡状态下的最小操作消耗功率水平来确定。
变速箱/混合动力控制模块148使用最大和最小估算功率水平来计算代表一组电能水平的多个马达放电功率值(303)，将针对所述的一组电能水平计算混合动力效率指数。在一个实施方案中，多个马达放电功率值通过一组值中的每个放电功率增加了预设的值或相比前一个值的增量以使功率水平增加的方式来确定。该增量可调整并且取决于混合动力系统100的多个方面，例如逆变器132和电机122能够响应的最小功率调整量。在另一个实施方案中，该多个放电功率水平通过将最大放电功率和最小放电功率之间的有效范围除以例如100或50的预设数字来确定。
变速箱/混合动力控制模块148循环访问多个马达放电功率值(304)，并在考虑了操作者当前扭矩要求后计算针对每个马达放电功率值的HEI。为了计算HEI，变速箱/混合动力控制模块148在计算中将当前马达放电功率值用作输入功率来计算电动机扭矩(306)。在一个实施方案中，通过将输入功率从电能转化成机械能并除以马达速度来计算电动机扭矩。也可以使用其他合适的计算。
还计算了能量存储减少值(307)，这里存储能量减少值表示可由从能量存储装置中取出输入功率以产生所计算的电动机扭矩而导致的有效能量的减少值。存储能量减少值包括由马达消耗的电功率，同时也考虑了例如由从能量存储系统134到电机112的能量传递产生的在能量存储系统134中的损耗。这些损耗包括由抵抗能量传递所产生的热造成的损耗。例如，能量存储系统134包括电池，电池中的功率损耗可由电阻、功率，以及电压来表征为如R*(P/E)2，其中R为电池包的电阻、P为给电机112的输入功率(在本实施例中是从电池中取出的功率)，以及E为给电机112的输入电压。
类似的存储能量减少值计算可通过使用最小估算功率来执行，以确定最小的存储能量减少值。最小的存储能量减少值和存储能量减少值两者均用于计算存储能量减少值差值(309)。
计算发动机的发动机扭矩(310)，其减去计算的电动机扭矩输出。这样，发动机扭矩的计算包括来自步骤306的先前计算的电动机扭矩计算，表明发动机102减小了其扭矩输出与电机112产生的扭矩相称。因此，发动机102和电机112两者一起工作以实现操作者的功率(即，扭矩)要求，并且马达扭矩作为发动机扭矩输出的一部分或全部的替换。
针对当前输入功率和最小估算功率，在步骤312处计算了发动机102的燃料消耗速率。对于给定的发动机速度、扭矩和输出功率而言，燃料消耗速率可由制造商很好地表征出来，并且在发动机102操作时，变速箱/混合动力控制模块148可从发动机控制模块146处得知该燃料消耗速率。变速箱/混合动力控制模块148使用这些映射来确定所使用的燃料的量。
在步骤313处例如通过从由最小估算功率确定的最小估算燃料消耗速率中减去燃料消耗速率来计算燃料使用差值。在混合动力效率指数(HEI)的一个实施方案中，HEI计算为(315)将在步骤313中计算的燃料使用差值除以在步骤309中计算的存储能量减小值差值。保存所计算的混合动力效率指数(317)，例如至少直到已针对所有的马达放电功率值计算了HEI。如果有更多的马达放电功率值待处理(318)，则在步骤304处针对另一马达放电功率值重复HEI计算。
如果在步骤303中计算的所有的马达放电功率值已经被处理，则变速箱/混合动力控制模块148判定在步骤317中存储的所计算的HEI值中是否比有当前最小效率阈值高的值(320)。如果没有，则执行新一组的HEI值的计算并且处理再次从步骤302开始。可将处理HEI循环程序化为或以其他方式设计为每秒执行多次，例如每秒50次，但取决于根据实施方案或系统限制条件，可执行的更快，例如100次每秒或甚至更快，或不是很快，例如5或10次每秒或更慢。而且，当没有HEI值高于最小效率阈值时，可将时间滞差加入到从步骤320到302的过渡中。在一些实施方案中，在针对一组新的马达放电功率值重复计算HEI之前等待一段时间可能是有利的。
若可以，HEI处理301以调整电机112输入功率作为结束。在一个实施方案中，如果在步骤315中计算的和在步骤317中存储的HEI值中的至少一个比最小效率阈值更高(320)，则变速箱/混合动力控制模块148选择比最小效率阈值高并且具有最高输入功率的HEI值(321)。变速箱/混合动力控制模块148将所选择的HEI值的输入功率用作为电机112设置的新的输入功率。变速箱/混合动力控制模块148进而给混合动力系统100的相关部件(例如逆变器132、能量存储系统134和电机112)发出信号，以操作在电动机模式下的电机112产生与在所选的HEI值的计算中使用的扭矩值大体上相等的输出扭矩。几乎与此同时，发动机控制模块146由变速箱/混合动力控制模块148的信号触发以将发动机输出扭矩减少相同的量，因此以发动机102的扭矩交换电极112的扭矩。接下来，HEI处理返回到步骤302，这里进行一组新的HEI的计算，根据当前要求的扭矩输出和混合动力系统100的性能限制条件，重新评估在电能和燃料燃烧之间最高效的权衡。
如上文所述，在操作混合动力系统100期间，重复计算针对给定组的马达放电功率值的HEI值的计算，在一些实施方案中，每秒或许多次。但是，HEI处理的其他方面包括调整最小效率阈值，其以仅选择用电能(见步骤320)替代发动机102中燃烧燃料的最佳机会的形式来操作。
例如，在图4中以400显示了HEI处理300的另一个方面，其包括调整最小效率阈值(或HEI目标)以确保捕获再生能量，而不会由于能量存储系统134内不足的有效存储而损失再生能量。HEI处理300力图理想化地将最小效率阈值保持为足够的低，使得在整个行程(trip)或操作循环内消耗的能量大约等于在该行程内所捕获的再生能量。但是，对存储在能量存储系统134内的功率管理不善可导致失去在再生制动事件期间回收能量的机会，例如在能量存储系统已经充满并且不可再回收能量的情况中。因此，在HEI处理300的一个实施方案中，在再生过程中损失能量的情况下，最小效率阈值会减小。减小最小效率阈值具有增加使用电机112的可能性的效果，这是由于其会导致更多的估算功率水平从步骤302转化为步骤321中的候选HEI值(见图3)。
在图4所示的实施方案中，变速箱/混合动力控制模块148判定再生制动事件是否开始(401)，如果没有的话，则同以前一样继续处理。例如可通过检测变速箱106中穿过传动系108来自车轮110的扭矩来进行这样的判定。在车辆仅减速期间或还实施摩擦制动时，可发生这样的事件。此外，在扭矩从混合动力车辆传动系108和变速箱106作用到电机112上的任何时间，可发生这样的事件。
如果发生了再生制动事件(401)，变速箱/混合动力控制模块148判定能量存储系统134是否已充满电(403)，例如通过经由混合数据链路202来与能量存储系统134通信。如果能量存储系统134已充满电，则变速箱/混合动力控制模块148计算在再生制动事件期间不会被回收的能量(405)。如果能量存储系统没有充满电(403)，则变速箱/混合动力控制模块148将在再生制动过程期间回收的能量(407)计算为来自变速箱106使在发电机模式下操作的电机112转动以产生电功率的扭矩。当再生制动事件结束时(408)，变速箱/混合动力控制模块148计算未回收的能量是否大于回收的能量(410)。如果不是，则HEI处理继续步骤300。如果未回收的能量大于回收的能量的一部分K(410)，则变速箱/混合动力控制模块148访问先前存储的最小效率阈值(412)，并且减少最小效率阈值(413)。这种减少例如可为以小标量值如0.1或0.5或一些其他值的递增式的减少。在其他的实施方案中，可根据最小效率阈值的当前值来计算该减少量，因此例如以较大的量来减少最小效率阈值(如果该数值较高)，或以较小的量来减少最小效率阈值(如果该数值较低)。修改后的最小效率阈值由控制器存储(415)并且可在HEI处理300期间使用，例如在步骤320中在选择从一组估算的功率水平计算的HEI数值时。
在另一个方面，可使用补偿值(offset)来调整最小效率阈值。在一个实施方案中，补偿值基于维持或接近能量存储系统134中所需要的存储容量来确定。例如，对于包括一个或多个蓄电池组电池的能量存储系统134的实施方案而言，可从蓄电池组电池制造商处得知当蓄电池被保持在充电例如40％到70％之间时会表现最好。因此，可将补偿值施加给最小效率阈值以调整较低或较高的阈值，以在能量存储系统134中维持这种接近的充电状态。在另一个实施方案中，如果补偿值被保持了较长的时间，则可将该补偿值合并到变速箱/混合动力控制模块148的操作逻辑中。这种合并补偿值的处理可自动地发生，例如通过自适应的逻辑，例如在补偿值已经保持了预设定数量的天数后，补偿值将自动地包括到最小效率阈值计算中，或当技术人员再编程或重新设置处理器或处理回路中的逻辑时，合并处理可手动地实现。
在与能量存储系统134的容量相关的HEI处理的另一方面，变速箱/混合动力控制模块148观测捕获的能量并且自适应地在车辆速度包络线中学习可回收的动能的期望比例。随着车辆运动，算法可使用该期望比例来确定在任何给定的时间是否存在足够的存储容量。HEI处理的这一方面也可由变速箱/混合动力控制模块148来执行，并且在图5中的500处示出。在501处计算期望的能量回收量。在一个实施方案中，期望的能量回收量在变速箱/混合动力控制模块148中通过对最近回收的能量的商求平均而计算得到，这里回收能量的商分别计算为实际回收的能量除以最大可回收的能量的比值。最大可回收的能量可根据车辆的质量和速率的函数来确定，所述车辆的质量和速率可通过混合动力系统100而被变速箱/混合动力控制模块148得知，或可由变速箱/混合动力控制模块148计算。
变速箱/混合动力控制模块148判定是否期望的能量回收量大于当前的存储容量(503)。如果是这样，则HEI处理在300处继续。如果期望的能量回收量小于当前存储容量(503)，则变速箱/混合动力控制模块148核对确定是否期望的能量回收量大于能量存储系统134的最大存储容量(505)。如果不是，HEI处理在300处继续。如果期望的能量回收量大于能量存储系统134中的最大存储容量(505)，则从存储器取出先前存储的最小效率阈值(506)并且变速箱/混合动力控制模块148如上文所讨论的那样来减少最小效率阈值(508)。减少后的最小效率阈值也被存储(509)以用于HEI处理300的所有方面，例如在步骤320、412和506中。
在HEI处理300的另一方面，变速箱/混合动力控制模块148力图将最小效率阈值保持为尽可能地高。当所计算的HEI在给定的功率水平下超过当前最小效率阈值时，从能量存储系统134中提取能量以在给定的功率水平下使用电机112为车辆提供功率或辅助发动机102。电机112将继续提供使用者的扭矩要求的一部分或全部，直到HEI下降到当前最小效率阈值之下。接着，变速箱/混合动力控制模块148计算在这种特定的推进事件期间消耗的能量的量，并且判段如果最小效率阈值已经被设置为高于当前最小效率阈值的预定的估算效率阈值的话，该能量中有多少(如果有的话)已被消耗。通过将消耗的能量与可在较高估算阈值下被消耗的能量相比较，变速箱/混合动力控制模块148可确定是否较高的最小效率阈值会导致更明智地使用有效电功率，其会导致较高的燃料效率。
在图6中的600处显示了包含在使用估算效率阈值来计算对当前最小效率阈值的调整中的步骤的一个实施方案。在步骤602处，变速箱/混合动力控制模块148访问先前存储的最小效率阈值和先前存储的估算效率阈值。实际能量使用则基于在推进事件期间从能量存储系统134处获得的信息来计算(604)。在一个实施方案中，能量使用通过下面方式计算得到：在推进阶段期间，通过对一段时间内的存储放电速率求积分，得出表示HEI在最小效率阈值之上并且电机112从能量存储系统134取出功率的一段时间的能量使用的值。变速箱/混合动力控制模块148进而可计算使用较高的估算阈值可从能量存储系统134取出的能量(605)。
较高的估算阈值用于确定该估算阈值是否已经产生较高的能量支出。如果估算的能量和实际消耗的能量相等(606)，则HEI处理在300处继续。如果估算的能量和实际能量不相等，则变速箱/混合动力控制模块148在步骤607处确定是否估算的能量大于从能量存储系统134取出的实际能量。如果是这样，则变速箱/混合动力控制模块148将期望的能量回收量与当前存储容量相比较(609)。如果期望的能量回收量小于当前存储容量，则HEI处理在300处继续。如果期望的能量回收量小于能量存储系统内的当前存储容量(609)，则增大最小效率阈值(611)，例如增加一定的增量、增加如上文讨论的计算的值，或设置为等于估算阈值，并且新增加的最小效率阈值会存储到控制器存储器中(613)。在这种情况下，提高了最小效率阈值，这是由于可在较高估算阈值下消耗的能量大于已被消耗的能量，并且能量存储系统134仍可保持比期望回收的能量更多的能量。因此，变速箱/混合动力控制模块148也被证明能够节约更多的能量、使用更少的能量，因此提高了最小阈值。
继续图6中600处的步骤，如果估算能量小于实际能量(607)，则变速箱/混合动力控制模块148估算是否预期的能量回收量大于或等于当前的存储容量(615)。如果不是，则HEI在300处继续。如果预期的能量回收量大于或等于当前的存储容量(615)，则最小效率阈值和估算阈值两者都减少(616)，例如如上文所述的那样，并且新减少的阈值存储在变速箱/混合动力控制模块148的存储器中(613)，并且HEI处理在(300)处继续。在这种情况下，实际回收的能量等于或大于当前阈值，并且能量存储系统134可能不保持系统期望从再生时间中回收的能量。这说明存储了过多的能量，意味着最小效率阈值应当被减少以增加过剩能量被消耗而不是被浪费掉的可能性。
尽管已经在附图和前文描述中详细说明和描述了本发明，但是这应被认为是说明性的且相应地是非限制性的，应理解地是，仅显示和描述了优选的实施方案，并且属于由接下来的权利要求所限定的本发明的精神内的改动、等效物和改进均要求得到保护。这里，引用在本说明书中的所有公开、专利和专利申请以引用方式而结合入本发明，就像每个单独的公开、专利或专利申请均特别和单独地通过引用和说明其全部而结合入本发明。

Claims (59)

1.控制混合动力系统的方法，包括：
使用与发动机通信的控制器来计算发动机的燃料消耗速率，所述发动机构造为消耗燃料以产生发动机输出扭矩；
使用所述控制器来计算目标电动机输出扭矩，所述目标电动机输出扭矩通过所述控制器使用燃料消耗速率的预计变化和由电动机/发电机对存储电能的预计消耗导致的存储的电能的预计变化来计算；
操作所述电动机/发电机来产生与目标电动机输出扭矩相等的实际电动机输出扭矩；以及
操作所述发动机来使所述发动机输出扭矩减少对应于所述目标电动机输出扭矩的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述存储的电能的预计变化是存储能量减少值和最小存储能量减少值之间的差。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述燃料消耗速率的预计变化是燃料消耗速率和最小估算燃料消耗速率之间的差。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，计算所述目标电动机输出扭矩的动作包括计算所述电动机/发电机能产生的电动机输出扭矩，所述控制器使用代表存储在电连接到所述电动机/发电机上的能量存储系统内的一定量的能量的有效能量来计算所述电动机输出扭矩，其中所述能量存储系统和所述电动机/发电机对所述控制器有响应。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述目标电动机输出扭矩的动作包括计算存储能量减少值，所述存储能量减少值代表从能量存储系统中取出输入功率而导致的存储在能量存储系统内的一定量的能量的减少量。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，计算所述目标电动机输出扭矩的动作包括计算发动机扭矩，其中发动机和电动机/发电机一起操作以提供足以满足操作者的扭矩要求的输出扭矩。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，计算所述目标电动机输出扭矩的动作包括使用发动机扭矩来计算燃料消耗速率。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述目标电动机输出扭矩的动作包括计算混合动力效率指数，所述混合动力效率指数等于燃料消耗的预计变化除以存储的电能的预计变化，其中电能存储在与电动机/发电机电连接并且对控制器有响应的能量存储系统中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最小效率阈值；
使用所述控制器来确定能量存储系统是否完全充满电；
使用所述控制器来确定由能量存储系统从在发电机模式下操作的电动机/发电机中回收的能量，并且其中所述能量存储系统没有完全充满电；
使用所述控制器来计算没有被在发电机模式下操作的电动机/发电机回收的未回收的能量，其中所述能量存储系统处于完全充满电的状态；以及
如果所述未回收的能量超过回收的能量的至少一部分，则使用所述控制器来降低所述最小效率阈值。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算预期的能量回收量，所述预期的能量回收量通过使用当前车辆动能和预期的能量回收率来计算；
如果所述预期的能量回收量大于当前存储容量并且所述预期的能量回收量不超过最大存储容量，则使用所述控制器来降低所述最小效率阈值。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述预期的能量回收率由使用所述控制器通过计算两个或更多个回收的能量的商的平均值来计算，其中所述回收的能量的商计算为实际回收的能量除以最大能回收的能量的比例。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算当电动机/发电机在电动机模式下操作并且混合动力效率指数大于或等于最小效率阈值时从所述能量存储系统取出的实际能量；
使用所述控制器来计算估算的能量，其中所述估算的能量代表当所述电动机/发电机以在电动机模式下操作并且所述混合动力效率指数大于或等于比所述最小效率阈值高的估算的效率阈值时能够从所述能量存储系统中取出的能量；以及
使用所述控制器基于所取出的实际能量和估算的能量来调整所述最小效率阈值。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，调整所述最小效率阈值的动作还包括：
如果所述估算的能量大于从能量存储系统取出的实际能量并且所述预期的能量回收量小于当前的存储容量，则使用控制器来提高所述最小效率阈值；以及
如果所述估算的能量小于从能量存储系统取出的实际能量并且所述预期的能量回收量大于当前的存储容量，则使用控制器来降低所述最小效率阈值。
14.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最大估算功率和最小估算功率；
使用所述控制器来计算多个马达放电功率值，其中所述多个马达放电功率值小于或等于所述最大估算功率并且大于或等于所述最小估算功率；
使用所述控制器来计算多个混合动力效率指数值，其中所述控制器使用所述多个马达放电功率值来计算相应的混合动力效率指数值；
使用所述控制器来从所述多个混合动力效率指数值中确定最大混合动力效率指数值，其中所述最大混合动力效率指数值具有大于所述最小效率阈值的一个或更多个混合动力效率指数值相应的马达放电功率的最高值；以及
使用所述控制器来设置目标电动机输出扭矩以与用于计算所述最大混合动力效率指数值的马达输入功率相对应。
15.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，其特征在于，如果所述混合动力效率指数小于所述最小效率阈值，则所述控制器不操作在电动机模式下的电动机/发电机。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述最大估算功率通过使用电存储系统的最大存储系统输出功率的最小值、最大电动机输入功率，或电功率来计算，所述电功率足以造成电动机/发电机产生等于当前发动机功率输出的电动机功率输出。
17.根据权利要求8到11中任一项所述的方法，其特征在于，所述存储能量减少值包括由所述控制器计算的存储系统减少值，所述存储系统减少值基于输入功率、能量存储系统电阻以及能量存储电压。
18.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，其特征在于，所述最小效率阈值在计算后存储在所述控制器的存储器内。
19.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，其特征在于，确定最小效率阈值的动作包括使用所述控制器来读取存储在存储器内的先前的最小效率阈值。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，计算最大和最小估算功率、计算多个马达放电功率值、计算多个混合动力效率指数值，以及确定最大混合动力效率指数的动作每秒重复多次。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述动作每秒重复约50次。
22.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，其特征在于，对最小效率阈值的任何调整还包括应用补偿值。
23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述补偿值基于能量存储系统需要的存储容量来计算。
24.控制混合动力系统的方法，包括：
使用控制器来计算电动机/发电机的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平以及发动机的一个或更多个目标发动机输出扭矩水平；其中，所述一个或更多个目标电动机输出扭矩水平对应于一个或更多个目标发动机输出扭矩水平，并且其中发动机和电动机/发电机对所述控制器有响应，并且其中所述发动机、电动机/发电机，以及控制器包含在混合动力系统内；
使用所述控制器来操作所述电动机/发电机以产生实际电动机输出扭矩；以及
使用所述控制器来操作所述发动机以产生实际发动机输出扭矩，其中所述控制器从一个或更多个目标电动机输出扭矩水平和相应的一个或更多个目标发动机输出扭矩水平中选择实际电动机输出扭矩和实际发动机输出扭矩。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个电功率输入水平，所述电功率输入水平足以操作在电动机模式下的电动机/发电机以产生相应的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，一个或更多个目标发动机输出扭矩水平连同相应的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平足以实现操作者的输出功率要求。
27.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最大估算功率和最小估算功率，其中一个或更多个目标电动机输出扭矩水平小于或等于所述最大估算功率并且大于或等于最小估算功率。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述最大估算功率使用以下数据中的最小值来计算：向所述电动机/发电机提供功率的能量存储系统的最大存储系统输出功率、最大电动机输入功率，以及电功率，所述电功率足以导致电动机/发电机产生等于当前发动机功率输出的电动机功率输出。
29.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，由所述控制器计算的电动机功率输出水平的数量小于或等于50。
30.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，由所述控制器计算的电动机功率输出水平的数量在50到100之间。
31.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，由所述控制器计算的电动机功率输出水平的数量大于或等于100。
32.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个目标电动机输出扭矩水平通过将相应的一个或更多个电功率输入水平转化成等价的机械能水平并且接着除以电动机速度来计算。
33.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器计算一个或更多个存储能量减少值，所述一个或更多个存储能量减少值通过使用来自一个或更多个目标电动机输出扭矩水平的相应的目标电动机输出扭矩值来计算。
34.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述一个或更多个存储能量减少值通过运算存储系统内的一个或更多个减少值来计算，所述存储系统内的一个或更多个减少值由操作电动机/发电机产生一个或更多个相应的目标电动机输出扭矩水平得到。
35.根据权利要求34所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个电功率输入水平，所述电功率输入水平足以操作在电动机模式下的电动机/发电机以产生相应的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平，其中所述一个或更多个存储能量减少值通过使用一个或更多个相应的电功率输入水平来运算。
36.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，计算所述一个或更多个存储能量减少值包括计算由与电动机/发电机电连接的能量存储系统的能量存储系统电阻造成的相应的热能损耗、能量存储系统电压，以及能量存储系统电流。
37.根据权利要求33所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最小存储能量减少值。
38.根据权利要求37所述的方法，其特征在于，所述最小存储能量减少值通过计算存储能量中的减少值来计算，所述存储能量中的减少值由使用等于最小估算功率的电功率输入水平操作电动机/发电机来产生。
39.根据权利要求38所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个存储能量减少值的差，所述存储能量减少值的差限定了相应的存储能量减少值和最小存储能量减少值之间的差。
40.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个燃料消耗速率，所述一个或更多个燃料消耗速率使用来自一个或更多个发动机输出扭矩水平的相应的发动机输出扭矩值来计算。
41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最小燃料消耗速率。
42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个燃料消耗差值，所述燃料消耗差值限定了相应的燃料消耗速率和最小燃料消耗速率之间的差。
43.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，计算一个或更多个燃料消耗速率包括将发动机速度和与发动机输出扭矩水平相对应的发动机扭矩映射到相应的最终燃料消耗速率。
44.根据权利要求43所述的方法，其特征在于，使用存储在所述控制器内的映射图来执行对发动机速度和发动机扭矩的映射。
45.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个效率指数，所述控制器使用一个或更多个发动机输出扭矩水平和相应的一个或更多个电动机输出扭矩水平来计算所述一个或更多个效率指数。
46.根据权利要求45所述的方法，其特征在于，通过使用控制器计算相应的一个或更多个电功率输入水平所述控制器计算所述效率指数，所述一个或更多个电功率输入水平足以操作在电动机模式下的电动机/发电机来产生相应的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平。
47.根据权利要求46所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个燃料消耗速率，所述一个或更多个燃料消耗速率通过使用来自一个或更多个发动机输出扭矩水平的相应的发动机输出扭矩值来计算；
使用所述控制器来计算最小燃料消耗速率；
使用所述控制器来计算一个或更多个燃料消耗差值，所述燃料消耗差值限定了相应的一个或更多个燃料消耗速率和最小燃料消耗速率之间的差；
使用所述控制器来计算一个或更多个电功率输入水平，所述电功率输入水平足以操作在电动机模式下的电动机/发电机来产生相应的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平；
使用所述控制器来计算一个或更多个存储能量减少值，所述一个或更多个存储能量减少值通过使用相应的一个或更多个电功率输入水平来计算，其中所述一个或更多个存储能量减少值代表由相应的一个或更多个电功率输入水平造成的存储能量中的一个或更多个预计减少值；
使用所述控制器来计算最小存储能量减少值；
使用所述控制器来计算一个或更多个存储能量减少值差值，所述一个或更多个存储能量减少值差值限定相应的一个或更多个存储能量减少值和最小存储能量减少值之间的差；以及
使用所述控制器来计算一个或更多个效率指数，所述控制器通过使相应的一个或更多个燃料消耗差值除以相应的一个或更多个存储能量减少值差值来计算所述一个或更多个效率指数。
48.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算预期的能量回收量，所述预期的能量回收量代表由在发电机模式下操作的电动机/发电机回收的能量的量。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，预期的能量回收率通过求两个或更多个回收的能量的商的平均值来计算，其中所述两个或更多个回收的能量的商计算为实际回收的能量除以最大能回收的能量的比例。
50.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算预期的能量回收量，所述预期的能量回收量通过使用当前车辆动能和预期能量回收率来计算。
51.根据权利要求48所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最小效率阈值，其中所述最小效率阈值通过使用所述电动机/发电机回收的能量，以及所述电动机/发电机未回收的能量来计算，所述电动机/发电机在发电机模式下操作；以及
如果所述未回收的能量超过回收的能量的至少一部分，则使用控制器来降低最小效率阈值。
52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述预期的能量回收量大于混合动力系统中的当前电能存储容量并且所述预期的能量回收量不超过最大存储容量，则使用所述控制器来降低所述最小效率阈值。
53.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算最小效率阈值，其中所述最小效率阈值通过使用电动机/发电机回收的能量，以及电动机/发电机未回收的能量来计算，所述电动机/发电机在发电机模式下操作。
54.根据权利要求53所述的方法，其特征在于，当能量存储系统没有完全充满电时，所述回收的能量由在发电机模式下操作的电动机/发电机来回收；并且其中所述回收的能量存储在所述能量存储系统中。
55.根据权利要求54所述的方法，其特征在于，所述未回收的能量是所述控制器计算出的如果所述能量存储系统能接收则被接收的能量。
56.根据权利要求52所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
使用所述控制器来计算一个或更多个效率指数，通过使用控制器来计算相应的一个或更多个电功率输入水平所述控制器计算所述一个或更多个效率指数，所述一个或更多个电功率输入水平足以操作在电动机模式下的电动机/发电机来产生相应的一个或更多个目标电动机输出扭矩水平；
使用所述控制器来从大于或等于最小效率阈值的一个或更多个效率指数中选择目标效率指数；以及
如果目标效率指数存在，则使用所述控制器来操作所述电动机/发电机，其中所述电动机/发电机由使用对应于所述目标效率指数的电功率输入水平来操作。
57.根据权利要求54所述的方法，其特征在于，如果不存在目标效率指数，则所述控制器不操作在电动机模式下操作的电动机/发电机。
58.用于执行根据权利要求1-57中任一项所述的方法的设备。
59.混合动力车辆驱动系统，包括：
具有处理器的控制器；
对所述控制器有响应的电动机/发电机；
对所述控制器有响应的能量存储系统，所述能量存储系统与所述电动机/发电机电连接并且具有有效能量；
其中，所述控制器构造为执行以下动作：
使用所述处理器来计算由所述电动机/发电机基于由所述能量存储系统提供的输入功率而产生的目标电动机扭矩；
使用所述处理器来计算所述有效能量中的由从所述能量存储系统中取出所述输入功率而造成的存储能量减少量；
基于存储能量减少量和最小存储能量减少量之间的差，在所述处理器中计算存储能量减少量差值；
在所述处理器中计算对所述控制器有响应的发动机的发动机扭矩，其中所述发动机和电动机/发电机一起在混合动力车辆传动系内提供足以实现车辆操作者的扭矩要求的输出扭矩；
使用所述处理器基于发动机扭矩来计算燃料消耗速率；
使用所述处理器基于燃料消耗速率和燃料消耗最小速率之间的差来计算燃料使用差值；
使用所述处理器基于燃料使用差值和存储能量减少值来计算混合动力效率指数；以及
使用处理器来操作在电动机模式下的电动机/发电机以产生与所述目标电动机扭矩相等的实际电动机扭矩。
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