CN105473407B - 混合动力电动车辆控制器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合动力电动车辆的控制器，该混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进装置以及能够操作来由发动机驱动以对能量存储装置进行再充电的发电机装置，该控制器能够操作来：接收指示需要的混合驱动模式的信号；接收指示能量存储装置的电荷状态的信号；确定多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于给定时刻的车辆操作，动力系操作模式包括发动机充电模式和电动车辆(EV)模式，在发动机充电模式下，发动机驱动发电机装置对能量存储装置进行再充电，在电动车辆模式下，发动机关停并且电力推进装置能够操作来产生驱动扭矩以驱动车辆；以及使动力系采取适合的动力系操作模式和需要的混合驱动模式，其中，该控制器能够操作来至少部分地取决于指示能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于车辆操作，该控制器能够操作来取决于指示需要的混合驱动模式的信号来将电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值。

Description

混合动力电动车辆控制器及方法
技术领域
本发明涉及用于混合动力电动车辆的控制器。特别地，本发明的实施例涉及用于能够以并联模式操作的混合动力电动车辆的控制器。
背景技术
已知提供了一种混合动力电动车辆，该混合动力电动车辆具有能够操作来提供驱动扭矩以驱动车辆的内燃发动机以及能够操作来在车辆以电动车辆(EV)模式操作时提供驱动扭矩的电力推进马达。车辆控制系统确定何时启动内燃发动机或关停内燃发动机，并且确定何时断开或闭合发动机与变速器之间的离合器K0。在一些车辆中，电力推进马达集成在变速器中。
还已知提供了一种作为用于在需要发动机起动时用曲柄转动发动机的起动机的电机。已知的起动机包括集成有带的起动机/发电机。这种装置能够操作为由发动机驱动的发电机以及起动机。在一些实施例中，除了包括用于起动发动机的起动机之外，车辆还可以包括集成有带的起动发电机。
发明内容
本发明的各方面提供了一种控制系统、一种车辆以及一种方法。
在本发明要求保护的一方面中，提供了一种用于混合动力电动车辆的控制器，所述混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进装置以及能够操作来由所述发动机驱动以对所述能量存储装置进行再充电的发电机装置，所述控制器能够操作来：
接收指示需要的混合驱动模式的信号；
接收指示所述能量存储装置的电荷状态的信号；
确定多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于给定时刻的车辆操作，所述动力系操作模式包括发动机充电模式和电动车辆(EV)模式，在所述发动机充电模式下，所述发动机驱动所述发电机装置对所述能量存储装置进行再充电，在所述电动车辆模式下，所述发动机被关停并且所述电力推进装置能够操作来产生驱动扭矩以驱动所述车辆；以及
使所述动力系采取适合的动力系操作模式和需要的混合驱动模式，
其中，所述控制器能够操作来至少部分地取决于指示所述能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定所述多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于车辆操作，所述控制器能够操作来取决于指示需要的混合驱动模式的信号来将所述电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值。
本发明的实施例具有下述优点：可以通过取决于所选择的混合驱动模式对电荷状态的参考值进行调整来及时地影响给定时刻的动力系的操作模式。因此，在一些实施例中，该控制器可以被配置成在选择了特定驱动模式时偏好动力系以EV模式进行操作。因此，如果与发动机被起动的模式相比用户更希望享受EV模式下的车辆操作，则用户可以选择对应的混合驱动模式。
要理解的是，瞬时电荷状态的参考要理解成意为能量存储装置的主要的电荷状态或当前的电荷状态。在一些实施例中，瞬时电荷状态可以是能量存储装置的电荷状态的最近可利用的测量值。
发动机可以是内燃发动机。发动机可以是燃汽油或燃柴油的发动机。也可以使用其他配置。
控制器可以操作来至少部分地取决于指示瞬时电荷状态的信号与所述电荷状态的参考值的偏差来确定适合的动力系操作模式。
要理解的是，在一些实施例中，控制器可以被设置成在动力系处于发动机充电模式时促使将能量存储装置充电至较高的电荷状态，从而偏好在发动机被关停时动力系以EV模式操作达较长的时段。
控制器可以操作来根据针对每个动力系操作模式的成本函数的值来及时地确定在给定时刻所述动力系操作模式中的哪个动力系操作模式是适合的，所述成本函数的值至少部分地通过参考指示瞬时电荷状态的信号和相应的动力系操作模式的电荷状态的参考值来确定。
可选地，每个动力系模式的成本函数的值还至少部分地取决于选自所述车辆的燃料消耗速率、所述车辆的气体排放速率以及由所述车辆产生的噪声的量中的至少一个来确定。
该控制器被配置成根据反馈斯塔克尔伯格平衡控制优化方法论来确定需要的动力系操作模式。
这样的方法论是已知的，以及可以例如通过参考英国专利申请GB1115248.5来理解。
在一些实施例中，成本函数至少部分地响应于车辆的燃料消耗速率、车辆的气体排放速率和/或能量存储装置的电荷状态与参考值的偏差。
控制器可以被设置成从用户接收指示需要的混合驱动模式的信号。
也就是说，用户可以输入指示需要的混合驱动模式的信号。
可选地，混合驱动模式包括偏好EV模式下的延长操作的第一驱动模式以及偏好降低燃料消耗的第二驱动模式，其中，在所述第一驱动模式下的电荷状态的参考值高于在所述第二驱动模式下的电荷状态的参考值。
第一模式可以对应于可选择的电动车辆(SEV)模式。第二模式可以对应于通用混合动力电动车辆(HEV)驱动模式或默认混合动力电动车辆驱动模式。在实施例中，可以利用和/或使用其他模式。
有利地，当动力系处于EV动力系模式时，该控制器可以操作来使动力系至少部分地取决于驾驶员扭矩需求来采取发动机充电动力系模式。如果车辆处于第一模式并且动力系处于EV动力系模式，则该控制器可以被设置成使动力系仅在驾驶员扭矩需求高于阈值时从EV模式切换至发动机充电动力系模式，车辆以第一模式操作时的驾驶员扭矩需求高于车辆以第二模式操作时的驾驶员扭矩需求。
有利地，当动力系处于发动机充电操作模式时，控制器可以被配置成：与所述车辆处于所述第二操作模式时相比，当所述车辆处于所述第一操作模式时，使所述发电机装置向所述发动机施加更大的充电负荷。
该特征具有下述优点：因为在第一模式下更积极地对能量存储装置进行充电，则电荷状态更快地增加，使车辆在EV动力系操作模式下行驶更长量的时间。
可选地，当动力系处于EV操作模式时，该控制器能够操作来使所述发动机在车辆速度超过指定值时起动，与所述车辆以所述第二模式操作时相比，当所述车辆以所述第一模式操作时所述指定值更高。
针对发动机起动的指定车辆速度可以与坡度有关。也就是说，与车辆在平坦地形上行驶或上坡时相比，当车辆下坡时该阈值可以更高。该速度可以随着下坡坡度陡峭程度增加而增加。
可以在并联混合动力车辆的情况下起动发动机以提供驱动扭矩，或者使得在并联混合动力电动车辆或串联混合动力电动车辆的情况下动力系可以采取发动机充电模式。
可选地，当所述控制器使所述车辆以所述第一模式操作或以所述第二模式操作时，所述控制器使所述发动机至少部分地取决于按下加速器踏板的量来起动。
如果没有按下加速器踏板，或者按下加速器踏板的量小于阈值量，则该控制器可以使动力系保持在EV模式。因此，如果由于惯性下坡运动而使车辆速度增加到高于起动阈值，则车辆可以保持在EV模式。
可选地，仅当所述车辆以所述第一混合操作模式操作或当车辆初始化时，允许所述能量存储装置的电荷状态从指定绝对最小电荷状态至大于所述指定绝对最小电荷状态的指定软最小值中取值。
从所述指定绝对最小电荷状态至所述指定软最小值的间隔的大小近似为从所述指定绝对最小电荷状态至指定绝对最大电荷状态的间隔的大小的10％。
该特征具有下述优点：当驾驶员选择第一模式时，动力系更可能以EV模式来操作，因为低于软最小值(即，所谓“保留”间隔)的电荷状态的间隔值正常可供使用。保留间隔可以在车辆初始化时自动地使用，从而提供车辆平滑地从静止的驶离。当车辆已经操作在保留间隔中时，该控制器可以在电荷状态值增加到超过指定软最小值时随后禁止车辆在所述保留间隔中来操作。这在某种程度上帮助确保驾驶员不经历在发动机启动时延长的时段和/或在车辆不再以第一模式操作时向发动机施加更大的充电负荷的时段。
该控制器可以操作来使除了所述电力推进装置之外所述发动机还以可驱动的方式联接至所述车辆的一个或更多个轮。
因此，该控制器可以适于控制并联混合动力车辆。
该控制器可以操作来使所述发动机在所述动力系以所述发动机充电模式操作时传递驱动扭矩。
该控制器可以操作来使所述动力系以下述并联增强模式操作，在所述并联增强模式下，除了所述电力推进装置之外所述发动机还传递驱动扭矩。
本发明要求保护的另一方面，提供了一种混合动力电动车辆动力系，所述混合动力电动车辆动力系包括根据前述方面所述的控制器。
可选地，所述发电机装置和所述电力推进装置均由电机提供。
该控制器可以操作来使所述电机操作为推进马达或操作为发电机。
发电机装置可以包括发电机和电力推进装置，电力推进装置可以包括推进马达。
本发明的又一方面提供了一种混合动力电动车辆，该混合动力电动车辆包括根据前述方面所述的控制器或动力系。
该车辆可以以发动机向动力系传递驱动扭矩的并联模式来操作。
该车辆可以以下述串联模式来操作：所述发动机驱动所述发电机装置产生电荷以对电池再充电或者给所述推进马达供给动力，同时所述推进马达向所述动力系传递驱动扭矩。
在本发明要求保护的又一方面，提供了一种用于控制混合动力电动车辆的方法，所述混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进装置以及能够操作来由所述发动机驱动以对所述能量存储装置进行再充电的发电机装置，所述方法包括：
接收指示需要的混合驱动模式的信号；
接收指示所述能量存储装置的电荷状态的信号；
确定多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于给定时刻的车辆操作，所述动力系操作模式包括发动机充电模式和电动车辆(EV)模式，在所述发动机充电模式下，所述发动机驱动所述发电机装置对所述能量存储装置进行再充电，在所述电动车辆模式下，所述发动机被关停并且所述电力推进装置能够操作来产生驱动扭矩以驱动所述车辆；以及
使所述动力系采取适合的动力系操作模式和需要的混合驱动模式，
所述方法包括：至少部分地取决于指示能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定所述多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于车辆操作，以及取决于指示需要的混合驱动模式的信号来将所述电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值。
在本发明要求保护的一方面中，提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质承载用于控制车辆执行根据前述方面所述的方法的计算机程序代码。
在本申请的范围内，应该想到的是，在前述段落中和/或在下文的描述和附图中陈述的各个方面、实施例、示例、特征以及替代方案可以被独立地或以任何组合的方式采取。除非参照一个实施例描述的特征是不相容的，否则这些特征能够应用于所有实施例。
为避免疑义，应当理解的是，就本发明的一个方面描述的特征可以单独地或以与一个或更多个其他特征适当组合的方式包括在本发明的任何其他方面内。
附图说明
现在将参照附图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是根据本发明的实施例的混合动力电动车辆的示意图；以及
图2示出了图1的车辆在通用混合动力电动车辆(HEV)驱动模式下的操作；
图3示出了图1的车辆在可选择的电动车辆(SEV)驱动模式下的操作；以及
图4是示出了当与以HEV模式操作比较而言以SEV模式操作时车辆表现的变化的表。
具体实施方式
在本发明的一个实施例中提供了如图1所示的混合动力电动车辆100。车辆100具有联接至集成有带的起动发电机(BISG)123B的发动机121。BISG 123B也可以被称为集成有带的(或安装有带的)马达发电机，以及能够操作为在需要起动时用曲柄转动发动机121。此外或作为替代，可以提供专用的起动马达。因此，在一些实施例中，可以提供BISG，但是对于起动发动机121采用独立的起动马达。发动机121进而通过离合器122联接至集成有曲轴的起动机/发电机(CIMG)123C。离合器122也可以被称为K0离合器122。
CIMG 123C集成到变速器124的壳体中，变速器124进而联接至车辆100的动力传动系130，从而驱动车辆100的一对前轮111、112和一对后轮114、115。结合有变速器124、CIMG123C、离合器122、发动机121以及BISG 123B的动力传动系130可以被认为形成车辆100的动力系131的一部分。被设置成由动力传动系130驱动的轮111、112、114、115也可以被认为形成动力系131的一部分。
应当理解的是，还可以使用其他设置。例如，动力传动系130可以被设置成仅驱动一对前轮111、112或仅驱动一对后轮114、115，或者设置成能够在仅前轮或仅后轮被驱动的两轮驱动模式与前轮和后轮均被驱动的四轮驱动模式之间进行切换。
BISG 123B和CIMG 123C被设置成电联接至具有电池和逆变器的电荷存储模块150。模块150能够操作来在BISG 123B和CIMG 123C中的一者或两者被操作为推进马达时对BISG 123B和/或CIMG 123C供应电力。类似地，模块150可以在BISG 123B和CIMG 123C中的一者或两者被操作为发电机时接收并存储由BISG 123B和/或CIMG 123C产生的电力。在一些实施例中，CIMG 123C和BISG 123B可以被配置成产生彼此不同的电势。因此，在一些实施例中，CIMG 123C和BISG 123B中的每一个均连接至适于在CIMG 123C或BISG 123B的对应电势处操作的相应的逆变器。每个逆变器均可以具有相应的与其相关联的电池。在一些替代性实施例中，CIMG 123C和BISG 123B可以联接至适于在相应的电势处从CIMG 123C和BISG123B接收电荷并将电荷存储在单个电池中的单个逆变器。也可以使用其他设置。
如上所述，BISG 123B具有电机123BM，电机123BM通过带123BB以可驱动的方式联接至发动机121的曲轴121C。BISG123B能够操作来在需要起动发动机121时或如下面进一步详细讨论的在需要向动力传动系130提供扭矩辅助时将扭矩提供至曲轴121C。
车辆100具有车辆控制器140，车辆控制器140能够操作来命令动力系控制器141PT控制发动机121启动或关停并且产生所需量的扭矩。车辆控制器140还能够操作来命令动力系控制器141PT控制BISG 123B(操作为推进马达或发电机)向发动机121施加所需值的正扭矩或负扭矩。类似地，车辆控制器140可以命令CIMG 123C(又操作为推进马达或发电机)通过变速器124向动力传动系130施加所需值的正扭矩或负扭矩。
车辆具有加速器踏板171和制动踏板172。加速器踏板171向车辆控制器140提供指示踏板171被按下的量的输出信号。车辆控制器140被设置成基于加速器踏板位置以及包括发动机速度W的一个或更多个其他车辆参数来确定驾驶员需要的扭矩的量。
图1的车辆100能够通过车辆控制器140以电动车辆(EV)模式操作，在电动车辆(EV)模式下，离合器122断开并且曲轴121C静止。在EV模式下，CIMG 123C能够操作来通过变速器124向动力传动系130施加正扭矩或负扭矩。例如，在制动控制器142B的控制下需要再生制动时可以施加负扭矩。
动力系131可以以在发动机121起动并且离合器122闭合的多个并联模式中的一个并联模式来操作。并联模式包括“并联增强”模式，在“并联增强”模式下，除了由发动机121提供的扭矩之外，CIMG 123C被操作为马达以向动力传动系130提供驱动扭矩。在本实施例中，动力系131在驾驶员需要的扭矩的量超过从发动机121可得到的最大扭矩时以并联增强配置的方式来操作。可以取决于如以下更详细地描述的车辆配置来确定从ICMG 123C可得到的另外的扭矩的量。应该理解的是，扭矩增强的特征使可得到的驱动扭矩增加到超过单独从发动机211可得到的驱动扭矩。
并联模式还包括并联扭矩填充模式以及并联扭矩辅助模式。并联扭矩填充模式是下述模式：除了发动机121之外，CIMG 123C还将驱动扭矩传递至动力传动系130以比如果发动机121单独传递驱动扭矩更快地满足驾驶员对扭矩的需要。扭矩填充提供了下述优点：可以更快地满足驾驶员扭矩需求，改进车辆对扭矩需求增加的响应。
在本实施例中，当驾驶员扭矩需求相对于由发动机121传递的扭矩的量的增加率超过指定值时实施扭矩填充。当已经满足驾驶员扭矩需求时，由CIMG 123C传递的扭矩的量随着由发动机121传递的扭矩的量的增加而减小，以基本上完全地满足驾驶员需求而不需要来自CIMG 123C的另外的扭矩。
在扭矩辅助并联模式下，除了发动机121之外，CIMG 123C还提供稳态的驱动扭矩以减轻发动机121上的负荷。这可以辅助降低燃料消耗。可以认为扭矩辅助与“扭矩填充”不同，当需要增加驱动扭矩时以瞬态的方式采取“扭矩填充”。
动力系131可以可替选地以下述并联再充电模式来操作：CIMG 123C由发动机121驱动为发电机以对电荷存储模块150进行再充电。
在本实施例中，车辆100还可以以多个混合操作模式中的一个混合操作模式来操作。所述混合操作模式包括默认混合动力电动车辆(HEV)操作模式和用户可选择EV混合操作模式，用户可选择EV混合操作模式在本文中被称为“可选择EV操作模式”(SEV操作模式)。由用户借助于驾驶员在驾驶时可使用的SEV选择器按钮145来选择SEV操作模式。当SEV按钮145被按下时，SEV按钮145发光以确认已经选择了SEV操作模式。
在本实施例中，车辆100还可以以可选择的混合禁止(SHI)混合操作模式以及命令转变混合操作模式或“提示转变”(TIP)混合操作模式来操作，在可选择的混合禁止(SHI)混合操作模式下，控制器140使得发动机121能够在启动条件下锁定。
无论车辆以HEV混合操作模式、SEV混合操作模式、SHI混合操作模式还是TIP操作模式来操作，控制器140都被配置成取决于采取博弈论的能量优化策略来确定动力系131应当操作的可利用的动力系模式。要理解的是，在SHI混合操作模式下，由于发动机121在启动条件下锁定，所以EV模式不可用。控制器140被配置成在确定需要的动力系模式中考虑该因素，然而，在本实施例中，控制器140仍采取相同的能量优化策略。还可以使用其他设置。
通过考虑由以下两个参与者进行的多级博弈来应用博弈论的非合作方法：a)第一参与者，驾驶员，由包括动力系性能的负荷位置(例如车轮扭矩、车轮速度以及选择的档位)的离散集合来表示，以及b)第二参与者，动力系，由操作模式的离散集合来表示。
第一参与者对使成本泛函最小化感兴趣然而第二参与者对使成本泛函最大化感兴趣。成本泛函形成为在有限范围上的增加成本值之和。
对图1的实施例而言，博弈的成本泛函是基于下面的与控制行为u、状态矢量x以及操作变量w有关的增加成本函数L：
L(x，u，w)＝α×Fuel(u，w)+β×NOx(u，w)
+μ×[SoCsetPoint-(x-ΔSoC(u，w))]2+γ×G(w)
其中，u∈U是控制行为(在这种情况下U是包括并联增强模式和并联再充电模式的动力系模式的集合)，x∈X是状态矢量(在这种情况下X是离散的高电压电池SoC(电荷状态)值的集合)，以及w∈W是还被称为负荷位置(在这种情况下为离散的车轮速度、车辆扭矩以及选择的档位)的操作变量的矢量。在上面的等式中，Fuel表示发动机燃料消耗，NOx表示发动机NOx排放质量流率，SOCSetPoint表示在循环结束时期望的SoC设定点，ΔSoC(u，W)表示由在给定负荷位置处的限定的控制行为产生的SoC的偏差。
这里G表示以限定的驱动循环的质心为中心的正的高斯函数，引入其以将优化集中于特定负荷位置。
在本实施例中，SoC设定点的值(其还可以被称为目标值或参考值)取决于车辆100是以SEV模式、HEV模式还是TIP模式操作而改变。SoC设定点还可以取决于变速器操作模式而改变。在驱动变速器操作模式下，与HEV模式下的操作相比，SoC设定点的值针对在SEV模式、TIP模式以及变速器运动操作模式(当在HEV模式时)下的操作被设定成更高的值以促进电荷存储模块150的充电。在本实施例中，如果车辆100以SEV模式、TIP模式来操作，或者如果变速器124以运动模式操作同时在HEV模式下时，SoC设定点的值(即，博弈论设定点，也被称为目标值或参考值)被设定为65％(也可以使用其他值)，当如果车辆100以HEV模式操作时(变速器在驱动模式下的情况下)，则SoC设定点的值被设定为52％。还可以使用其他值。类似地，在以各种混合操作模式以及变速器操作模式操作时还可以使用其他SoC设定点的值。SoC设定点的值在SEV模式下被设定为较高值的事实使控制器140倾向于将电荷存储模块150充电至较高值的电荷状态(SoC)。针对SHI和TIP混合模式下的操作，可以将SoC设定点设定成与HEV模式相同的值，或者可以将SoC设定点设定成任何其他适当的值。
图2和图3是控制器140使得车辆100在分别地选择HEV驱动模式和SEV驱动模式时进行操作的方式的图示说明。图2和图3示出了电荷存储模块150沿水平轴的电荷状态。现在将讨论图2和图3的内容。
为了当车辆处于SEV模式时促使车辆100以EV模式操作，控制器140被配置成实现下述措施：
(a)当处于SEV模式时，在动力系处于并联再充电模式时的电荷存储模块150的充电速率相对于在HEV模式下采取的充电速率增加。因此，车辆100针对给定驱动循环能够以EV模式使用较长的时间段，满足用户需要以增加动力系131以EV动力系模式使用的时间。
(b)当处于SEV模式时，与在HEV模式下的操作相比，迫使发动机121以较高的发动机起动阈值车辆速度来起动。在本实施例中，与在HEV模式下的30mph相比，迫使发动机121在车辆速度超过35mph并且按下加速器踏板171时起动。还可以使用其他值。该特征降低了在用户试图维持30mph的速度时例如在具有30mph的速度限制的道路上驾驶时起动发动机121的可能性。因此，发动机起动阈值速度可以被设定成超过现行的速度限制值的值。如果没有按下加速器踏板171，则即使车辆速度超过发动机起动阈值，发动机121也可以保持不工作。这样以避免在超过发动机起动阈值时例如在惯性下坡时不必要地起动发动机121。
(c)如果发动机121在车辆100以SEV模式拐弯时起动，则在能量优化策略确定应当关掉发动机121的情况下，控制器140允许发动机121关掉。反之，如果车辆在拐弯期间以HEV模式操作并且发动机121起动，则发动机121被锁定在启动状态下直到已经顺利通过拐弯并且在例如5s或更多的指定时间段期间横向加速度的值降落在指定值以下表示车辆不再进行拐弯为止。
(d)如果车辆100的变速器124被置于停放模式或空档模式并且已经达到或达到电荷存储模块150的最小可允许的电荷状态，则无论何时发动机121产生足够的动力(或者以足够高的速度操作)以使CIMG 123C被驱动为发电机时，都以最大可允许的充电速率对能量存模块150进行充电。
在一些实施例中，如果发动机在以怠速操作，则可以不执行充电，然而，如果发动机速度响应于由驾驶员按下加速器踏板171而经受增加，则控制器140利用该机会借助于CIMG 123C以能够获得的高速率来对能量存储模块150进行再充电。在一些实施例中，控制器140可以使发动机121的速度增加以允许对电荷存储模块150进行充电。
(e)如果当车辆在以SEV混合模式操作时电荷存储模块150的SoC降到第一指定值(其可以被称为最小SoC或软最小限制)以下，则发动机121被锁定启动并且CIMG 123C操作为发电机以最快可允许的速率对电荷存储模块150进行再充电。反之，在HEV混合模式下，控制器140使CIMG 123C以取决于能量优化策略而确定的速率来进行再充电。当SoC降到第一指定值以下时，控制器140暂停应用博弈论以确定优选动力系操作模式。在本实施例中，第一指定值大约是39％，但是也可以使用其他值。
要理解的是，在已知的混合动力电动车辆和电动车辆中，用于存储电荷的电池仅允许在位于电荷的绝对最大状态与最小状态内的指定值(其可以被称为硬限制)之间改变其SoC，以防止电池寿命由于过高或过低的电荷状态而退化。在本实施例中，最小可允许的电池SoC是35％，同时最大可允许的SoC是70％。还可以使用其他值。
(f)如果SoC降到可以大于或小于上述第一指定值的第二指定值(或者指定软最小值)以下，则车辆100可以不以HEV混合模式来操作。特别地，针对SEV混合模式保留从绝对最小SoC至第二指定值的SoC间隔。这将使在初始化车辆100时车辆以EV模式“开始行使(pull-away)”。特别地，如果由驾驶员选择了SEV混合模式或者车辆100刚被初始化，则允许SoC小于第二指定值。如果SoC采取小于指定第二值的值，则在没有选择SEV混合模式或者取消选择SEV混合模式的情况下，不再允许SoC小于所述第二指定值，SoC随后采取大于第二指定值的值。从绝对最小SoC至第二指定值的SoC间隔可以近似于允许的SoC间隔(即，从绝对最小SoC至绝对最大SoC的间隔)的10％。还可以使用其他值。
在本实施例中，如果电荷存储模块150的SoC达到在指定的发动机起动SoC值以下的值时，则控制器140迫使动力系采取并联再充电模式直到电荷存储模块150的SoC超过指定的最小发动机停止SoC值为止。当SoC超过最小发动机停止SoC值时，在控制器140根据能量优化策略确定EV模式是最优模式的情况下，动力系131可以继续以EV模式操作。如果在由于SoC降到发动机起动SoC值以下而发动机起动之后SoC超过指定的最小发动机停止SoC值时动力系131继续以EV模式操作，则最小发动机停止SoC值增加指定的增量。在本实施例中，虽然与以HEV模式操作相比，当以SEV模式操作时该指定的增量较高，但是在一些实施例中，该增量可以基本上相等。该特征具有下述效果：当接下来起动发动机121时，在发动机121可以被关掉之前，发动机121必须将能量存储模块150充电至较高的SoC，增加用于以EV模式操作的可利用的电荷。
在本实施例中，当以HEV模式操作时，每当一旦SoC达到最小发动机停止SoC值发动机就停止时，指定的增量是2％。当以SEV模式操作时，指定的增量是3％。也可以使用其他值。
有利地，与以HEV模式操作相比，当以SEV模式操作时，最小发动机停止SoC较高。这允许在许多情况下在较长的不中断的时段以EV模式来操作。在本实施例中，当以HEV模式操作时，最小发动机停止SoC大约为43％，以及当以SEV模式操作时，最小发动机停止SoC大约为44.5％。还可以使用其他值。
该特征具有下述优点：可以增加动力系131以EV模式操作的时间段。
当动力系131以并联模式操作时，控制器140能够操作来在驾驶员扭矩需求的量超过可以单独由发动机121以其最大扭矩输出提供的扭矩的量时采取并联扭矩增强模式。如上所述，驾驶员扭矩需求与加速器踏板位置有关。在SEV模式下，控制器140限制在加速器踏板被按下超过指定量(在一些实施例中，该指定量按照完整行程的比例来指定)的情况下提供扭矩增强。在本实施例中，当车辆以SEV模式操作时，仅在加速器踏板171被按下超过95％时——在本实施例中对应于踏板171超过“深踩(kick down)”止动装置的运动——允许并联扭矩增强模式。还可以使用其他设置。然而，相对于以HEV混合操作模式的操作，该特征有利地降低了电荷从电荷存储模块150流失。
在一些实施例中，控制器140可以完全暂停在SEV模式下提供扭矩增强。
此外，与HEV模式相比，当在SEV模式下时也限制提供扭矩填充。在一些实施例中，在SEV模式下不允许扭矩填充。
在一些实施例中，在HEV模式下不允许能量超出充电(也就是说，当起动发动机121时，使用发动机驱动CIMG 123C以使车辆减速)，但是在SEV模式下允许能量超出充电。还可以使用其他设置。
要理解的是，控制器140被配置成存储用于使控制器140的一个或更多个计算装置执行本文中描述的车辆控制的方法的计算机程序代码。要理解的是，可以通过多个计算装置来提供根据本发明的实施例的控制器。可以通过多个计算装置、控制模块等(可选地，所述多个计算装置、控制模块等在车辆的不同物理位置)来执行描述为由控制器执行的功能。
可以参照下述编号的段来理解本发明的实施例：
1.一种用于混合动力电动车辆的控制器，所述混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进马达以及能够操作来由所述发动机驱动以对所述能量存储装置进行再充电的发电机，所述控制器能够操作来：
接收指示所述车辆的需要的混合操作模式的信号；
接收指示所述能量存储装置的电荷状态的信号；
确定多个动力系模式中的哪个动力系模式适合于给定时刻的车辆操作，所述动力系模式包括发动机充电模式和电动车辆(EV)模式，在所述发动机充电模式下，所述发动机驱动所述发电机对所述能量存储装置进行再充电，在所述电动车辆模式下，所述发动机被关停并且所述电力推进马达能够操作来产生驱动扭矩以驱动所述车辆；以及
使所述动力系根据所述需要的混合操作模式来采取适合的动力系模式，
其中，所述控制器能够操作来至少部分地取决于指示所述能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定所述多个动力系模式中的哪个动力系模式适合于车辆操作，所述控制器能够操作来取决于指示需要的混合操作模式的信号来将所述电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值。
2.根据段1所述的控制器，所述控制器能够操作来至少部分地取决于指示瞬时电荷状态的信号与所述电荷状态的参考值的偏差来确定适合的动力系模式。
3.根据段1所述的控制器，所述控制器能够操作来根据针对每个动力系模式的成本函数的值来及时地确定在给定时刻所述动力系模式中的哪个动力系模式是适合的，所述成本函数的值至少部分地通过参考指示瞬时电荷状态的信号和相应的动力系模式的电荷状态的参考值来确定。
4.根据段3所述的控制器，其中，每个动力系模式的成本函数的值还至少部分地取决于选自所述车辆的燃料消耗速率、所述车辆的气体排放速率以及由所述车辆产生的噪声的量中的至少一个来确定。
5.根据段4所述的控制器，所述控制器被配置成根据反馈斯塔克尔伯格平衡控制优化方法论来确定需要的动力系模式。
6.根据段1所述的控制器，所述控制器被设置成从用户接收指示需要的混合操作模式的信号。
7.根据段1所述的控制器，其中，所述混合操作模式包括偏好EV模式下的延长操作的第一操作模式以及偏好降低燃料消耗的第二操作模式，其中，在所述第一操作模式下的电荷状态的参考值高于在所述第二操作模式下的电荷状态的参考值。
8.根据段7所述的控制器，其中，当所述动力系处于所述EV动力系模式时，所述控制器能够操作来使所述动力系至少部分地取决于驾驶员扭矩需求来采取所述发动机充电动力系模式，其中，当选择所述第一模式时，所述控制器被配置成使所述车辆仅在驾驶员扭矩需求的值高于在选择所述第二操作模式时的驾驶员扭矩需求的值时采取所述发动机充电动力系模式。
9.根据段7所述的控制器，其中，当所述动力系处于所述发动机充电操作模式时，所述控制器被配置成：与所述车辆处于所述第二操作模式时相比，当所述车辆处于所述第一操作模式时，使所述发电机向所述发动机施加更大的充电负荷。
10.根据段7所述的控制器，其中，所述控制器能够操作来使所述发动机在车辆速度超过指定值时起动，与所述车辆以所述第二模式操作时相比，当所述车辆以所述第一模式操作时所述指定值更高。
11.根据段10所述的控制器，其中，当所述控制器使所述车辆以所述第一混合模式操作或以所述第二混合模式操作时，所述控制器被设置成使所述发动机至少部分地取决于按下加速器踏板的量来起动。
12.根据段7所述的控制器，其中，仅当所述车辆以所述第一混合操作模式操作或当车辆初始化时，允许所述能量存储装置的电荷状态从指定绝对最小电荷状态至大于所述指定绝对最小电荷状态的指定软最小值中取值。
13.根据段12所述的控制器，其中，从所述指定绝对最小电荷状态至所述指定软最小值的间隔的大小近似为从所述指定绝对最小电荷状态至指定绝对最大电荷状态的间隔的大小的10％。
14.根据段1所述的控制器，所述控制器能够操作来使除了所述电力推进马达之外所述发动机还以可驱动的方式联接至所述车辆的一个或更多个轮。
15.根据段14所述的控制器，所述控制器能够操作来使所述发动机在所述动力系以所述发动机充电模式操作时传递驱动扭矩。
16.根据段14所述的控制器，所述控制器能够操作来使所述动力系以下述并联模式操作，在所述并联模式下，除了所述电力推进马达之外所述发动机还向一个或更多个轮传递驱动扭矩。
17.一种混合动力电动车辆动力系，所述混合动力电动车辆动力系包括根据段1所述的控制器。
18.根据段17所述的动力系，其中，所述发电机和所述电力推进马达均由电机提供。
19.根据段18所述的动力系，其中，所述控制器能够操作来使所述电机操作为推进马达或操作为发电机。可选地，可以提供单个电机，所述单个电机按照需求执行发电机或推进马达的功能。
20.根据段17所述的动力系，其中，所述发电机和所述电力推进马达由相应的不同电机来提供。
21.一种混合动力电动车辆，所述混合动力电动车辆包括根据段1所述的控制器或者包括根据段15所述的动力系。
22.根据段21所述的车辆，所述车辆能够以所述发动机向所述动力系传递驱动扭矩的并联模式来操作。
23.根据段21所述的车辆，所述车辆能够以下述串联模式来操作：所述发动机驱动所述发电机产生电荷以对电池再充电或者给所述推进马达供给动力，同时所述推进马达向所述动力系传递驱动扭矩。
24.一种用于控制混合动力电动车辆的方法，所述混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进马达以及能够操作来由所述发动机驱动以对所述能量存储装置进行再充电的发电机，所述方法包括：
接收指示需要的混合操作模式的信号；
接收指示所述能量存储装置的电荷状态的信号；
确定多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于给定时刻的车辆操作，所述动力系操作模式包括发动机充电模式和电动车辆(EV)模式，在所述发动机充电模式下，所述发动机驱动所述发电机对所述能量存储装置进行再充电，在所述电动车辆模式下，所述发动机被关停并且所述电力推进马达能够操作来产生驱动扭矩以驱动所述车辆；以及
使所述动力系采取适合的动力系操作模式和需要的混合操作模式，
所述方法包括：至少部分地取决于指示能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定所述多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于车辆操作，以及取决于指示需要的混合操作模式的信号来将所述电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值。
25.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质承载用于控制车辆执行根据段24所述的方法的计算机程序代码。
贯穿本文的说明书，词语“包括”和“包含”以及这些词语的变体，例如“具有”和“含有”意味着“包括但不限制于”，并且不意在(并且不)排除其他部分、添加物、部件、整体或步骤。
贯穿本文的说明书，除非上下文另有所指，否则单数的表述也包含复数。特别地，在使用不定冠词的情况下，除非上下文另有所指，否则说明书应被理解为考虑多数个以及单数个。
除非互不相容，否则结合本发明的特定方面、实施例或示例描述的特征、整体、特性、化合物、化学根或族应被理解为能够应用于文中所描述的任何其他方面、实施例或示例。

Claims (24)

1.一种用于混合动力电动车辆的控制器，所述混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进装置以及能够操作来由所述发动机驱动以对所述能量存储装置进行再充电的发电机装置，所述控制器能够操作来：
接收指示所述车辆的需要的混合操作模式的信号；
接收指示所述能量存储装置的瞬时电荷状态的信号；
确定多个动力系模式中的哪个动力系模式适合于给定时刻的车辆操作，所述动力系模式包括发动机充电动力系模式和电动车辆EV动力系模式，在所述发动机充电动力系模式下，所述发动机驱动所述发电机装置对所述能量存储装置进行再充电，在所述电动车辆动力系模式下，所述发动机被关停并且所述电力推进装置能够操作来产生驱动扭矩以驱动所述车辆；以及
使所述动力系根据所述需要的混合操作模式来采取适合的动力系模式，所述混合操作模式包括第一混合操作模式和第二混合操作模式，其中，所述第一混合操作模式偏好EV动力系模式下的延长操作，以及所述第二混合操作模式偏好降低燃料消耗，
其中，所述控制器能够操作来至少部分地取决于指示所述能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定所述多个动力系模式中的哪个动力系模式适合于车辆操作，所述控制器能够操作来取决于指示需要的混合操作模式的信号以及另外地取决于所选的变速器模式来将所述电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值，所选的变速器模式是多个可选的变速器模式之一。
2.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器能够操作来至少部分地取决于指示瞬时电荷状态的信号与所述电荷状态的参考值的偏差来确定适合的动力系模式。
3.根据权利要求1或2所述的控制器，所述控制器能够操作来根据针对每个动力系模式的成本函数的值来及时地确定在给定时刻所述动力系模式中的哪个动力系模式是适合的，所述成本函数的值至少部分地通过参考指示瞬时电荷状态的信号和相应的动力系模式的电荷状态的参考值来确定。
4.根据权利要求3所述的控制器，其中，每个动力系模式的成本函数的值还至少部分地取决于选自所述车辆的燃料消耗速率、所述车辆的气体排放速率以及由所述车辆产生的噪声的量中的至少一个来确定。
5.根据权利要求4所述的控制器，所述控制器被配置成根据反馈斯塔克尔伯格平衡控制优化方法论来确定需要的动力系模式。
6.根据权利要求1或2所述的控制器，所述控制器被设置成从用户接收指示需要的混合操作模式的信号。
7.根据权利要求1或2所述的控制器，其中，在所述第一混合操作模式下的电荷状态的参考值高于在所述第二混合操作模式下的电荷状态的参考值。
8.根据权利要求7所述的控制器，其中，当所述动力系处于所述发动机充电动力系模式时，所述控制器被配置成：与所述车辆处于所述第二混合操作模式时相比，当所述车辆处于所述第一混合操作模式时，使所述发电机装置向所述发动机施加更大的充电负荷。
9.根据权利要求7所述的控制器，其中，所述控制器能够操作来使所述发动机在车辆速度超过指定值时起动，与所述车辆以所述第二混合操作模式操作时相比，当所述车辆以所述第一混合操作模式操作时所述指定值更高。
10.根据权利要求9所述的控制器，其中，当所述控制器使所述车辆以所述第一混合操作模式操作或以所述第二混合操作模式操作时，所述控制器被设置成使所述发动机至少部分地取决于按下加速器踏板的量来起动。
11.根据权利要求7所述的控制器，其中，仅当所述车辆以所述第一混合操作模式操作或当车辆初始化时，允许所述能量存储装置的电荷状态从指定绝对最小电荷状态至大于所述指定绝对最小电荷状态的指定软最小值中取值。
12.根据权利要求11所述的控制器，其中，从所述指定绝对最小电荷状态至所述指定软最小值的间隔的大小近似为从所述指定绝对最小电荷状态至指定绝对最大电荷状态的间隔的大小的10％。
13.根据权利要求1或2所述的控制器，所述控制器能够操作来使除了所述电力推进装置之外所述发动机还以可驱动的方式联接至所述车辆的一个或更多个轮。
14.根据权利要求13所述的控制器，所述控制器能够操作来使所述发动机在所述动力系以所述发动机充电动力系模式操作时传递驱动扭矩。
15.根据权利要求13所述的控制器，所述控制器能够操作来使所述动力系以下述并联动力系模式操作，在所述并联动力系模式下，除了所述电力推进装置之外所述发动机还向一个或更多个轮传递驱动扭矩。
16.一种混合动力电动车辆动力系，所述混合动力电动车辆动力系包括根据任一前述权利要求所述的控制器。
17.根据权利要求16所述的动力系，其中，所述发电机装置和所述电力推进装置均由电机提供。
18.根据权利要求17所述的动力系，其中，所述控制器能够操作来使所述电机操作为推进马达或操作为发电机。
19.根据权利要求16或17所述的动力系，其中，所述发电机装置包括发电机和所述电力推进装置，所述电力推进装置包括推进马达，所述发电机和所述马达由相应的不同电机来提供。
20.一种混合动力电动车辆，所述混合动力电动车辆包括根据权利要求1至15中任一项所述的控制器或者包括根据权利要求16至19中任一项所述的动力系。
21.根据权利要求20所述的车辆，所述车辆能够以所述发动机向所述动力系传递驱动扭矩的并联动力系模式来操作。
22.根据权利要求20或21所述的车辆，所述车辆能够以下述串联动力系模式来操作：所述发动机驱动所述发电机装置产生电荷以对电池再充电或者给所述推进马达供给动力，同时所述推进马达向所述动力系传递驱动扭矩。
23.一种用于控制混合动力电动车辆的方法，所述混合动力电动车辆具有发动机、由能量存储装置供给动力的电力推进装置以及能够操作来由所述发动机驱动以对所述能量存储装置进行再充电的发电机装置，所述方法包括：
接收指示需要的混合操作模式的信号；
接收指示所述能量存储装置的瞬时电荷状态的信号；
确定多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于给定时刻的车辆操作，所述动力系操作模式包括发动机充电动力系模式和电动车辆EV动力系模式，在所述发动机充电动力系模式下，所述发动机驱动所述发电机装置对所述能量存储装置进行再充电，在所述电动车辆动力系模式下，所述发动机被关停并且所述电力推进装置能够操作来产生驱动扭矩以驱动所述车辆；以及
使所述动力系采取适合的动力系操作模式和需要的混合操作模式，所述混合操作模式包括第一混合操作模式和第二混合操作模式，其中，所述第一混合操作模式偏好EV动力系模式下的延长操作，以及所述第二混合操作模式偏好降低燃料消耗，
所述方法包括：至少部分地取决于指示能量存储装置的瞬时电荷状态的信号以及电荷状态的参考值来确定所述多个动力系操作模式中的哪个动力系操作模式适合于车辆操作，以及取决于指示需要的混合操作模式的信号以及另外地取决于所选的变速器模式来将所述电荷状态的参考值设定成多个不同的相应值中的一个值，所选的变速器模式是多个可选的变速器模式之一。
24.一种计算机可读介质，所述计算机可读介质承载用于控制车辆执行根据权利要求23所述的方法的计算机程序代码。
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