CN105980185B - 用于串联液压混合动力传动的控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的串联液压混合动力系统(1)，其包括：液压回路(9)，其包括与第二液压移送单元(3)流体连通的第一液压移送单元(2)，第一液压移送单元(2)与内燃发动机(4)驱动地接合或选择性地驱动地接合；高压液压蓄能器(10)和低压液压蓄能器(11)，它们通过至少一个蓄能器阀(14、15)选择性地流体地连接到液压回路(9)；以及控制单元(12)；其中控制单元(12)适于：从操作者接收输入；基于输入，计算请求的扭矩和目标系统压力；比较蓄能器压力和目标系统压力；以及基于比较的结果，控制内燃发动机(4)的速度和蓄能器阀(14、15)的阀状态中的至少一个。本发明进一步涉及一种操作串联液压混合动力系统的方法。

Description

用于串联液压混合动力传动的控制器
技术领域
本发明主要涉及一种具体用于汽车车辆的串联液压混合动力传动系统。更具体地，本发明涉及一种液压混合动力传动系统，其包括用于控制所述系统的控制单元，并且涉及一种控制串联液压混合动力系统的方法。
背景技术
本文件要求于2014年2月4日提交的美国临时专利申请号61/935,587和于2014年2月4日提交的美国临时专利申请号61/935,622的优先权，两者都以引用的方式完全并入本文。
已经尝试用不同的方案来降低汽车车辆中的车辆燃料消耗。一种方案已经用来减小内燃发动机的尺寸。相比于全尺寸发动机，较小的内燃发动机使用较少的燃料。然而，较小的发动机通常缺少与较大的发动机相关的动力。
因此，另一趋势已经发展为使用较小的内燃发动机并且用可以为车辆提供额外动力的装置来补充那些发动机。在一个示例中，用一个或更多个电动马达来补偿较小的内燃发动机。在这种情况下，用于电动马达的电源、例如电池必须容纳在车辆上。然而，电池可能是沉重的，占用显著量的空间，并且可能对于人和环境而言维持和处理起来是危险的。
在另一示例中，液压蓄能器可以用来补充由减小尺寸的内燃发动机提供的动力。液压混合动力系统的燃料消耗和性能在极大程度上取决于用于操作车辆的控制策略。
发明内容
因此，本发明的目的是开发一种提供改善的车辆性能和/或改善的燃料效率的液压混合动力系统。
该目的通过本发明的串联液压混合动力系统来解决。具体实施例在下文中进行描述。
因此，提供了一种用于车辆的串联液压混合动力系统，该系统包括：
液压回路，其包括与第二液压移送单元流体连通的第一液压移送单元，第一液压移送单元与内燃发动机驱动地接合或选择性地驱动地接合；
高压液压蓄能器和低压液压蓄能器，它们通过至少一个蓄能器阀选择性地流体地连接到液压回路；以及
控制单元；
其中控制单元适于：
从操作者接收扭矩请求Treq；
基于扭矩请求，计算请求的扭矩和目标系统压力；
比较蓄能器压力与目标系统压力；以及
基于比较的结果，控制内燃发动机的速度和蓄能器阀的阀状态中的至少一个。
基于计算的目标系统压力、测量的蓄能器压力并且基于两者的比较的结果，控制单元可以以这样的方式控制发动机速度和/或蓄能器阀，即，能把好的车辆性能与改善的能量效率结合起来。
在本文件的范围内，表达"x1、…、xn中的至少一个"可以包括x1、…、xn的任何子集，包括完全集。
系统通常包括操作者可以通过其输入扭矩请求的一个或更多个输入装置。例如，这些可以包括加速器踏板、手柄、操作杆、旋钮、开关、触摸屏、麦克风或摄像机中的至少一个。系统可以进一步包括用于测量蓄能器压力的一个或更多个压力传感器。压力传感器可以被布置在蓄能器中的至少一个中。
第一液压移送单元可以包括液压泵。例如，该第一液压移送单元可以包括静液压泵，诸如静液压径向活塞泵或静液压轴向活塞泵。第一液压移送单元可以具有可变液压排量。例如，第一液压移送单元可以具有可动旋转斜盘或弯轴线设计。
第二液压移送单元可以包括一个或更多个液压马达。例如，第二液压移送单元可以包括静液压马达，诸如静液压径向活塞泵马达或静液压轴向活塞马达。第二液压移送单元可以具有可变液压排量。例如，第二液压移送单元可以具有可动旋转斜盘或弯轴线设计。第二液压移送单元通常与车辆输出装置驱动地接合或选择性地驱动地接合。例如，车辆输出装置可以包括齿轮箱、传动轴、轮轴、最终驱动器和一个或更多个车轮中的至少一个。
目标系统压力是与在第二液压移送单元处递送请求的扭矩相容的系统压力。例如，系统压力可以是液压回路的第一主流体管线与液压回路的第二主流体管线中的液压压力之差。
通常，第一液压移送单元和第二液压移送单元均具有第一流体端口和第二流体端口。第一主流体管线可以将第一液压移送单元的第一流体端口流体地连接到第二液压移送单元的第一流体端口，并且第二主流体管线可以将第一液压移送单元的第二流体端口流体地连接到第二液压移送单元的第二流体端口。液压回路可以是包括第一和第二液压移送单元以及第一和第二主流体管线的闭合静液压回路。该液压回路通常密封隔离于外部环境。例如，液压回路中的最小液压压力可以是至少10巴或至少20巴。
控制蓄能器阀的阀状态可以包括使蓄能器阀处于打开位置、使蓄能器阀处于关闭位置、打开蓄能器阀以将蓄能器流体地连接到液压回路、和关闭蓄能器阀以将蓄能器与液压回路流体地断开中的至少一个。控制阀状态可以进一步包括控制打开和/或关闭蓄能器阀的正时。控制发动机速度可以包括使发动机速度处于其当前速度、降低发动机速度和增加发动机速度中的至少一个。控制单元可以配置为基于蓄能器阀的当前阀状态控制蓄能器阀和/或发动机速度。
对于可以提供请求的扭矩Treq(能够在预定的容许区间内)的系统压力的值而言，目标系统压力例如可以是系统的传动效率处于最大值时的系统压力。换言之，目标压力可以是考虑扭矩请求约束条件时最有效地进行传动操作的系统压力。
目标系统压力可以是车辆状态或高压蓄能器和低压蓄能器中的至少一个的充载状态的函数。控制单元因此可以适于基于车辆状态中的至少一个并且基于蓄能器中的至少一个的充载状态来计算目标系统压力。例如，车辆状态可以包括车辆的移动方向(例如向前或倒退)、车辆速度和齿轮选择中的至少一个。系统可以包括适于为控制单元提供速度数据的速度传感器。控制单元可以配置为根据以下关系基于第二液压移送单元的液压排量α来计算目标系统压力：△p目标＝a·Treq/α，其中"α"是依赖系统的常数。
如果第二液压移送单元具有可变液压排量，那么使传动效率最大化可以包括将第二液压移送单元的液压排量α设定为最佳值αopt。在一些情况下，αopt可以是第二液压移送单元的最大排量。控制单元可以配置为例如基于当前车辆状态计算αopt，并且将第二液压移送单元的液压排量α设定为最佳值αopt。例如，控制单元可以适于根据关于△p目标＝a·Treq/αopt确定目标系统压力，其中"a"是依赖系统的常数。
控制单元可以配置为：当液压蓄能器与液压回路流体地断开并且蓄能器压力在目标系统压力之上时，致动蓄能器阀以将液压蓄能器流体地连接到液压回路。在这种情况下，存储在蓄能器中的液压能可以传递给液压回路以驱动或额外地驱动第二液压移送单元。
例如，为了降低燃料消耗，控制单元可以配置为：当液压蓄能器流体地连接到液压回路并且蓄能器压力在目标系统压力之上时，降低发动机速度。优选地，控制单元进一步配置为调节第二液压移送单元的液压排量α，使得在第二液压移送单元处总是提供请求的扭矩。
目标系统压力也可以是蓄能器压力。例如，目标压力可以是高压蓄能器中的压力。控制单元于是可以适于控制蓄能器阀、发动机速度和第一和/或第二液压移送单元的液压排量中的至少一个，以例如在蓄能器到液压回路的连接/蓄能器与液压回路的断开之前和/或期间，将液压回路中的液压压力调整为蓄能器压力。
例如，控制单元可以适于调节第二液压移送单元的液压排量α，以便在将液压蓄能器流体地连接到液压回路的过程之前或期间，将液压回路中的液压压力调整为蓄能器压力。例如，控制单元可以配置为：仅或正好蓄能器与它们在正连接到其的过程中的液压回路的流体管线之间的最大压力差小于阈值之后，打开用于将蓄能器流体地连接到液压回路的蓄能器阀。这可以减少要不然在连接过程期间由蓄能器与液压回路之间的大压力差引起的机械冲击。这通常与高压蓄能器到液压回路的连接最相关。
为了在连接过程之前和/或期间调节第二液压移送单元的液压排量α，控制单元可以包括比例积分(PI)控制器。PI控制器可以使用α作为控制变量。此外，PI控制器可以使用第二液压移送单元的输出装置处的降低的扭矩T'req＝Treq-δ作为期望值。例如，为了在连接过程之前和/或期间使系统压力适应于蓄能器压力，PI控制器可以根据关系式α＝a·T'req/△p设定α，其中δ是正扰动参数，Δp是测量到的液压系统压力，并且"a"是系统特定常数。系统可以装有用于测量液压回路中的系统压力△p的一个或更多个压力传感器。扰动参数δ可以是车辆速度、发动机速度、请求的扭矩Treq和测量到的液压系统压力中的至少一个。控制单元可以配置为根据预定的映射图选择δ。映射图可以基于系统特定参数，诸如液压回路的几何尺寸等来产生。
当液压蓄能器流体地连接到液压回路时，蓄能器压力可以降至目标系统压力或之下。在这种情况下，控制单元可以配置为：计算增加发动机速度以使得蓄能器压力至少保持在目标系统压力所需的燃料消耗。控制单元然后可以进一步适于，基于计算的燃料消耗，将蓄能器与液压回路流体地断开或增加发动机速度。
例如，控制单元可以配置为：如果计算的燃料消耗高于以静液压模式操作系统(即，蓄能器断开)所需的燃料消耗，则将蓄能器与液压回路流体地断开。另一方面，控制单元可以配置为：如果计算的燃料消耗低于以静液压模式操作系统所需的燃料消耗，则保持蓄能器连接并且增加发动机速度。当控制单元保持蓄能器连接并且增加发动机速度时，发动机速度优选增加至将蓄能器压力至少保持在目标系统压力所需的速度。在这种情况下，控制单元可以进一步配置为调节第二液压移送单元的液压排量，以将蓄能器压力至少保持在目标压力。
当蓄能器流体地连接到液压回路时，控制单元可以进一步适于当以下条件中的至少一个满足时将液压蓄能器液压回路流体地断开，所述条件是：蓄能器压力在上限压力极限之上；蓄能器压力在下限压力极限之下；以及蓄能器压力太低以至于不能提供请求的扭矩。
如果第一液压移送单元具有可变液压排量，那么控制单元可以配置为：在将蓄能器与液压回路流体地断开之前或正好之前，调节第一液压移送单元的液压排量和发动机速度中的至少一个，以便平滑断开过程并且增加系统在断开过程期间的可控性。例如，控制单元可以适于以这样的方式调节第一液压移送单元的液压排量和发动机速度中的至少一个，即，液压蓄能器与液压回路之间的液压流体的流量在阈值流量之下。控制单元然后可以进一步配置为：仅在液压回路与蓄能器之间的液压流体的流动在阈值流动之下之后，关闭蓄能器阀以断开蓄能器。控制单元可以适于基于蓄能器与液压回路之间的测量到的压力差或基于通过一个或更多个流量传感器获得流量测量数据来确定蓄能器与液压回路之间的液压流体的流量。流量传感器例如可以布置在液压回路中和/或在蓄能器中。
提出了一种控制串联液压混合动力系统的方法。该方法优选涉及控制上述的串联液压混合动力系统。该方法包括以下步骤：
从操作者接收输入；
基于输入，计算请求的扭矩和目标系统压力；
比较蓄能器压力与目标系统压力；以及
基于比较的结果，控制内燃发动机的速度和蓄能器阀的阀状态中的至少一个。
该方法可以进一步包括由电子控制单元执行的上述步骤中的一个或更多个。
附图说明
当前提出的系统和方法的优选实施例在以下详细描述中进行描述，并且在附图中进行描绘，其中：
图1是包括闭合液压回路、选择性地流体地连接到液压回路的液压蓄能器和用于控制系统的电子控制单元的串联液压混合动力系统；
图2是图1的控制单元的控制架构的示意图；
图3是由图1的控制单元执行的控制策略的状态流程；
图4是与液压蓄能器到液压回路的连接有关的状态流程；
图5是当蓄能器流体地连接到液压回路时由图1的控制单元执行的混合动力模式控制策略的状态流程；
图6是与图1的液压回路的液压部件的致动有关的状态流程；
图7是与液压蓄能器到液压回路的连接有关的另一状态流程；
图8是根据现有技术的在将高压蓄能器流体地连接到液压回路的过程期间的系统参数；
图9是根据目前请求的主题的在将高压蓄能器流体地连接到液压回路的过程期间的系统参数；以及
图10是与液压蓄能器与液压回路的断开有关的状态流程。
具体实施方式
图1示出了布置在非公路车辆中、例如在轮式装载机中的串联液压混合动力系统1。系统1包括与液压马达3流体连通的液压泵2。泵2与内燃发动机(ICE)4驱动地接合。另一方面，马达3与车辆输出装置5驱动地接合。例如，车辆输出装置5可以包括驱动轴、最终驱动、轮轴和一个或更多个车轮中的至少一个。泵2和马达3均具有可变液压排量。例如，泵2可以是具有可动旋转斜盘的静液压(hydrostatic)轴向活塞泵，并且马达3可以是具有可动旋转斜盘的静液压轴向活塞马达。
泵2和马达3通过第一主流体管线6、第二主流体管线7并且通过增能(或称功率提升)中枢(powerboost hub)8彼此流体连通。中枢8是包括多个流体管线、电动致动器和蓄能器阀14、15的机电整合单元。中枢8通过主流体管线6和7流体地连接或选择性地连接泵2和马达3，以形成闭合的静液压回路9。
系统1进一步包括流体地连接到中枢8的高压囊状蓄能器10和低压囊状蓄能器11。中枢8的蓄能器阀14、15选择性地配置为以下中的一种：
将蓄能器10和11与静液压回路9流体地断开；
同时将高压蓄能器10流体地连接到第一主流体管线6并且将低压蓄能器流体地连接到第二主流体管线7，以及同时将高压蓄能器10与第二主流体管线7流体地断开并且将低压蓄能器11与第一主流体管线6流体地断开；以及
同时将高压蓄能器10流体地连接到第二主流体管线7并且将低压蓄能器流体地连接到第一主流体管线6，以及同时将高压蓄能器10与第一主流体管线6流体地断开并且将低压蓄能器11与第二主流体管线7流体地断开。
本领域技术人员容易认识到，存在多个蓄能器阀，诸如蓄能器阀14、15可以用来如在上面概述的那样选择性地将蓄能器10、11连接到主流体管线6、7的各种方式。例如，蓄能器阀14、15可以包括一个或更多个切断阀。这些可以配置为通过电磁力或通过液压力来致动。在后一种情况下，蓄能器阀14、15可以进一步包括用于引导切断阀的一个或更多个电子可控的先导阀。
系统1进一步包括电子控制单元12和输入装置13。控制单元12可以包括一个或更多个微处理器。输入装置13可以包括加速器踏板、制动器和多个旋钮和操作杆。车辆的操作者可以利用输入装置13来输入用于对系统1进行控制的输入命令。控制单元12配置为从输入装置13接收输入，并且基于所述输入对系统1进行控制。具体地，控制单元1配置为控制ICE4的速度(以rpm进行测量)、泵2的液压排量、马达4的液压排量、和蓄能器阀14、15的阀状态。
系统1可以以静液压模式操作。在静液压模式下，控制单元12致动蓄能器阀14、15以将蓄能器10、11与静液压回路9流体地断开。另外，在静液压模式下，控制单元12可以致动ICE4、泵2和马达3，使得机械能通过静液压回路9从ICE4传递到车辆输出装置5，这在静液压传动的领域中是众所周知的。
控制单元12可以进一步对系统1进行控制，以通过蓄能器阀14、15将蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9而以一种或更多种混合动力模式操作。
在一种混合动力模式下，控制单元致动蓄能器阀，以将高压蓄能器10流体地连接到第一主流体管线6，并且将低压蓄能器11流体地连接到第二主流体管线7。ICE4然后可以驱动泵2以将液压流体从低压蓄能器11移送到高压蓄能器10，由此增加高压蓄能器10中的液压压力并且降低低压蓄能器11中的液压压力(能量蓄积)。
在另一种混合动力模式下，控制单元12可以致动蓄能器阀14、15以将蓄能器10、11流体地连接到马达3，使得马达3可以从车辆输出装置5吸收动能，并且利用吸收的动能将液压流体从低压蓄能器11移送到高压蓄能器10，由此增加高压蓄能器10中的液压压力并且降低低压蓄能器11中的液压压力(再生制动)。控制单元12可以配置为致动蓄能器阀14、15以将蓄能器10、11流体地连接到马达3，从而在车辆的向前和向后运动期间执行再生制动。控制单元12可以进一步配置为致动蓄能器阀14、15，以在再生制动期间将泵2与马达3并且与蓄能器10、11流体地断开。
在另一种混合动力模式下，控制单元14可以致动蓄能器阀14、15，例如将蓄能器10、11流体地连接到马达3，使得液压流体从高压蓄能器10移位通过马达3到达低压蓄能器11从而驱动马达3，由此降低高压蓄能器10中的液压压力并且增加低压蓄能器11中的液压压力(升压)。以此方式，存储在蓄能器10、11中的液压能可以传递到车辆输出装置5从而驱动车辆。控制单元可以配置为致动蓄能器阀14、15，使得升压操作可以在车辆的向前和向后运动两者期间执行。
虽然具有其它电动/液压混合动力配置的共同优点，即能够回收能量并且将它重新注入到液压回路9内，但是在串联液压系统1中，当蓄能器10、11连接到液压回路9时，迫使静液压回路9的压力到达蓄能器10、11的压力。因此，该串联混合动力架构引入先前难以控制的新的控制变量：系统压力。通过引入该新的变量，目前提出的系统1呈现了旨在通过减少由ICE4请求的能量并且通过优化传动系的总牵引性能而实现燃料节省目的的最佳控制策略。
这样一来，标准静液压传动(SHT)控制器必须扩展为能够执行以下任务：限定并且跟踪蓄能器10、11的充载状态(SOC)的最佳值；限定蓄能器10、11的连接和断开状况；限定用于通过ICE4和/或通过动能回收(再生制动)给蓄能器10、11充载的方法；限定管理蓄能器10、11中的一个或更多个的连接/断开瞬变的最佳策略；以及限定当蓄能器10、11中的一个或更多个连接到液压回路时用于发动机4、泵2和/或马达3的最佳致动。
该文件呈现了满足上面提到的要求并且构建为对SHT控制器的附加架构的控制器架构。
在图2中示出了提出的控制器架构。在这里并且在下文中，反复的特征由相同的参考符号指代。“用于标准静液压传动的控制”12a提供了当车辆以非混合动力(即静液压)模式驱动时用于传动系部件(诸如，但不限于ICE4、一个或多个泵2、一个或多个马达3和齿轮箱)的命令。换言之，“用于标准静液压传动的控制”12a根据车辆状态分别控制ICE4、一个或多个泵2、一个或多个马达3和齿轮箱。车辆状态可以由车辆方向、车辆速度、车辆齿轮选择等以及驾驶员的请求组成。驾驶员的请求可以由车辆方向、加速器踏板位置、制动器踏板位置、工作液压命令等组成。
“混合动力控制器”附加到上面提到的SHT控制器12a，并且由两部分组成：“混合动力监督(supervisor)”12b和“致动重写(overwrite)”12c，所述“混合动力监督”12b扩展SHT控制器12a，添加所有上面提到的特征，当混合动力操作可行时，所述"致动重写"12c用来自"混合动力监督"12b的致动来代替来自SHT控制器12a的致动。两种控制策略(静液压模式和混合动力模式)之间的切换在图3的流程图中详细说明。
在16处，蓄能器10、11与液压回路9流体地断开，并且控制单元12以静液压模式操作系统1。在17处，操作者/驾驶员通过输入装置13输入输入命令。例如，在17处，操作者可以压低加速器踏板，或可以激活制动器。控制单元12接收输入命令，并且基于该输入命令，计算在马达3的输出轴处请求的扭矩Treq。控制单元12可以进一步基于当前车辆状态计算请求的扭矩Treq。
仍然在17处，控制单元12计算目标系统压力。目标系统压力或最佳系统压力是在产生请求的扭矩Treq的压力范围之中的使系统1的总传动效率最大化的压力。系统1的传动效率本身可以与马达3的液压排量α相关。例如，在一些情况下，如果马达排量α处于其最大值或接近其最大值，那么系统1的传动效率会是最佳的。通常，静液压马达3的输出扭矩T可以由关系T＝α·Δρ·a来表示，其中α是马达排量，Δρ是系统压力(即，第一主流体管线6中的静液压压力与第二主流体管线7中的静液压压力之差)，并且"a"是依赖系统的正实常数。当蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9时，随着迫使系统压力到达蓄能器10、11的压力，上面提到的目标系统压力可以认为是蓄能器10、11的最佳SOC。
在18处，控制单元12比较蓄能器10、11的当前SOC与先前计算的目标系统压力。具体地，控制单元12比较蓄能器10、11之间的压力差与液压回路9的主流体管线6、7之间的压力差。蓄能器SOC可以利用一个或更多个压力传感器(未在图1中示出)来测量或确定。如果在18处蓄能器10、11的当前SOC等于或在目标系统压力之下，那么控制单元12就返回到步骤16。然而，如果在18处蓄能器10、11的当前SOC在目标系统压力之上，那么控制单元12进入到19。在19处，控制单元12致动蓄能器阀14、15以将蓄能器10、11流体地连接到闭合的静液压回路9。
图4的示意图描绘了与能发出到蓄能器阀14、15的连接命令的控制单元12有关的控制架构。在17处，控制单元12基于请求的扭矩Treq计算目标系统压力或最佳系统压力。在18处，控制单元12发出连接请求/命令。连接命令可以包括命令蓄能器阀14、15保持在闭合状态，或命令蓄能器阀14、15打开以将蓄能器10、11流体地连接到液压回路9。即，在18处，控制单元12基于目标系统压力、测量到的蓄能器10、11的SOC和当前车辆状态对蓄能器阀14、15进行控制。
回到图3，控制单元12从19进入到20。在20处，控制单元确定蓄能器阀14、15是否处于打开状态，由此允许液压流体在蓄能器10、11与液压回路9之间流动。例如，系统1可以包括一个或更多个蓄能器阀传感器，一旦蓄能器阀14、15已经完全打开，所述一个或更多个蓄能器阀传感器适于向控制单元12发送基于有线或无线的电磁信号。通常有利的是，在进入到21之前，检查蓄能器阀14、15是否已经完全打开，因为蓄能器阀14、15通常具有非零的响应时间。取决于蓄能器阀14、15的具体设计，其响应时间可以在0.05秒与0.25秒之间。一旦蓄能器10、11完全连接到静液压回路9，控制单元12就进入到21。
在21处，控制单元12切换到混合动力模式，并且进入到22，其中在蓄能器10、11现在连接到液压回路9的情况下，控制单元12基于来自操作者的当前输入(其可以等于或不同于在17处提供的输入)和当前车辆状态(其可以等于或不同于在17处的车辆状态)中的至少一个重新计算请求的扭矩Treq和目标系统压力。重复一下，目标系统压力是系统1可以以最大效率同时产生请求的扭矩Treq的系统压力。
在23处，控制单元12再次比较当前蓄能器SOC(其可以低于18处)与在22处计算的目标系统压力。如果在23处当前蓄能器SOC在目标系统压力之上，那么控制单元12命令蓄能器阀14、15保持打开并且保持蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9。然而，如果在23处当前蓄能器SOC等于或在目标系统压力之下，那么控制单元12进入到24。
在24处，控制单元12计算第一估计的燃料消耗(例如，以每单位时间使用的汽油升数来测量)。第一估计的燃料消耗是，当保持蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9时将系统压力维持在目标系统压力所需的燃料消耗。该计算可以利用以下参数中的至少一个作为输入：蓄能器10、11的当前SOC、当前系统压力、来自操作者的当前输入、当前车辆状态。
仍然在24处，控制单元12进一步计算第二估计的燃料消耗(例如，以每单位时间使用的汽油升数来测量)。第二估计的燃料消耗是，在保持蓄能器10、11与静液压回路9流体地断开的情况下将系统压力维持在目标系统压力所需的燃料消耗。
仍然在24处，控制单元12比较第一估计的燃料消耗与第二估计的燃料消耗。如果第一估计的燃料消耗等于或低于第二估计的燃料消耗，即，如果控制单元12发现保持蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9至少与切换回到静液压模式一样地能量有效，那么控制单元12就会命令蓄能器阀14、15保持打开并且返回到21。然而，如果第一估计的燃料消耗大于第二估计的燃料消耗，如果控制单元12发现通过将蓄能器10、11与静液压回路9流体地断开能够节省能量，那么控制单元12就进入到25。在25处，控制单元12命令蓄能器阀14、15关闭。在26处，控制单元确定蓄能器阀14、15是否完全关闭。此外，一旦蓄能器阀14、15完全关闭，蓄能器阀传感器就可以向控制单元12发送基于有线或无线的电磁信号。一旦蓄能器阀14、15完全关闭，控制单元12就进入到27。在27处，控制单元12切换回到静液压模式。
在图5中图示了由控制单元12以混合动力模式执行控制策略的进一步细节，图5可参考在上面结合图3解释的步骤23、24。
在23a、24a、24b处的混合动力模式下，控制单元12控制ICE4和泵2，使得蓄能器压力跟踪最佳系统压力。具体地，当在23处发现蓄能器压力高于最佳系统压力，控制单元12进入到23a。在23a处，控制单元命令内燃发动机4减小其速度，使得燃料消耗可以减少。同时，控制单元12命令泵2将泵排量调整到减小的发动机速度。这通常意味着命令泵2减小泵排量。
另一方面，当在23处发现蓄能器压力等于或低于最佳压力时，并且当在24处发现第一燃料消耗低于第二燃料消耗时，控制单元12进入到24a。在24a处，控制单元12命令内燃发动机4增加其速度，以便将蓄能器压力维持在最佳压力。同时，控制单元12命令泵2将泵排量调整到增加的发动机速度。这通常意味着命令泵2增加泵排量。
控制单元12可以在返回到21之前从23a和24a进入到24b。在24b处，控制单元12命令马达3调节其排量α，以便在其输出装置处提供请求的扭矩Treq。这可以包括命令马达3根据α＝Treq/(a-△p目标)调节其排量，其中△p目标是在22处计算的最佳系统压力，并且"a"是依赖系统的常数。在图6中，概述了控制单元12根据其控制蓄能器阀14、15、ICE4、泵2的排量和马达3的排量的控制策略。
在将蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9的过程期间(参见图3中的步骤19、20、21)，可以更改静液压致动(包括发动机速度、泵排量和马达排量)，以便管理蓄能器10、11的瞬变连接。在该瞬变(过渡)期间，应当避免马达3的输出装置处的扭矩中断，因为驾驶员会将这样的中断感觉为机械冲击，这会损害系统1的可控性。此外，在瞬变期间应当维持对于车辆操作或性能(诸如请求的扭矩Treq)的任何驾驶员请求。连接瞬变如在图7的流程图中示出的那样进行处理。
在16处(参见图3和7)，系统1在静液压模式下，即，蓄能器10、11与静液压回路9流体地断开，并且控制单元12按照SHT控制器12a进行操作(参见图2)：控制单元12基于加速器踏板位置控制发动机速度；控制单元12基于发动机速度控制泵排量；控制单元12基于车辆速度控制马达排量和齿轮箱(未在图1中示出)。
在19处(参见图3和7)，控制单元12命令蓄能器阀14、15打开以将蓄能器10、11流体地连接到闭合的静液压回路9，并且控制单元12进入到19a。
在19a处，蓄能器10、11仍然与静液压回路9流体地断开。控制单元12继续如在上面结合步骤16描述的那样控制ICE4、泵2和齿轮箱。然而，在19处，控制单元12命令马达3调节马达排量，以便在蓄能器连接期间防止或减少液压回路9中的压力中断，因此减少由驾驶员感觉到的冲击。调节马达3的液压排量以便刚好在蓄能器连接之前和/或期间将静液压回路9中的液压压力调整到蓄能器压力的过程在图9中进行图示，并且将在下面进一步更详细地解释。
在19b处，控制单元12比较主流体管线6、7中的液压压力与蓄能器10、11中的液压压力。在19b处，控制单元12至少比较高压蓄能器10意图连接到的主流体管线中的液压压力与高压蓄能器10中的液压压力。只要液压回路9中的液压压力不同于蓄能器压力(高于阈值压力差)，控制单元就继续重复步骤19a、19b。一旦压力差在阈值压力差之下，控制单元12就进入到步骤19c。
在19c处，发动机速度根据加速器踏板位置来控制，泵排量根据发动机速度来控制，并且齿轮箱根据车辆速度来控制。在19c处，控制马达3的液压排量α，以便在马达3的输出轴处维持在17处计算的输出扭矩请求Treq(参见图3)。即，在19c处，根据关系式α＝Treq/(a·△p)来控制马达3的排量，其中△p是测量到的当前系统压力，并且"a"是依赖系统的常数。
在20处，控制单元12确定蓄能器阀14、15是否完全打开(参见图3和7)。直至蓄能器阀14、15完全打开，控制单元12重复步骤19c和20。一旦蓄能器阀14、15完全打开，控制单元12就切换到混合动力模式，并且如在上面结合图3和图5描述的那样继续步骤21、22、23、23a、24、24a、24b、25。
现在进一步详细地描述在上面结合图7中的步骤19a-c描述的刚好在将蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9之前和/或期间的马达3的液压排量的调节。图8示出了在将串联液压混合动力系统的高压蓄能器连接到主流体管线的传统过程期间的系统参数的时间次序。即，图8示出了在未利用当前提出的控制单元12执行的蓄能器连接过程期间发生的问题。
具体地，图8示出了高压蓄能器中的液压压力的时间次序30、高压蓄能器流体地连接到的主流体管线中的液压压力的时间次序31、由驾驶员请求(例如与加速器踏板的位置有关)的扭矩的时间次序32、和在静液压马达的输出轴处提供的输出扭矩的时间次序33。可以清楚地观察到，当蓄能器阀在时间t0处打开时，管线压力突然升高到蓄能器压力，由此在仅几毫米的时间跨度内引起大约十倍的输出扭矩的不期望的突然增加。这清楚地显示了在传统的串联液压混合动力系统中的蓄能器连接期间产生的突然的机械冲击的问题。
相比之下，图9示出了在利用该串联液压混合动力系统1并且具体是图1的控制器12执行的连接过程期间的对应的时间次序。具体地，图9示出了高压蓄能器10中的液压压力的时间次序40；第一主流体管线6中的液压压力的时间次序41；马达3的液压排量α的时间次序42；由驾驶员请求(与加速器踏板的位置有关)的扭矩的时间次序43；以及在马达3的输出轴处提供的测量到的输出扭矩的时间次序44。
在时间t1处，加速器踏板被压低，导致请求的扭矩43增加。基于该扭矩请求并且基于测量到的蓄能器压力40，控制单元12开始通过逐渐减小马达3的排量43而将高压蓄能器10流体地连接到第一主流体管线6的过程。由此，管线压力41平滑地增加，直至它在时间t2处到达蓄能器压力40。
在t1与t2之间的瞬变(过渡)期间，控制单元12保持泵命令不变。因此，马达排量42的减小导致系统压力的增加，如可以在图9中观察到的。类似地，马达排量的增加将会导致管线压力41的降低。当静液压回路9的高压管线6到达蓄能器10的值时，控制单元12致动阀14、15以连接蓄能器10、11而无压力中断，并且因此没有由驾驶员感觉到的输出扭矩44的冲击。
具体地，控制单元12基于例如加速器踏板的位置计算扭矩请求43。控制单元12包括比例积分(PI-)控制器，所述比例积分(PI)控制器编程为调节马达3的液压排量α，以便使第一主流体管线6中的管线压力41逐渐适合于高压蓄能器10中的蓄能器压力40，同时将马达3的输出扭矩44保持在请求的扭矩43的预定误差幅度内。
如在上面描述的，马达3的输出扭矩T通常可以表示为：T＝a·△p·α，其中"a"是系统特定常数，△p是测量的系统压力，并且α是马达排量。控制单元12编程为根据以下关系利用强迫跟踪误差或扰动δ(通常是正实数)连续地调节马达排量α：α＝(Treq-6)/(a-△p)。例如，用来调节马达排量α的采样时间间隔可以小于0.01秒。通引入过扰动参数δ来调节马达排量α，使得系统压力41逐渐调整为蓄能器压力40。扰动误差δ的量值是控制器的发展的自由度。
总瞬变时间△t＝t2-t1(即，当控制单元12开始排量调节算法时的时间t1和当流体管线6与蓄能器10之间的压力差第一次降至预定阈值之下时的时间t2所限定的时间间隔)强烈地取决于跟踪误差δ的值并且取决于马达响应时间。通过增加所接受的扰动δ，可以减少瞬变△t的总持续时间。
在图9中显示的实际实现是总瞬变时间△t可以约为蓄能器阀14、15的响应时间的证明。在图9图示的示例中，△t＝0.3秒。因此，控制单元12可以在控制单元12命令蓄能器阀14、15打开之后立即开始马达调节瞬变，并且总瞬变时间△t仍然是仅由于蓄能器阀14、15的响应时间。
可以实施不同的控制方案以实现上述的排量调节算法。由于压力的演化强烈地受马达响应时间的影响，将上述公式应用于马达排量不能导致期望的结果，因为它们假设马达3在零响应时间的情况下是理想的。由于过程的最终目的是避免扭矩中断，PI参数可以通过查询跟踪驾驶员请求的质量来选择。如果如上所述，驾驶员请求表示为扭矩设定点，那么评价当前PI配置的质量的好的成本函数J可以是如下：J＝β-rms_误差+γ-Max_误差，其中β和γ是由车辆的类型和开发中的应用限定的调整参数。由于瞬变时间是迅速的，所提出的闭环控制器可以由更简单的开环控制器组成，一旦数据起作用，好的调节结果可从测试和采集获得。以此方式，可以省去静液压回路9的蓄能器或软管上的压力传感器。
图10图示了由控制单元12在将蓄能器10、11与静液压回路9流体地断开的过程期间所遵循的策略。
一旦蓄能器10、11流体地连接到静液压回路9，控制单元12就命令蓄能器阀14、15保持打开并且保持蓄能器10、11连接，直至由于蓄能器10、11的重新充载请求的燃料消耗在如在上面结合图5描述的静液压模式下的燃料消耗之上，或直至蓄能器10、11的SOC太低以至于不能提供请求的扭矩Treq。如果或一旦蓄能器10、11的SOC例如在再生制动期间在上限阈值压力之上，和/或如果或一旦蓄能器的SOC降至下限阈值压力之下，控制单元12可以进一步命令蓄能器阀14、15关闭并且将蓄能器10、11与静液压回路9断开。
在21处(参见图3和5)，蓄能器10、11连接到静液压回路9。控制单元12控制ICE4将系统压力保持在最佳压力处或附近(参见图5中的步骤23a、24a)。控制单元12根据发动机速度控制泵排量，并且根据车辆速度控制齿轮箱。控制单元12控制马达排量，使得马达3处的输出扭矩跟踪在17和22处计算的请求的扭矩Treq(参见图3和图5，在24b处)。
一旦控制单元12在步骤25处命令蓄能器阀14、15关闭(即刚好在阀14、15的关闭之前和/或期间)，就进入到步骤25a。在25a处，控制单元12调节发动机速度和泵排量，使得在蓄能器10、11与静液压回路之间的液压流体的流量小于最大阈值值。换言之，控制单元12可以命令ICE4和泵2，使得通过泵2的流动匹配通过马达3的流量。在这种情况下，可以假设不存在进入或离开蓄能器10、11的流动，并且蓄能器准备好与回路9断开。
一旦在25b处通过泵2的流量匹配通过马达3的流量，控制单元就进入到步骤25c。在25c处，控制单元12继续命令ICE4和泵2，使得通过泵2的流量匹配通过马达3的流量。调节马达排量以跟踪请求的扭矩。一旦在26处控制单元12确定蓄能器阀14、15完全关闭，控制单元12就在26a和26b处切换为SHT模式。在27处，系统1再次以静液压模式操作。

Claims (11)

1.一种用于车辆的串联液压混合动力系统(1)，其包括：
液压回路(9)，其包括与第二液压移送单元(3)流体连通的第一液压移送单元(2)，所述第一液压移送单元(2)与内燃发动机(4)驱动地接合或选择性地驱动地接合，并且所述第二液压移送单元(3)具有可变液压排量；
高压液压蓄能器(10)和低压液压蓄能器(11)，它们通过至少一个蓄能器阀(14、15)选择性地流体地连接到所述液压回路(9)；以及
控制单元(12)；
其中所述控制单元(12)适于：
从操作者接收输入；
基于所述输入，计算请求的扭矩和目标系统压力，其中，所述目标系统压力是配置成在第二液压移送单元(3)处递送请求的扭矩的系统压力；
比较蓄能器压力和所述目标系统压力；以及
基于所述比较的结果，控制所述内燃发动机(4)的速度和所述蓄能器阀(14、15)的阀状态中的至少一个，
其中，当所述液压蓄能器(10、11)与所述液压回路(9)流体地断开并且所述蓄能器压力在所述目标系统压力之上时，所述控制单元(12)适于通过所述至少一个蓄能器阀(14、15)将所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)，以及
其中，所述控制单元(12)适于调节所述第二液压移送单元(3)的所述液压排量，以便在将所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)的过程之前或期间将所述液压回路(9)中的液压压力调整为所述蓄能器压力。
2.根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)，其中所述目标系统压力使所述液压混合动力系统(1)的传动效率最大化，同时提供所述请求的扭矩。
3.根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)，其中所述控制单元(12)适于基于所述车辆的移动方向、车辆速度和齿轮选择中的至少一个来计算所述目标系统压力。
4.根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)，其中所述控制单元(12)包括用于调节所述第二液压移送单元(3)的所述液压排量α的比例积分(PI)控制器，所述PI控制器利用α作为控制变量，并且所述PI控制器根据关系式α～T'req/△p，利用降低的扭矩T'req＝Treq-δ作为期望值，其中，Treq是请求的扭矩，δ是正扰动参数，并且Δp是测量到的液压系统压力。
5.根据权利要求4所述的串联液压混合动力系统(1)，其中所述正扰动参数δ是根据预定映射图的车辆速度、所述发动机速度、所述请求的扭矩Treq和所述测量到的液压系统压力中的至少一个的函数。
6.根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)，其中，当所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)并且所述蓄能器压力在所述目标系统压力之上时，所述控制单元(12)适于降低所述发动机速度以便降低燃料消耗。
7.根据权利要求6所述的串联液压混合动力系统(1)，其中所述第二液压移送单元(3)具有可变液压排量，并且其中所述控制单元(12)适于调节所述第二液压移送单元(3)的所述液压排量以便提供所述请求的扭矩。
8.根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)，其中，当所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)并且所述蓄能器压力等于或在所述目标系统压力之下时，所述控制单元(12)适于计算增加所述发动机速度以使得所述蓄能器压力至少保持在所述目标系统压力所需的燃料消耗，并且其中所述控制单元(12)适于，基于所述计算的燃料消耗，将所述液压蓄能器(10、11)与所述液压回路(9)断开或增加所述发动机速度。
9.根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)，其中，当所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)时，所述控制单元(12)适于当以下条件中的至少一个满足时将所述液压蓄能器(10、11)所述液压回路(9)流体地断开，所述条件是：
-所述蓄能器压力在上限压力极限之上；
-所述蓄能器压力在下限压力极限之下；以及
-所述蓄能器压力太低以至于不能提供所述请求的扭矩。
10.根据权利要求8所述的串联液压混合动力系统(1)，其中所述第一液压移送单元(2)具有可变液压排量，并且其中，在将所述液压蓄能器(10、11)与所述液压回路(9)流体地断开之前，所述控制单元(12)适于调节所述第一液压移送单元(2)的所述液压排量和所述发动机速度中的至少一个，使得所述液压蓄能器(10、11)与所述液压回路(9)之间不存在液压流体的流动。
11.一种控制根据权利要求1所述的串联液压混合动力系统(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
从操作者接收输入；
基于所述输入，计算请求的扭矩和目标系统压力，其中，所述目标系统压力是配置成在第二液压移送单元(3)处递送请求的扭矩的系统压力；
比较蓄能器压力与所述目标系统压力；以及
基于所述比较的结果，控制所述内燃发动机(4)的速度和至少一个蓄能器阀(14、15)的阀状态中的至少一个，
其中，当所述液压蓄能器(10、11)与所述液压回路(9)流体地断开并且所述蓄能器压力在所述目标系统压力之上时，控制至少一个蓄能器阀(14、15)的阀状态的步骤包括：通过所述至少一个蓄能器阀(14、15)将所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)，其中，在将所述液压蓄能器(10、11)流体地连接到所述液压回路(9)的过程之前或期间，调节所述第二液压移送单元(3)的液压排量，以便将所述液压回路(9)中的液压压力调整为所述蓄能器压力。
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