CN106515715A - 用于控制混合动力电动车辆的混合起动发电机的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制混合动力电动车辆(HEV)的混合起动发电机(HSG)的方法和设备，其能够区分影响连接在内燃机和HSG之间的传动带的耐久性的张力增加的区间和张力减少的另一个区间，以便限制连接到传动带的HSG的转矩的变化。

Description

用于控制混合动力电动车辆的混合起动发电机的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于控制混合动力电动车辆(HEV)的电气动力源(例如，混合起动发电机(HSG))的方法和设备，更特别地，涉及通过区分在HEV中影响传动带耐久性的张力增加与不增加的情况，控制在HEV中通过传动带连接到内燃机的电气动力源的转矩的变化的方法和设备。
背景技术
通常，在混合动力电动车辆(HEV)中存在通过使用传动带连接驱动力的系统，并且存在很多如下情况，在其中电气动力源例如与内燃机连接的混合起动发电机(HSG)通过传动带连接以用来启动发动机、输出驱动力、对电池充电等。
传动带的耐久性受牵拉传动带所需的张力的程度的影响，并且为了防止耐久性劣化，需要控制单独的电动机。
通常，在内燃机和电气动力源通过传动带彼此连接的系统中，由于内燃机的转动惯量还是比电气动力源的转动惯量大，因此通过限制电气动力源的转矩变化率来执行防止耐久性劣化的控制。
然而，当如上所述施加均匀转矩变化率时，即使在执行从电气动力源输出的转矩的绝对值减少的控制时，由于变化率受限，电气动力源的转矩控制速度也降低，由此影响控制响应。在电气动力源的转矩绝对值实际减少的情况中，牵拉传动带的张力减少，因此传动带耐久性不被影响。
因此，期望通过区分影响传动带耐久性的张力增加与不增加的情况，限制电气动力源的转矩的变化。
图1(现有技术)是示出在混合动力电动车辆中通过使用传动带连接驱动力的系统的构成图，并且示出了通过传动带80与内燃机10连接的作为电气动力源的混合起动发电机(HSG)70、电池60、逆变器50、驱动电动机30、发动机离合器20、变速器40和差动设备90的连接状态，并且示出了具有以下结构的系统，该结构包括HSG 70和驱动电动机30之间的电气路径以及内燃机10与驱动电动机30和车轮100之间的机械路径。
变速器40可以由自动变速器(AT)和包括双离合变速器(DCT)等的多速变速器构成。
在这种系统中，液压控制单元(HCU)执行用于控制发动机停止的HSG 70的控制，电动机控制单元(MCU)执行HSG 70和驱动电动机30的控制，变速器控制单元(TCU)执行变速器控制，并且发动机管理系统(EMS)执行发动机转矩控制。
影响传动带耐久性的张力是施加到传动带的拉力，在HSG 70不输出转矩的状态下，当发动机10输出转矩时，由于HSG 70的惯性比发动机10的惯性相对小，传动带的耐久性不被显著影响。然而，当HSG 70输出转矩以牵引发动机10时，由于惯性差，需要考虑传动带的耐久性，并且限制由HSG 70输出的转矩的转换速率(slew rate)。
在HSG的转矩的绝对值增加的情况中，张力增加，这根据张力影响传动带的耐久性；并且在转矩的绝对值减少的情况中，张力变为减少，这对传动带的耐久性不产生大的影响。
换句话说，通过区分张力增加的情况与张力减少的情况来控制HSG的转矩变化率是需要的。
作为增加到最大值的线的梯度和变化率的转换速率可以被视为转矩随时间变化的斜率。
在图2A中所示的线形图代表电气动力源(混合起动发电机或HSG)的目标转矩，在图2B中所示的线形图代表基于转换速率的限制的HSG的实际转矩。
如图2所示，当单个转换速率被应用到电气动力源的转矩控制的整个区间时，出现在整个转矩区域中响应被延迟的现象。
在该背景部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此它可能包含不构成在本国中对本领域技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供用于控制混合动力电动车辆(HEV)的混合起动发电机(HSG)的方法和设备，其能够区分影响连接在内燃机和HSG之间的传动带的耐久性的张力增加的区间和张力减少的另一个区间，以便限制连接到传动带的HSG的转矩的变化。
在一个方面中，本发明提供一种用于限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制方法，其中通过区分电气动力源的目标转矩的绝对值增加的区间和绝对值减少的区间，控制目标转矩的变化率。
在优选实施例中，在目标转矩的绝对值减少的区间中，目标转矩的变化率可以被确定为比在目标转矩的绝对值增加的区间中的目标转矩的变化率大的值。
在另一方面中，本发明提供一种用于限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制方法，其中监测根据电气动力源的目标转矩的变化率确定的实际转矩，从而将该实际转矩反馈作为先前转矩值，并且基于先前转矩值和目标转矩的增减状态，确定目标转矩的变化率。
在优选实施例中，在目标转矩增加的区间中，先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率可以被确定为比先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率大的值。
在另一优选实施例中，在目标转矩减少的区间中，先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率可以被确定为比先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率大的值。
在又一方面中，本发明提供了一种用于限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制设备，包括：目标转矩控制单元，其控制电气动力源的目标转矩；以及转换速率限制器，其被布置在目标转矩控制单元中，并且可变地控制目标转矩的变化率。
在优选实施例中，转换速率限制器可以通过区分电气动力源的目标转矩的绝对值增加的区间和绝对值减少的区间，控制目标转矩的变化率，并且详细地，在目标转矩的绝对值减少的区间中，转换速率限制器可以将目标转矩的变化率确定为比在目标转矩的绝对值增加的区间中的目标转矩的变化率大的值。
在另一优选实施例中，转换速率限制器可以监测根据电气动力源的目标转矩的变化率确定的实际转矩作为先前转矩值，并且基于先前转矩值和目标转矩的增减状态，确定目标转矩的变化率。
在又一实施例中，在目标转矩增加的区间中，转换速率限制器可以将先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率确定为比先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率大的值，并且在目标转矩减少的区间中，转换速率限制器可以将先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率确定为比先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率大的值。
在再一优选实施例中，目标转矩可以是具有负(-)值和正(+)值两者的方波形式的转矩。
根据用于控制在混合动力电动车辆中与传动带连接的HSG的方法，通过区分影响传动带耐久性的张力增加的区间和张力减少的区间，区别电气动力源(HSG)的转换速率，从而在施加到传动带的张力减少的区间(HSG的转矩的绝对值变化为减少的区间)中加快响应。
即，通过加快电气动力源(HSG)的控制响应，可以增加驾驶性和燃料效率，并且可以防止传动带耐久性劣化。
以下讨论本发明的其他方面和优选实施例。
附图说明
现在将参考附图所示的某些示例性实施例详细描述本发明的上述特征和其他特征，附图仅以说明的方式提供，并因此不限制本发明，并且其中：
图1(现有技术)是示出在混合动力电动车辆中通过使用传动带连接驱动力的系统的构成图；
图2A(现有技术)是示出电气动力源的目标转矩的线形图；
图2B(现有技术)是示出限制了转换速率的电气动力源的实际转矩的线形图；
图3是根据本发明的描述用于控制在混合动力电动车辆中与传动带连接的电气动力源的方法的概念图；
图4是根据本发明的示出用于使用转换速率限制器来控制电气动力源的转矩的方法的概念图；
图5和图6是根据本发明的示出用于使用先前转矩值来控制电气动力源的转矩变化率的方法的概念图；以及
图7是根据本发明的描述转换速率限制器的内部计算方案的图示。
应当理解，附图未必按比例绘制，它们呈现本文所公开的本发明的各种示例性特征的某些简化表示。如本文公开的本发明的具体设计特征，包括例如具体尺寸、方向、位置和形状，将部分由特定用途和使用环境所确定。
在附图中，相同的参考标号指代本发明的相同或者等同部件。
具体实施方式
在下文中，将详细参考本发明的各种示例性实施例，本发明的示例在附图中示出且在下文中描述。尽管将结合示例性实施例描述本发明，但是应该理解，本说明书并不旨在将本发明限制到这些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施例，而且涵盖各种替换、修改、等同体和其他实施例，它们可以被包括在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内。
应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。
在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文另行清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它们的群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括”及其变形例如“含有”或“包含”应理解为暗示包括所叙述的元素但不排除任何其他元素。此外，说明书中描述的术语“单元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且能够通过硬件、软件或其组合来实现。
此外，本发明的控制逻辑可以被体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其包含可执行程序指令，可执行程序指令由处理器、控制器/控制单元等执行。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读媒介以分布式方式例如由远程信息处理服务器或者控制器局域网(CAN)存储和执行。
参考图1(现有技术)，当具有小转动惯量的混合起动发电机(HSG)70通过传动带80连接到具有相对较大的转动惯量的内燃机10时，在将转矩施加到电气动力源70的情况下，张力作用于传动带80，并且在存在较大转矩变化的情况下，传动带80的耐久性会劣化。
为了防止传动带80的耐久性劣化，设定电气动力源70的转矩的转换速率，并且电气动力源的转矩在设定的转换速率的范围内变化。在这种情况下，转矩控制响应按照设定的转换速率被延迟。
在现有技术中，如图2A和图2B所示，当HSG的目标转矩变化时，通过施加单个转换速率限制实际转矩。
现有技术的这种转矩控制方法是具有如下缺点的代表性示例，即通过施加单个转换速率延迟控制响应，而不管张力的增加和减少。
在本发明中，为了克服该缺点，将描述一种方法，该方法在控制HSG的转矩的整个范围中不施加单个转换速率，并且使张力增加的情况/区间和张力减少的情况/区间分开，在不影响传动带的耐久性的张力减少的情况中增加转换速率，由此增加转矩控制响应。
在转矩的控制中，重要的是最大化地加快响应性(即，重要的是将目标转矩最大化地控制为与实际转矩相同)，但是会对传动带的耐久性产生负面影响，并且因此，与目标转矩(替换地，目标输出转矩)相比，需要通过将实际转矩(替换地，实际输出转矩)限制到预定转换速率来输出实际转矩。
当电气动力源例如混合起动发电机(HSG)的转矩沿张力减少(即，转矩的绝对值减少)方向变化时，由于即使转矩快速变化，变化的转矩对传动带的耐久性影响也较小，因此转换速率可以被设定为比沿张力增加(即，转矩的绝对值增加)方向的转换速率大的值。
因此，如图3所示，在目标转矩沿张力减少方向快速变化的情况中(A和C区间)，通过将转换速率设定为大的值，快速改变实际转矩，并且在目标转矩沿张力增加方向变化的情况中(B和D区间)，通过将转换速率设定为相对较小的值，限制实际转矩的转矩变化率，以防止传动带的耐久性劣化。
在下文中，将参考附图描述本发明的优选的详细控制方法，使得本领域技术人员容易地实施优选的详细控制方法。
本文中，目标转矩是HSG意图理想地输出的目标转矩，作为由HSG实际输出的转矩的实际转矩是根据目标转矩的变化率确定的HSG的输出转矩。
如图3所示，在本发明中，作为用于在混合动力电动车辆中限制通过传动带与内燃机连接的HSG的转矩的变化的控制方法，通过区分HSG的目标转矩的绝对值(大小值)增加的区间和HSG的目标转矩的绝对值减少的区间，控制目标转矩的变化率(转换速率)。
详细地，在HSG的目标转矩的绝对值减少的区间(图3的A和C区间)中，目标转矩的变化率被设定为比目标转矩的绝对值增加的区间(图3的B和D区间)大的值。
即，在HSG的目标转矩的绝对值减少的区间中，目标转矩的变化率被设定为相对较大的值，而在HSG的目标转矩的绝对值增加的区间中，目标转矩的变化率被设定为相对较小的值。
因此，根据目标转矩的变化率限制和确定HSG的实际转矩值。
图4是示出根据在转换速率限制器1中确定的目标转矩的变化率来确定和限制实际转矩的概念图，并且通过使用先前转矩值来实时控制转换速率限制器1中的目标转矩的变化率。
参考图4，根据目标转矩的变化率确定的实际转矩被反馈作为先前转矩值，并且通过根据先前转矩值的符号和目标转矩的增加/减少来设定和确定目标转矩的变化率，以此限制转矩变化。
在这种情况下，先前转矩值被确定为通过实时监测实际转矩而获得的值，并且例如被确定为通过每单位时间(替换地，在预定时间间隔处)对实际转矩进行采样而获得的值。
图4的转换速率限制器1将目标转矩的变化率设定为上升限值和下降限值，上升限值和下降限值是基于先前转矩值确定的转矩变化率。
转换速率限制器1可以被设计在用于控制HSG的电动机控制单元(MCU)或液压控制单元(HCU)中。
图5和图6是示出通过使用先前反馈的转矩值来设定目标转矩的变化率，即当前转矩值的变化率的方案的概念图。
参考图5和图6，上升限值和下降限值是基于实际转矩的先前转矩值确定的目标转矩的当前转矩值的变化率。特别地，上升限值是在目标转矩增加的区间中当前转矩值的变化率，并且下降限值是在目标转矩减少的区间中当前转矩值的变化率。
首先，在应用上升限值的目标转矩增加的区间中，如下设定和控制转矩变化率。
当从转换速率限制器1的输出侧反馈的实际转矩的先前转矩值具有负(-)值时，即，当目标转矩在目标转矩的绝对值减少的区间中具有负(-)值时(图3的A区间)，目标转矩的当前转矩值的变化率(即，上升限值)被设定为相对较大的值，以增加控制响应性能，并且当先前转矩值具有正(+)值时，即，当目标转矩在目标转矩的绝对值增加的区间中具有正(+)值时(图3的B区间)，目标转矩的当前转矩值的变化率(即，上升限值)被设定为相对较小的值，以防止传动带的耐久性劣化。
换句话说，在目标转矩增加的区间中，在先前转矩值具有负(-)值的情况下，与先前转矩值具有正(+)值的情况相比，目标转矩的变化率被设定为相对较大的值，从而控制当前转矩值。在这种情况下，通过设定为较大值的转矩变化率(即，上升限值)限制当前转矩值。
本文中，当前转矩值是在先前转矩值之后确定和输出的实际转矩值。
在应用下降限值的目标转矩减少的区间中，如下设定和控制转矩变化率。
当从转换速率限制器1的输出侧反馈的实际转矩的先前转矩值具有正(+)值时，即，当目标转矩在目标转矩的绝对值减少的区间中具有正(+)值时(图3的C区间)，目标转矩的当前转矩值的变化率(即，下降限值)被设定为相对较大的值，以增加控制响应性能，并且当先前转矩值具有负(-)值时，即，当目标转矩在目标转矩的绝对值增加的区间中具有负(-)值时(图3的D区间)，目标转矩的当前转矩值的变化率(即，下降限值)被设定为相对较小的值，以防止传动带的耐久性劣化。
换句话说，在目标转矩减少的区间中，在先前转矩值具有正(+)值的情况下，与先前转矩值具有负(-)值的情况相比，目标转矩的变化率被设定为相对较大的值，从而控制当前转矩值。在这种情况下，通过设定为较大值的转矩变化率(即，下降限值)限制当前转矩值。
另一方面，图7示出了转换速率限制器的内部计算方案。
参考图7，转换速率限制器被配置为通过接收目标转矩作为输入来确定和输出实际转矩，并且将首先输入的目标转矩与第一求和值进行比较以选择两个值中的较小值(替换地，最小值)，并且将选定的较小值(替换地，最小值)与第二求和值进行比较以选择两个值中的较大值(替换地，最大值)，以确定和输出选定的值作为实际转矩。
在这种情况下，输出的实际转矩被延迟预定时间(计算转矩变化率/转换速率时应用的单位时间)，且被反馈到第一求和单元2和第二求和单元3。
在这种情况下，由第一求和单元2计算的第一求和值是通过对上升限值和先前转矩值求和而得到的值，并且由第二求和单元3计算的第二求和值是通过从先前转矩值减去下降限值而得到的值。
因此，上述转换速率限制器1通过区分电气动力源的目标转矩的绝对值增加的区间和绝对值减少的区间，可变地控制目标转矩的变化率，并且例如，在电气动力源的目标转矩的绝对值减少的区间中，目标转矩的变化率被确定和控制为比目标转矩的绝对值增加的区间大的值。
换句话说，转换速率限制器1在电气动力源的目标转矩增加的区间中，将目标转矩具有负(-)值时的目标转矩的变化率控制和确定为比目标转矩具有正(+)值时的目标转矩的变化率大的值，并且转换速率限制器1在电气动力源的目标转矩减少的区间中，将目标转矩具有正(+)值时的目标转矩的变化率确定和控制为比目标转矩具有负(-)值时的目标转矩的变化率大的值。
通过转换速率限制器1和在其中具有转换速率限制器的目标转矩控制单元4可以实现可变地控制通过传动带连接到内燃机的电气动力源的转矩变化率的方法。
即，参考图4，作为限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制设备，可以构成如下电气动力源控制设备，其包括控制电气动力源的目标转矩的目标转矩控制单元4和布置在目标转矩控制单元4中的转换速率限制器1，从而可变地控制电气动力源的目标转矩的变化率。
目标转矩控制单元4根据由转换速率限制器1确定的目标转矩的变化率来限制电气动力源输出的实际转矩，并且例如，根据电气动力源的目标转矩的变化率确定的转矩指令被传输到电气动力源以控制电气动力源的输出转矩。
目标转矩控制单元4可以是安装在混合动力电动车辆中的控制单元中的一个，例如负责控制电气动力源的电动机控制单元(MCU)或液压控制单元(HCU)，并且例如，当液压控制单元(HCU)作为目标转矩控制单元4控制电气动力源的目标转矩时，液压控制单元(HCU)将用于控制目标转矩的指令传输到电动机控制单元(MCU)，以控制电气动力源的目标转矩。
本文中，电气动力源的目标转矩是如图3所示的具有负(-)值和正(+)值的方波形式的转矩，并且可以由用于控制电气动力源的转矩的电动机控制单元(MCU)或安装在混合动力电动车辆中的控制单元中的一个例如液压控制单元(HCU)等确定。
已经参考优选实施例详细描述了本发明。然而，本领域技术人员应当理解，在不偏离本发明的原理和精神的情况下，可以在这些实施例中进行改变，本发明的范围由随附权利要求及其等价物限定。

Claims (13)

1.一种用于限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制方法，其中通过区分电气动力源的目标转矩的绝对值增加的区间和绝对值减少的区间，控制目标转矩的变化率。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其中在目标转矩的绝对值减少的区间中，目标转矩的变化率被确定为比在目标转矩的绝对值增加的区间中的目标转矩的变化率大的值。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其中目标转矩是具有负(-)值和正(+)值两者的方波形式的转矩。
4.一种用于限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制方法，其中监测根据电气动力源的目标转矩的变化率确定的实际转矩，从而将该实际转矩反馈作为先前转矩值，并且基于所述先前转矩值和目标转矩的增减状态，确定目标转矩的变化率。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其中在目标转矩增加的区间中，先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率被确定为比先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率大的值。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其中在目标转矩减少的区间中，先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率被确定为比先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率大的值。
7.一种用于限制在混合动力电动车辆中通过传动带与内燃机连接的电气动力源的转矩的变化的控制设备，所述控制设备包括：
目标转矩控制单元，其控制电气动力源的目标转矩；以及
转换速率限制器，其被布置在所述目标转矩控制单元中，并且可变地控制目标转矩的变化率。
8.根据权利要求7所述的控制设备，其中所述转换速率限制器通过区分电气动力源的目标转矩的绝对值增加的区间和绝对值减少的区间，控制目标转矩的变化率。
9.根据权利要求8所述的控制设备，其中在目标转矩的绝对值减少的区间中，所述转换速率限制器将目标转矩的变化率确定为比在目标转矩的绝对值增加的区间中的目标转矩的变化率大的值。
10.根据权利要求7所述的控制设备，其中所述转换速率限制器监测根据电气动力源的目标转矩的变化率确定的实际转矩作为先前转矩值，并且基于所述先前转矩值和目标转矩的增减状态，确定目标转矩的变化率。
11.根据权利要求10所述的控制设备，其中在目标转矩增加的区间中，所述转换速率限制器将先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率确定为比先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率大的值。
12.根据权利要求10所述的控制设备，其中在目标转矩减少的区间中，所述转换速率限制器将先前转矩值具有正(+)值时的目标转矩的变化率确定为比先前转矩值具有负(-)值时的目标转矩的变化率大的值。
13.根据权利要求7所述的控制设备，其中所述目标转矩是具有负(-)值和正(+)值两者的方波形式的转矩。
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