CN107021093B - 混合动力电动车辆 - Google Patents

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Abstract

公开一种混合动力电动车辆。一种车辆包括牵引电池和电连接到牵引电池的电机。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：在牵引电池温度小于零华氏度时，在恒定加速踏板位置下变速器从第一挡位换挡到第二挡位的惯性阶段期间，改变电机的扭矩输出以抵消传递到传动系的惯性扭矩，从而保持车辆的恒定加速度。

Description

混合动力电动车辆
技术领域
本公开涉及混合动力电动车辆。
背景技术
混合动力传动系统包括发动机和电机。由发动机和/或电机产生的扭矩 (或功率)可以通过变速器传递到驱动轮以推进车辆。牵引电池向电机供应能量。
发明内容
根据一个实施例，车辆包括牵引电池和电连接到牵引电池的电机。车辆还包括控制器，控制器被配置为：在电池温度小于零华氏度时，变速器在恒定的加速踏板位置下从第一挡位换挡到第二挡位的惯性阶段期间，改变电机的扭矩输出以抵消传递到传动系的惯性扭矩，从而保持车辆的恒定加速度。
根据另一实施例，车辆包括结合到传动系的电机和控制器。控制器被配置为：响应于在牵引电池温度小于零华氏度时车辆制动，命令电机将再生扭矩施加到传动系，使得再生扭矩在电机的整个融合阶段以恒定速率增加，所述融合阶段在间隙阶段之后并且在稳态阶段处结束。
根据本发明的一个实施例，所述间隙阶段由预定义了扭矩变化率的时间段限定，并且所述间隙阶段包括车辆的动力传动系统的齿轮齿切换配合表面的时间段。
根据本发明的一个实施例，所述稳态阶段由控制器操作电机以保持恒定的再生扭矩的时间段限定。
根据本发明的一个实施例，再生扭矩在融合阶段期间的变化率比在间隙阶段期间的变化率大。
根据本发明的一个实施例，再生扭矩的量是基于电机的最小机械扭矩极限下的电机的功率损耗的。
根据本发明的一个实施例，车辆还包括发动机，其中，电机还包括轴，所述轴可操作地结合到传动系并使用离合器结合到发动机。
根据本发明的一个实施例，车辆还包括变速器，所述变速器具有可操作地结合到传动系并结合到所述轴的齿轮箱。
根据本发明的一个实施例，发动机、离合器、电机和变速器被布置为彼此串联。
根据又一实施例，车辆包括发动机和经由离合器选择性地结合到发动机的电机。车辆还包括控制器，控制器被配置为：响应于牵引电池温度小于零华氏度时请求启动发动机，接合离合器以启动发动机并且经由电机将扭矩施加到发动机，以在发动机启动期间保持车辆的恒定加速度。
根据本发明的一个实施例，响应于发动机启动请求被车辆驾驶员发起，控制器还被配置为基于电机的机械扭矩极限下的电机的功率损耗而施加扭矩。
根据本发明的一个实施例，响应于发动机启动请求被控制器发起，控制器还被配置为基于发动机启动时电机的扭矩输出下的电机的功率损耗和可校准的扭矩值的总和而施加扭矩。
根据本发明的一个实施例，可校准的扭矩值是使发动机转动起来所需的扭矩。
根据本发明的一个实施例，还包括变速器，其中，电机还包括轴，所述轴具有连接到离合器的第一端和可操作地结合到变速器的齿轮箱的第二端。
根据本发明的一个实施例，发动机、离合器和电机被布置为彼此串联。
附图说明
图1是示例性混合动力电动车辆的示意图。
图2是示例性电机的扭矩曲线图。
图3是根据在预期扭矩输出下计算马达损耗的控制策略的制动事件的再生扭矩曲线图。
图4是根据在当前扭矩输出下计算马达损耗的控制策略的制动事件的再生扭矩曲线图。
图5A至图5C分别是根据在当前扭矩输出下计算马达损耗的控制策略的变速器升挡期间的变速器输出轴扭矩、变速器输入轴扭矩以及发动机和电机扭矩的扭矩曲线图。
图6A至图6C分别是根据在预期扭矩输出下计算马达损耗的控制策略的变速器升挡期间的变速器输出轴扭矩、变速器输入轴扭矩以及发动机和电机扭矩的扭矩曲线图。
图7是根据本公开的一个实施例的控制策略的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅是示例，其它实施例可以采用各种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用实施例的代表性基础。如本领域内的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。
参考图1，根据本公开的实施例示出了混合动力电动车辆(HEV)10的示意图。图1示出了部件之间的代表性关系。部件在车辆内的实体布局(physical placement)和方位可以改变。HEV 10包括动力传动系统12。动力传动系统12包括驱动传动装置16的发动机14，传动装置16可以被称为模块化混合动力变速器(MHT)。如下面将进一步详细描述的，传动装置16包括电机(诸如连接到相关联的牵引电池20的电动马达/发电机(M/G)18)、变矩器22以及多阶梯传动比自动变速器或齿轮箱24。
发动机14和M/G 18都是用于HEV 10的驱动源。发动机14通常表示动力源，该动力源可以包括内燃发动机(诸如汽油、柴油或天然气驱动的发动机)或者燃料电池。当发动机14和M/G 18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机14产生发动机功率和供应到M/G 18的相应的发动机扭矩。 M/G 18可以由多种类型的电机中的任何一种实现。例如，M/G18可以是永磁同步马达。如下所述，电池20提供的直流电(DC)由电力电子器件进行调节以满足M/G 18的需要。例如，电力电子器件可以向M/G 18提供三相交流电(AC)。
当分离离合器26至少部分接合时，动力可以从发动机14流向M/G 18 或从M/G 18流向发动机14。例如，分离离合器26可以接合，并且M/G 18 可以作为发电机运转，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也可以分离以使发动机14与动力传动系统 12的其余部分隔离，使得M/G 18可以用作HEV 10的唯一驱动源。轴30延伸穿过M/G 18。M/G 18持续可驱动地连接到轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分接合时才可驱动地连接到轴30。
M/G 18经由轴30连接到变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分接合时，变矩器22连接到发动机14。变矩器22包括固定到轴30的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。变矩器22在轴30和变速器输入轴32之间提供液力耦合。当泵轮比涡轮旋转得更快时，变矩器22将动力从泵轮传递到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的大小通常取决于相对速度。当泵轮速度与涡轮速度之比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的倍数。变矩器旁通离合器34可被设置为当其接合时摩擦地或机械地连接变矩器22的泵轮和涡轮，从而允许更有效的功率传递。变矩器旁通离合器34可以作为起步离合器运转以提供平稳的车辆起步。可替代地或组合地，对于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器 34的应用，可在M/G 18和齿轮箱24之间设置类似于分离离合器26的起步离合器。在一些应用中，分离离合器26通常被称为上游离合器，而起步离合器34(可以是变矩器旁通离合器)通常被称为下游离合器。
齿轮箱24可以包括通过摩擦元件(诸如离合器和制动器(未示出))的选择性接合而被选择性地置于不同传动比以建立期望的多个离散或阶梯传动比的齿轮组(未示出)。摩擦元件可通过换挡计划进行控制，该换挡计划连接和断开齿轮组的某些元件以控制变速器输出轴38和变速器输入轴32之间的传动比。齿轮箱24基于各种车辆和环境工况而通过关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(PCU))从一个传动比自动换挡到另一个传动比。齿轮箱 24随后将动力传动系统输出扭矩提供至输出轴38。输出轴38可以连接到传动系37(例如，传动轴和万向节)，传动系37将输出轴38连接到差速器40。
应当理解，与变矩器22一起使用的液压控制的齿轮箱24仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；在本公开的实施例中使用从发动机和/或马达接收输入扭矩并且随后以不同的传动比向输出轴提供扭矩的任何多传动比齿轮箱都是可以接受的。例如，齿轮箱24可以通过自动机械式(或手动)变速器(AMT) 实现，该自动机械式变速器包括一个或更多个伺服马达以沿着换挡拨叉导轨平移/旋转换挡拨叉而选择期望的传动比。如本领域普通技术人员通常理解的， AMT可以在例如具有较高扭矩需要的应用中使用。
如图1的代表性实施例所示，输出轴38可连接到传动系37，传动系37 将输出轴38连接到差速器40。差速器40经由连接到差速器40的各个车桥 44来驱动一对车轮42。差速器向每个车轮42传递大约相等的扭矩，同时(例如当车辆转弯时)允许轻微的速度差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置将扭矩从动力传动系统分配到一个或更多个车轮。在一些应用中，例如，根据特定的操作模式或状况，扭矩分配可以变化。
动力传动系统12还包括相关联的控制器50，诸如动力传动系统控制单元(PCU)。虽然被示出为一个控制器，但是控制器50可以是较大控制系统的一部分，并且可以由整个车辆10中的多个其它控制器(诸如车辆系统控制器(VSC)和高电压电池控制器(BECM))进行控制。应当理解，动力传动系统控制单元50和一个或更多个其它控制器可以统称为“控制器”，其响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器以控制多个功能，诸如启动/停止发动机14、操作M/G18以提供车轮扭矩或对电池20充电、选择或计划变速器换挡等。控制器50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(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储器。KAM是持久性或非易失性存储器，其可用于在CPU掉电时存储各种操作变量。计算机可读存储装置或介质可采用多个已知的存储装置(诸如，PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪速存储器或能够存储数据 (这些数据中的一些代表由控制器使用来控制发动机、牵引电池、变速器或其它车辆系统的可执行命令)的任何其它电的、磁的、光学的或它们相结合的存储装置)中的任意存储装置来实现。
控制器经由可以实现为单个集成接口的输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和致动器通信，所述单个集成接口提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换以及短路保护等。或者，一个或更多个专用硬件或固件芯片可用于在特定信号被提供给CPU之前调节和处理所述特定信号。如图1 的代表性实施例中大体所示的，控制器50可以向发动机14、分离离合器26、 M/G 18、起步离合器34、变速器齿轮箱24和电力电子器件56发送信号和/ 或从它们那里接收信号。虽然没有明确地示出，但是本领域的普通技术人员将认识到，上述每个子系统内的各种功能或部件可以由控制器50控制。可以使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喷射正时、速率和持续时间、节气门位置、火花塞点火正时 (对于火花点燃式发动机)、进气/排气门的正时和持续时间、诸如交流发电机的前端附件驱动(FEAD)部件、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和起步离合器34的离合器压力以及变速器齿轮箱 24等。通过I/O接口的传感器通信输入可用于指示例如涡轮增压器的增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮速度(WS1和WS2)、车辆速度(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、排气含氧量(EGO) 或其它排气组分浓度或压力、进气流量(MAF)、变速器挡位、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)。
由控制器50执行的控制逻辑或功能可由一个或更多个附图中的流程图或类似的图表示。这些附图提供了可以使用诸如事件驱动、中断驱动、多任务和多线程等的一个或更多个处理策略来实现的代表性控制策略和/或逻辑。因此，所示的各个步骤或功能可以按照所示的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。尽管不总是明确地示出，但是本领域的普通技术人员将认识到，取决于所使用的特定处理策略，可以重复地执行所示出的步骤或功能中的一个或更多个。类似地，处理的顺序并非是实现本文所描述的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(例如控制器50)执行的软件中实现。当然，取决于特定的应用，控制逻辑可以在一个或更多个控制器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实现。当在软件中实现时，可以在一个或更多个计算机可读存储装置或介质中提供控制逻辑，所述计算机可读存储装置或介质具有表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或命令的存储数据。计算机可读存储装置或介质可以包括多个已知物理装置中的一个或更多个，所述物理装置利用电、磁和/或光存储器来保存可执行命令和关联的校准信息、操作变量等。
车辆驾驶员使用加速踏板52提供推进车辆所需的扭矩、动力或驱动命令。踏板52可以包括踏板位置传感器。通常，踩下和松开踏板52使踏板传感器产生加速踏板位置信号，所述信号可由控制器50分别解读为对增加动力的需求或减小动力的需求。至少基于来自踏板的输入，控制器50从发动机14和/ 或M/G 18命令扭矩。控制器50还控制齿轮箱24内的换挡正时以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或分离。类似于分离离合器26，变矩器旁通离合器34能够在接合位置和分离位置之间的范围内被调制。除了由泵轮和涡轮之间的液力耦合产生的可变打滑之外，这也在变矩器22中产生可变打滑。或者，取决于特定应用，变矩器旁通离合器34可以操作为锁止或打开，而不使用调节的操作模式。
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将发动机扭矩的至少一部分传输到M/G 18，然后从M/G 18通过变矩器22和齿轮箱24传输。当发动机14单独提供推进车辆所需的扭矩时，该操作模式可以被称为“发动机模式”、“纯发动机模式”或“机械模式”。
M/G 18可以通过提供额外的功率来使轴30转动而辅助发动机14。该操作模式可以被称为“混合动力模式”、“发动机-马达模式”或“电动辅助模式”。
为了利用M/G 18作为唯一动力源来驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离之外，动力流保持相同。在这段时间内可以禁用发动机14中的燃烧或以其它方式关闭发动机14以节省燃料。例如，牵引电池20通过线路54将储存的电能传输到可以包括逆变器和DC/DC 转换器的电力电子器件56。电力电子器件56将来自电池20的DC电压转换为M/G 18使用的AC电压。控制器50命令电力电子器件56将来自电池20 的电压转换为提供给M/G 18的AC电压，以向轴30提供正(例如驱动)或负(例如再生)扭矩。该操作模式可以称为“纯电动模式”、“EV(电动车辆) 模式”或“马达模式”。
在任何操作模式中，M/G 18可以用作马达并且为动力传动系统12提供驱动力。或者，M/G 18可以用作发电机并将来自动力传动系统12的动能转换成电能储存在电池20中。例如，当发动机14为车辆10提供推进动力时， M/G 18可以用作发电机。在再生制动期间(来自旋转的车轮42的旋转能量通过齿轮箱24回传并且转换为电能储存在电池20中)，M/G 18也可以用作发电机。
应当理解，图1中所示的示意图仅是示例性的并且不意在限制。可以考虑利用发动机和马达两者的选择性接合以通过传动装置进行传输的其它构造。例如，M/G 18可以相对于曲轴28偏移，可以提供额外的马达来启动发动机 14和/或M/G 18可以设置在变矩器22与齿轮箱24之间。在不脱离本公开的范围的前提下，可以考虑其它构造。
车辆10可以使用由发动机14、M/G 18或发动机和M/G的组合产生的扭矩向一个或更多个车辆部件提供扭矩。例如，通过发动机14和M/G 18的组合来满足驾驶员需求的用于推进车辆的扭矩。为了传递驾驶员需求的扭矩(或其它扭矩请求)，控制器50必须准确地预测发动机和M/G的可用扭矩以确保动力传动系统实际上能够传递所请求的扭矩。这对于M/G18比对于发动机 14更重要，因为M/G通常具有比发动机小的可用扭矩。
M/G 18的最大(也称为驱动扭矩和正扭矩)和最小(也称为再生扭矩和负扭矩)的扭矩极限是机械硬件极限和由于M/G电损耗而进行修正的可用电池功率的函数。因此，M/G18具有机械扭矩极限(在此称为“机械极限”) 和包括电损耗的电池功率极限(在此称为“电池极限”)。在任何给定的时刻， M/G 18可能取决于工况而受机械极限或电池极限限制。
M/G 18的机械极限(τm max和τm min)至少是M/G转速和电压的函数。参照图2，示出了示例性扭矩曲线60。y轴是扭矩，单位是牛顿米(Nm)，x 轴是M/G转速，单位是弧度/秒。对于第一范围的M/G转速62，示例性M/G 具有大致恒定的最大扭矩和最小扭矩。在第一范围的转速之后，最大扭矩和最小扭矩随着M/G转速的增大而大幅减小。车辆10可以将类似于扭矩曲线60的一个或更多个扭矩曲线存储在车辆存储器中存储的一个或更多个查找表中，并且在需要时从存储器检索扭矩数据。
电池极限(τb max或τb min)是牵引电池功率极限减去或加上M/G损耗的函数。电池功率极限至少是荷电状态(SOC)和电池温度的函数。电池功率极限可以存储在可由控制器50访问的一个或更多个查找表中。M/G损耗是 M/G扭矩的函数：随着M/G扭矩的增大，M/G损耗也倾向于增大。可分别使用等式1和等式2来计算最大电池极限和最小电池极限：
Figure BDA0001220130670000081
Figure BDA0001220130670000082
其中，PDchrg和PChrg分别是放电牵引电池功率极限和充电牵引电池功率极限，ω是M/G转速，fmap(τ,ω)或
Figure BDA0001220130670000091
是在当前M/G扭矩和转速下的M/G功率损耗。
最大M/G扭矩极限和最小M/G扭矩极限受机械极限或电池极限约束。等式3用于确定最大扭矩极限(τmax)，等式4用于确定最小扭矩极限(τmin)：
τmax＝minimum(τb max,τm max) (3)
τmin＝maximum(τb min,τm min) (4)
车辆10可以依靠来自M/G 18的扭矩来执行若干任务，包括发动机启动、变速器换挡期间的扭矩修正以及再生制动。在执行这些任务之前，控制器50 计算发动机14与M/G 18之间的扭矩分配(范围在100％M/G与100％发动机之间)。为了使燃料经济性最大化，控制器50可以从M/G 18请求最大的可用扭矩以减少发动机14的工作负荷。在执行任务之前的时间(即使是毫秒) 内计算扭矩分配。如果控制器50高估发动机或M/G的可用扭矩，则任务可能执行得不好或者根本不执行(即，失败的任务)。因此，控制器50准确地预测M/G的扭矩极限是重要的。M/G的可用扭矩的不准确计算在MHT动力传动系统(即，M/G和发动机位于将扭矩传递到阶梯传动比变速器的同一轴上的拓扑)中问题尤其严重，这是由于M/G具有比发动机少的可用扭矩，然而，M/G被要求执行通常由发动机处理的操作。保守地估计M/G损耗以计算M/G的可用扭矩不是可行的选择，因为其不必要地增大发动机的占空比并且降低M/G的电辅助的益处。为了使MHT动力传动系统的潜在益处最大化，指示M/G 18提供其最大可用扭矩极限，以减少发动机工作负荷。
MHT车辆与其它混合动力拓扑(例如功率分配)的不同之处在于M/G 扭矩极限通常远小于发动机扭矩极限。无论该扭矩差异如何，都期望和预期 M/G 18将执行通常由发动机14实现的动力传动系统操作(诸如在变速器换挡期间的扭矩调节)。为此，MHT车辆中的控制器50将试图使用M/G 18的接近最大(或最小)量的扭矩并基于该扭矩计算扭矩分配。在其它混合动力拓扑中，例如功率分配，发动机和马达的扭矩容量较为接近，并且计算覆盖每个操作的保守的马达扭矩极限就足够了。
由于M/G功率损耗是M/G扭矩的函数，因此M/G的功率损耗随着M/G 的扭矩输出的变化而动态地变化。由于在当前扭矩水平下的M/G损耗小于在未来扭矩水平下的M/G损耗，因此基于当前的M/G扭矩计算M/G功率损耗可能导致高估最大的M/G扭矩极限和低估最小的M/G扭矩极限。这导致M/G 无法提供先前计算的扭矩或者不能完全应用来自M/G的潜在可用的扭矩。如果M/G无法提供先前计算的扭矩或不能完全应用可用的M/G扭矩，则车辆操作(诸如发动机启动、换挡期间的扭矩修正以及再生制动)将不能令人满意地执行或根本不执行。如上所述，保守地估计所述功率损耗不是可行的选择。因此，控制器50必须基于预期扭矩极限下将存在的功率损耗而准确地计算未来事件的M/G的预期扭矩极限。
下文是三个示例性任务，着重示出与扭矩极限的高估相关联的问题。第一示例是在再生制动期间，第二示例是在变速器换挡修正期间，第三示例是在发动机启动期间。
参照示例一，在再生制动期间，M/G 18作为发电机运转并且将负扭矩(即，沿着与曲轴旋转相反的方向)施加到轴30，以将传动系的动能转换为用于对牵引电池20再充电的电能。响应于车辆制动，控制器50计算M/G 18与摩擦制动器之间的制动分配。
图3示出了在准确预期M/G扭矩极限时的M/G 18和摩擦制动器的扭矩曲线图。y轴是扭矩，x轴是时间。在时间T1之前，车辆正沿着道路向前移动，并且M/G供应稳态正扭矩70。响应于车辆制动，控制器50计算M/G 18 与摩擦制动器之间的制动力占空比分配。在时间T1处，应用摩擦制动器并且 M/G 18开始从提供正扭矩转变到提供负扭矩。M/G扭矩曲线图包括在正扭矩稳态阶段70与负扭矩稳态阶段74之间限定的转变区域72。虽然M/G从正扭矩稳态阶段70快速切换到负扭矩稳态阶段74，但是转变区域72内的扭矩变化率不是恒定的。为了防止在M/G从正扭矩切换到负扭矩时的剧烈齿轮冲击 (harsh gear lash)，转变区域72包括间隙(lash)阶段76和融合(blend-in) 阶段78。间隙阶段76由预定义了扭矩变化率的时间段限定并包括车辆的动力传动系统的齿轮齿切换配合表面的时间段。在示出的曲线图中，间隙阶段开始于时间T2处并结束于时间T3处。相比于在稳态阶段之间连续地提供连续高的扭矩变化率的情况，在间隙阶段76期间减小的扭矩变化率允许齿轮以更柔和的方式退出啮合以及重新啮合。融合阶段78限定在间隙阶段76和负扭矩稳态阶段74之间。融合阶段78开始于间隙阶段的结束处(时间T3)并且结束于稳态阶段的开始处(时间T4)。融合阶段78期间的扭矩变化率远大于间隙阶段76期间的扭矩变化率。理想地，融合阶段78期间的扭矩变化率是恒定的。本文使用的术语“恒定”应被解释或理解为是指在命令值的3％内。注意：图表的数字仅是示例而非限制。
图4示出了在基于当前的M/G扭矩计算M/G扭矩极限时的M/G和摩擦制动器的扭矩曲线图。图4着重示出这种控制策略的一些潜在缺陷。在图4 的示例中，牵引电池小于或等于零华氏度。在时间T1之前，车辆正沿着道路向前移动，并且M/G供应稳态正扭矩90。响应于在时间T1处的车辆制动，控制器计算M/G与摩擦制动器之间的扭矩分配。
例如，在时间T1处，控制器确定驾驶员正在请求120Nm的总制动扭矩。为了使可能的再生制动最大化，控制器尝试利用M/G提供尽可能多达120Nm 的制动扭矩。M/G的再生制动扭矩容量受到M/G的机械扭矩极限或电池功率扭矩极限限制。在许多工况下，机械极限和电池极限是类似的值，然而，在该示例中，电池处于或低于0°F，这使电池极限(τb min)大于(即绝对值较小的负值)机械极限(τm min)。如上所述，使用等式2计算τb min。在该示例中，控制器在时间T1处使用50Nm的当前M/G扭矩进行计算。通过使用当前的 M/G扭矩(50Nm)计算电池极限，控制器确定M/G可以提供-60Nm的扭矩并为摩擦制动器分配-60Nm的扭矩。
图4示出了对于示例性制动事件的计算的M/G扭矩、实际的M/G扭矩和摩擦制动器扭矩。由于以当前的M/G扭矩(50Nm)计算电池极限还不是以预期的扭矩计算电池极限，因此捕获到电池中的功率量没有被最大化。进入电池的实际功率小于电池充电极限。这是因为M/G损耗随着绝对值的M/G 扭矩从50Nm增大到60Nm而增大。一旦M/G扭矩减小超过-50Nm，M/G 损耗将超过用于计算期望的-60Nm的M/G扭矩的损耗。这导致M/G请求扭矩的低估。在T4处，控制器使用当前的马达扭矩(-60Nm)重新计算电池极限，并且确定M/G可以提供-70Nm的扭矩并且为摩擦制动器分配-50Nm的扭矩。这导致融合阶段96具有多个变化率，与融合阶段78(从开始到结束具有恒定的变化率)不同。
在时间T1处，应用摩擦制动器，并且M/G开始从提供50Nm的正扭矩转变到提供-70Nm的负扭矩(计算的稳态扭矩阶段100)。M/G扭矩曲线图 91包括限定在正扭矩稳态阶段90与负扭矩稳态阶段之间的转变区域93。转变区域93包括类似于图3的间隙阶段76的间隙阶段94。转变区域93还包括限定在间隙阶段94与稳态阶段之间的融合阶段96。理想地，融合阶段具有恒定的扭矩变化率。但是，在图4的示例中，融合阶段96包括具有第一扭矩变化率的第一段97和具有第二扭矩变化率的第二段98。第一段97发生在时间T3和T4之间，第二段98发生在时间T4和T5之间。第一段97匹配所计算的融合阶段，融合阶段被计算为在间隙阶段94的结束与稳态阶段100的开始之间延伸。在时间T4开始，使用当前M/G损耗计算M/G请求的扭矩导致从M/G获得较少的请求扭矩。当控制器基于改变中的M/G扭矩损耗来调节所请求的M/G扭矩时，扭矩的变化率减小到由第二段98所示的扭矩变化率。第二段98(以及整个融合阶段)在M/G达到其极限时结束，这标志着稳态阶段100的开始。响应于M/G扭矩输出的减小(即绝对值较大的负值)，控制器对摩擦制动扭矩92进行调节106以考虑M/G再生扭矩的变化。虽然控制器能够调节摩擦制动扭矩以弥补计算错误的M/G再生扭矩，但是在调节期间车辆驾驶员可能会感觉到降低的制动性能。这可能是不令人满意的。
比较图3和图4，可以看出，基于预期的M/G扭矩(对比当前的M/G扭矩)计算扭矩极限允许恒定的摩擦制动扭矩。融合阶段具有恒定的变化率，并且不具有调节段。这可以向驾驶员提供更令人满意的制动感觉。在图3的示例中，牵引电池处于或低于0°F。响应于车辆制动，控制器确定驾驶员请求120Nm的制动扭矩。不是在50Nm的当前扭矩下计算M/G极限，而是在预期的M/G扭矩下计算M/G极限。预期的M/G扭矩可以是最小扭矩极限，由于使用M/G提供尽可能多的制动是有利的。控制器随后基于最小扭矩计算 M/G损耗，并且准确地确定M/G可以提供-70Nm的扭矩。控制器随后为摩擦制动器分配-50Nm的扭矩。
准确地确定M/G极限也适用于操作变速器。在具有阶梯传动比变速器的车辆中，通常期望在换挡到较高挡位时减小到变速器输入轴的扭矩。该事件被称为升挡扭矩减小。在换挡期间减小输入扭矩抵制惯性扭矩，否则该惯性扭矩将对驾驶员造成明显的干扰(例如车辆的加速)。在传统车辆中，通过延迟发动机点火(汽油发动机)或减少燃料(柴油发动机)来实现升挡扭矩减小。在混合动力车辆(诸如HEV 10)中，两个动力源(例如，发动机和M/G)被附连到变速器的输入。这些动力源中的任一个能够用于执行扭矩减小命令，因此控制器必须确定使用哪个动力源以及以多少量来实现升挡扭矩减小。
在许多情况下，可能期望使用M/G来执行不超过M/G极限的扭矩减小命令，然后如果扭矩减小命令超过M/G扭矩极限，则使用发动机来对M/G 进行补充。与上述示例类似，在一些情况下，基于当前操作扭矩计算扭矩极限导致低估扭矩极限并且无法使用所有的可用M/G扭矩来提供所请求的扭矩。当这种情况发生时，车辆的恒定加速度不能在整个换挡期间被保持。
图5A至图5C示出了在变速器从第一挡位升挡到第二挡位期间各种车辆部件的扭矩曲线图。应当理解，图5A至图5C的教导适用于任何类型的升挡 (诸如第三挡位升挡至第四挡位)，并且不限于1挡至2挡的换挡。这里使用的术语“第一挡位”是指变速器中具有最高传动比的挡位，术语“第二挡位”是指变速器中具有第二高传动比的挡位。在该示例中，基于当前的M/G扭矩计算M/G扭矩极限。图5A至图5C着重示出了这些控制策略的一些潜在缺陷。在该示例中，牵引电池组小于或等于零华氏度。
时间T1标志着1挡到2挡的换挡的开始。在时间T1和T2之间的是换挡的扭矩阶段，其间，即将分离的离合器的压力减小，并且即将接合的离合器的压力增大。惯性扭矩随着传动比的变化而释放。时间T2标志着惯性阶段的开始，时间T3标志着惯性阶段的结束。在时间T2处，控制器将发出扭矩减小命令，请求减小的输入轴扭矩以抵消惯性扭矩。在时间T2之前，扭矩减小命令是未激活的并且可以保持在范围外的值。扭矩减小命令在整个惯性阶段被保持，并且在时间T3处被停用，在该时间点输入轴扭矩被增大到第二挡位中期望的水平。
如上所述，减小的输入轴扭矩可以由M/G和/或发动机供应。如果可能，使用M/G而不是发动机来减小输入轴扭矩是有利的。只要所需的扭矩减小不超过M/G极限，M/G就能够单独供应扭矩减小。在时间T1处，换挡开始，并且控制器计算抵消惯性扭矩所需的扭矩减小。在该示例中，控制器使用当前扭矩水平来计算损耗，并且确定M/G不能单独提供所需的扭矩减小并计算 M/G与发动机之间的分配。由于控制器在当前扭矩下计算损耗而不是在预期扭矩下计算损耗，所以控制器低估M/G的最小扭矩极限。在时间T2处，M/G 开始向变速器输入轴提供负扭矩，并且根据扭矩减小命令延迟发动机的点火。随着M/G提供额外的扭矩，损耗增加，并且在时间T4处，控制器确定M/G 可以提供更多的负扭矩，并相应地重新计算扭矩减小命令。在时间T5处， M/G增大(绝对值更大的负值)到实际的马达极限，并且发动机扭矩相应地增加。由于重新调节由发动机和M/G提供给输入轴的扭矩分配，所以输出轴上的扭矩波动110刚好发生在时间T2之后。与适当执行的换挡(其中车辆的加速度在整个换挡期间恒定)不同，控制器无法准确预测M/G扭矩使车辆加速。
图6A至图6C示出了变速器16的1挡到2挡升挡期间的各个扭矩。所述换挡开始于时间T1并结束于时间T3。扭矩阶段被限定在时间T1和T2之间，惯性扭矩阶段被限定在时间T2和T3之间。在该示例中，在预期扭矩水平下计算M/G损耗，而不是在当前扭矩水平下计算M/G损耗。通过这样做，控制器准确地确定M/G扭矩极限并计算发动机14与M/G 18之间的扭矩分配。在时间T2处，控制器向M/G 18和发动机14二者发送扭矩减小命令直到时间 T3为止，惯性扭矩阶段在时间T3处结束。
比较图5B和图6B，图5B包括在112处意外增大的输入扭矩，而图6B 不包括。在图6A至图6C的示例中，输入轴扭矩减小到恒定的减小的扭矩114，扭矩 114在整个惯性阶段保持在恒定(或接近恒定)值。因此，在输出轴扭矩中不出现波动(比较图5A和图6A)，并且车辆在整个换挡中保持恒定的加速度。
准确地确定M/G极限还适用于启动发动机。在一些实施例中，车辆10 可以包括用于启动发动机14的专用的启动马达。这里，启动马达可以由辅助低电压电池供电。但是，在其它实施例中，M/G 18可以用于启动发动机14。 M/G 18可以通过接合离合器26并将扭矩从M/G 18施加到发动机14的曲轴来启动发动机14以使发动机转动起来(turnover)。发动机14具有阈值扭矩 (τeng)，该阈值扭矩(τeng)表示使发动机转动起来所需的最小扭矩。为了启动发动机14，M/G 18必须能够至少提供τeng。在启动发动机之前，车辆10 以纯电动模式运转，在该模式中M/G 18供应驾驶员所请求的所有扭矩。为了具有平稳的发动机启动，M/G 18必须不仅能够提供驾驶员需求的扭矩，而且还能够提供τeng。如果驾驶员需求的扭矩与τeng超过M/G极限，则车辆将在离合器26接合时减速，这导致不令人满意的驾驶体验。在一些情况下，如果控制器基于当前的M/G扭矩计算M/G极限，则控制器可能高估M/G极限，并且M/G可能无法传递所计算的扭矩，从而导致类似于如上所述的驾驶体验。为了避免这种不令人满意的操作，控制器可以基于预期的M/G扭矩下的损耗来计算M/G极限。这确保了M/G能够提供计算的扭矩。
例如，在时间T1处，车辆10以纯电动模式运转，并且电机18当前正在提供用于推进车辆的所有扭矩。牵引电池20处于或小于0°F。在时间T2处，驾驶员增大他的扭矩请求，并且作为响应，控制器确定M/G 18能否提供所请求的扭矩或者是否必须启动发动机14。在该示例中，M/G 18被用于通过接合离合器26来启动发动机14。因此，控制器必须将驾驶员需求扭矩与τeng(例如120Nm)相加以确定是否必须启动发动机14。控制器可以通过将最大M/G 扭矩与驾驶员需求的扭矩加上τeng的总和进行比较来确定是否必须启动发动机14。最大M/G扭矩不是恒定值并且基于许多参数而变化。特别是对于该示例，最大M/G扭矩基于电功率损耗而变化。如上所述，功率损耗随着M/G 扭矩增大而增大：错误计算功率损耗可能产生对最大M/G扭矩的高估，从而导致在发动机启动期间的车辆减速。如果车辆10根据本公开的一个实施例进行操作的，则在时间T2处控制器基于电池极限下的功率损耗而计算最大M/G 扭矩，并且准确地确定最大M/G扭矩(例如220Nm)。相比之下，在当前扭矩水平下计算电功率损耗的车辆将高估最大M/G扭矩(例如240Nm)。如果在时间T2处驾驶员需求的扭矩为225Nm，则由于225Nm的所需扭矩超过 220Nm的最大M/G扭矩，所以控制器(根据本公开的一个实施例进行操作) 将启动发动机。但是，由于高估的最大的M/G扭矩，控制器基于当前M/G 扭矩计算损耗将试图仅使用M/G提供扭矩。这里，由于225Nm超过220Nm 的实际最大M/G扭矩，因此M/G将无法提供驾驶员需求的转矩。此外，M/G 没有留下任何用于启动发动机的扭矩容量。因此，准备用于驱动轮的扭矩必须被发送到发动机，使车辆在发动机启动期间减速，而根据本公开的一个实施例操作的车辆将在发动机启动期间保持车辆的恒定加速度。
本公开的实施例涉及用于操作M/G 18和其它相关联部件的控制策略或算法。图7是用于操作三种不同类型的车辆模式的流程图200：i)发动机启动，ii)再生制动，以及iii)用于变速器换挡的扭矩修正。在操作202处，控制器50从电池模块接收充电功率极限和/或放电功率极限。充电极限和放电极限由电池模块计算并且至少是电池荷电状态和电池温度的函数。在操作204 处，控制器从马达控制单元接收M/G机械扭矩极限(τm max和τm min)。在操作206处，控制器确定发动机是否正在启动。如果发动机正在启动，则控制进行至操作208，并且控制器确定发动机启动是由驾驶员引发的启动还是由系统引发的启动。驾驶员引发的启动可以相对地响应于驾驶员扭矩请求、踩下加速踏板或功率请求。系统引发的启动可以是响应于低电池SOC、车厢加热、催化转化器温度或需要发动机运行的任何其它操作的。
如果是驾驶员引发的启动，则控制进行至操作210，并且基于最大机械扭矩极限加上可校准值来计算电功率损耗。可校准值的包括是可选的。可校准值(如果包括)考虑部件间的变化和/或在计算中提供误差余量。电功率损耗是M/G扭矩的函数：功率损耗通常随着M/G扭矩增大而增大。电功率损耗可以被配置为存储在存储器中的一个或更多个映射图。在操作210期间，控制器检索和/或接收最大机械扭矩极限下的电功率损耗值。在操作214处，通过使用等式1，控制器使用来自操作202的充电功率极限和来自操作210 的电功率损耗值计算τb max。接下来，控制进行至操作216，并且控制器使用等式3来确定可用的最大M/G扭矩。
如果是电池模块引发的启动，则控制进行至212处。与驾驶员引发的启动不同，对于电池引发的启动，控制器基于当前驾驶员需求加上可校准值的总和来计算电损耗。可校准值包括启动发动机所需的额定扭矩，并且可选地包括额外的误差余量。然后，在操作214处和216处，控制器分别使用等式 1和等式3来计算τb max和τmax。
如果在操作206处发动机未启动，则控制进行至操作218，并且控制器确定再生制动是否正在被请求。控制器可以通过监测制动踏板的踏板位置或基于来自制动控制单元的扭矩请求来确定再生制动是否正在被请求。如果再生制动正在被请求，则控制进行至操作220，并且控制器基于最小机械扭矩极限加上可选的可校准值计算电损耗。如上所述，控制器通过从存储在存储器中的映射检索数据来确定电损耗。然后，在操作214处和216处，控制器分别使用等式2和等式4来计算τb min和τmin。
如果在操作218处再生制动未被请求，则控制进行至操作222，并且控制器确定用于换挡的扭矩修正是否正在被请求。在操作224处，控制器计算电损耗。如果变速器升挡，则基于最小机械扭矩极限来计算电损耗。如果变速器降挡，则基于最大机械扭矩极限来计算电损耗。如上所述，控制器通过从存储在存储器中的映射检索数据来确定电损耗。在操作214处和216处，控制器分别使用等式2和等式4来计算τb min和τmin，或者分别使用等式1和等式3来计算τb max和τmax。
如果在操作222处变速器没有换挡，则控制进行至操作226，并且控制器基于当前的M/G机械扭矩计算电损耗。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机，或者通过处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可通过控制器或计算机执行的数据和命令，其中，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、RAM装置和其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法也可以在软件可执行对象中被实现。可选地，可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或硬件、软件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并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为描述性词语而非限制，并且应理解在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以做出各种改变。如前所述，可以组合各个实施例的特征以形成本发明未明确描述或说明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已经被描述为提供优点或者就一个或更多个期望特性来说优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，为了达到期望的整体系统属性，可以对一个或更多个特征或特性进行折衷。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、易组装性等。因此，在某种程度上被描述为在一个或更多个特性上不如其它实施例或现有技术实施方式合意的任何实施例并不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定的应用。

Claims (8)

1.一种车辆，包括：
牵引电池；
电机，电连接到牵引电池；和
控制器，被配置为：在牵引电池温度小于零华氏度时，在恒定的加速踏板位置下变速器从第一挡位换挡到第二挡位的惯性阶段期间，基于电机的机械扭矩极限下的电机的功率损耗而改变电机的扭矩输出以抵消传递到传动系的惯性扭矩，从而保持车辆的恒定加速度。
2.根据权利要求1所述的车辆，还包括变速器，所述变速器具有通过传动系可操作地结合到差速器的齿轮箱，其中，电机还包括轴，所述轴具有通过离合器连接到发动机的第一端和可操作地结合到变速器的输入轴的第二端。
3.根据权利要求1所述的车辆，还包括选择性地结合到电机的发动机。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为根据所述电机的最小可用扭矩而延迟发动机的点火，所述电机的最小可用扭矩是基于电机的机械扭矩极限下的电机的功率损耗的。
5.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述发动机、离合器、电机和变速器彼此机械地串联。
6.一种车辆，包括：
电机，结合到传动系；和
控制器，被配置为：响应于牵引电池温度小于零华氏度时车辆制动，命令电机向传动系施加再生扭矩，使得再生扭矩在电机的整个融合阶段以恒定速率增加，所述融合阶段在间隙阶段之后并在稳态阶段处结束，其中，再生扭矩的量是基于电机的最小机械扭矩极限下的电机的功率损耗的，
所述间隙阶段由预定义了扭矩变化率的时间段限定，并且所述间隙阶段包括车辆的动力传动系统的齿轮齿切换配合表面的时间段，
所述稳态阶段由控制器操作电机以保持恒定的再生扭矩的时间段限定。
7.一种车辆，包括：
发动机；
电机，经由离合器选择性地结合到发动机；和
控制器，被配置为：响应于在牵引电池温度小于零华氏度时发动机启动请求被车辆驾驶员发起，接合所述离合器以启动发动机并基于电机的最大机械扭矩极限下的电机的功率损耗而经由电机向发动机施加扭矩，从而在启动发动机期间保持车辆的恒定加速度。
8.根据权利要求7所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于在牵引电池温度小于零华氏度时发动机启动请求被所述控制器发起，基于当前驾驶员需求和可校准的扭矩值的总和而施加扭矩。
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