CN107074239A - 用于控制传动系的状态变化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于控制车辆的传动系的状态变化的方法，所述传动系将至少一个热机和/或一个电动机经由变速器连接至所述车辆的车轮，所述变速器根据一个或多个齿轮比提供从所述热机和/或从所述电动机至所述车轮的扭矩传递，其特征在于，对从所述当前状态(E_crt)切换至目标状态(E_cib)的授权取决于所述车辆在中间状态(E_itr)的加速度减小，所述中间状态在所述当前状态(E_crt)与所述目标状态(E_cib)之间的过渡期间造成所述车辆的较低加速度。
Description
技术领域
本发明涉及在动力系计算单元中实现的控制策略。
背景技术
发现动力系的优选但非限制性应用包括至少一个内燃机和一个电牵引机。
更确切地，本发明的目的是一种用于控制车辆传动系的状态变化的方法，所述车辆传动系将至少一个内燃机和/或一个电机经由变速器连接至车辆的车轮，所述变速器根据一个或多个齿轮比将扭矩从内燃机和/或电机传递至车轮。
这些状态由耦合器和减速器的各种组合定义，以便根据一个或多个齿轮比将扭矩从内燃机和/或电机传递至车轮。因此传动系的状态可以由请求的耦合器和减速器的组合来限定。传动系的状态目标旨在优化动力系的操作点。在内燃动力系中，可以通过将输入离合器在发动机与变速箱之间的比率和位置(打开或关闭)进行接合来对传动系状态进行简单地限定。在混合动力系上，由于其必须对能够经由与内燃机相同的轴或经由另一个轴来推进车辆的一个或多个电机的状态进行整合，因此其定义必须更加复杂。
在混合动力车辆上，车辆的声学行为尤其取决于电功率与内燃功率之间的分配。与动力系的性能关联的声振粗糙度还取决于牵引用蓄电池的电荷状态，因为当所述牵引用蓄电池已放电后仅内燃机是可用的。最后，确定功率分配的能量管理规则在每个操作点处遵守减少消耗和污染的约束。类似地，传动系的最佳状态的分类也必须考虑蓄电池的电荷状态。
内燃车辆与混合动力车辆的传动系也显著不同：
-在混合动力车辆上，内燃机不是发动机功率的唯一来源。
-针对相同的功率需求，存在由内燃机递送的功率和由(多个)电机递送的功率的多种可能组合；
-取决于所设想的技术定义，来自电机的功率穿过或者不穿过所述变速器；
-混合动力系的静态和动态最大/最小限制取决于蓄电池的电荷状态并且因此随时间变化；
-电牵引模式或ZEV(零排放车辆)牵引模式通过与内燃机的离散的比率相同的令牌来结合传动系的一个或多个特定状态。
一般而言，声学现象、声振粗糙度以及还有消耗和污染的减少水平提出对混合动力车辆的特定约束。针对相同的操作点(速度、发动机功率)，动力系的声学水平取决于电功率与内燃功率之间的分配，电动机更加安静。与动力系的性能关联的声振粗糙度取决于蓄电池的电荷状态。如果该蓄电池已充电，则可以同时使用由电动机递送的功率和由内燃机递送的功率。如果该蓄电池已放电，则由于可获得能量的唯一来源是内燃机，因此可获得的总功率减少，性能也可能降低。最后，在能量管理规则中考虑减少消耗和污染的需求，所述能量管理规则在每个混合状态中根据蓄电池的电荷状态来建立由内燃机递送的功率与由电动机递送的功率之间的分配。
此外，取决于混合体系结构的类型，发动机功率源可以采用各种配置安装在车辆中。例如，(多个)电机与后车轮、曲轴、变速箱的副轴等相关联。然而，任何混合动力车辆的传动系的状态被限定为经由或不经由变速器的这些牵引单元的以多个比率的组合。因此从当前传动系状态Z可以采用不同方式到达两种目标状态X和Y。状态变化是由变速器的不同机械变化引起的，例如：
·在不改变内燃机的比率的情况下耦合电机，
·在维持电机的比率的情况下改变内燃机的比率，
·在没有内燃机情况下改变电机的比率等。
相应地，取决于目标状态X或Y或根据受变速器影响的机械变化，从当前状态Z的变化可以在车轮处对扭矩进行完全中断，在车轮处降低扭矩的水平或者不降低扭矩的水平。通过显著的意料之外的加速度减小，驾驶员及其乘客在声振粗糙度方面不利地感知到在状态变化期间在车轮处的扭矩减小或中断并且性能降低(如，车辆的“活力(Brio)”)。
例如，如公开WO2012131259中所描述的，在混合变速器上遇到这一问题。这一问题以以下方式展示在图1中，其中，示出了针对变速器的不同动力学模式的最大加速度曲线。如果考虑在此简图中在操作点1处传动系的当前状态是被称作ZEV 1的电比率，并且车辆已经到达其在那个状态中的最大速度，则所述变速器必须切换到另一个传动系状态以便处理与点1相关联的声振粗糙度约束以及车辆的能量优化。从点1开始，分别对应于第一混合比率、内燃比率、第二混合比率以及另一个电比率的被称作HYB 23、TH 2、HYB 33和ZEV 3的状态从声振粗糙度的视角来看是可容许的。然而，一旦建立，它们就提供不同的服务。此外，可以实现到HYB23和TH 2的变化而不中断或减小车辆的加速度，而到ZEV 3和HYB 33的变化导致车辆的加速度显著减小，因为产生那些状态涉及经过变速器的空挡状态，所述空挡状态涉及扭矩在车轮处的完全中断。如果能量优化标准需要ZEV 3或HYB 33状态，则变化到那些状态之一的服务将由于扭矩的中断而被降级，而到其他两个传动系状态的变化将提供更好的客户服务以及更好的车辆性能。
在这种背景下，目的在于防止一种传动系状态，所述传动系状态根据与其服务关联的标准有资格被建立但是涉及对被选择为目标而言不可容忍的车辆加速度减小或者车辆加速度的完全中断。
发明内容
本发明旨在防止进入会造成车辆加速度的极大减小的传动系状态。通过禁止造成车辆加速度的减小或中断超过确定阈值的任何状态变化来实现这一目标。
为此，本发明提出对从当前状态到目标状态的变化的授权取决于车辆在中间状态的加速度减小，所述中间状态在当前状态与目标状态之间的过渡期间造成车辆的最低加速度。
优选地计算在过渡之前在当前比率下的有效操作点与中间状态中的有效操作点之间车辆加速度的差异。
根据本发明的一个优选实施例，对中间状态中加速度减小的计算取决于传动系的当前状态、对阻力的估计、驾驶员的车轮处的目标力或扭矩以及当前状态中和中间状态中可以实现的最大力。
此方法可应用于配备有自动变速器的所有内燃、混合以及电动车辆，无论是否具有牵引扭矩的部分或完全中断以及是否具有传动系的至少两种不同状态。
附图说明
参照附图阅读对本发明的非限制性实施例的以下说明将更好地理解本发明，在附图中：
-图1通过示例的方式展示了所遇到的问题，
-图2是本发明的方法的流程图，
-图3和图4阐述了所述流程图的两个子部分，以及
-图5展示了所述方法对所例举的示例的应用。
具体实施方式
本发明的方法控制车辆传动系的状态变化，所述车辆传动系将至少一个内燃机和/或一个电机经由变速器连接至车辆的车轮，所述变速器根据一个或多个齿轮比将扭矩从内燃机和/或电机传递至车轮。根据由过渡造成的车辆加速度的减小，所述方法被分解为导致禁止或授权传动系从当前状态E_crt切换至目标状态E_cib的多个步骤。这一策略以相同的方式应用于传动系的所有潜在目标状态。然而，如果所考虑的目标状态对应于当前状态，则维持所述状态不经受这一策略。
第一步骤在于对从当前状态E_crt切换至目标状态E_cib的基本数据进行限定。这是造成那两种状态之间的最低车辆加速度的中间状态E_itr。在多数情况下(但并非总是)，尤其如果变速器导致了扭矩的完全中断，则这是变速器的空挡位置；在其他情况下，如果在过渡期间仅存在扭矩的部分中断或无中断，则这是在过渡期间提供最小扭矩的状态。根据本发明，对从当前状态切换至目标状态的授权取决于车辆在中间状态E_itr的加速度减小，所述中间状态在当前状态E_crt与可用目标状态E_cib之间的过渡期间造成车辆的最低加速度。
第二步骤的目的是计算由从状态E_crt切换至状态E_cib造成的车辆加速度的减小。这一减少首先取决于在切换之前和切换期间的加速度并且因此取决于施加至车辆的力。那些力是施加至车辆的总阻力F_res、切换之前车轮处被称作F_trac_crt的牵引力、以及变化期间车轮处被称作F_trac_itr的牵引力。牵引力F_trac_itr是牵引力目标F_tgt与中间状态E_itr中最大可能力之间的最小力。以类似的方式，力F_trac_crt是牵引力目标F_tgt与当前状态E_crt的最大可能力之间的最小力。
在第二步骤期间，计算在过渡之前在当前比率E_crt处的有效操作点与中间状态E_itr中的有效操作点之间的车辆加速度的差异。在中间状态中加速度的减小取决于传动系的当前状态E_crt、对阻力F_res的估计、驾驶员的车轮处的目标力或扭矩F_tgt以及当前状态中和中间状态中的最大力F_trac_crt和F_trac_itr。
第二步骤的排序如下：
a)计算在过渡之前使车辆加速的力(F_accel_crt)，所述力等于牵引力(F_trac_crt)减去所有阻力(F_res)，
b)根据车辆的惯性和力F_accel_crt来计算变化之前的有效加速度(Accel_crt)(Accel_crt＝F_accel_crt/车辆_惯性)，
c)计算在过渡期间使车辆加速的力(F_accel_itr)：这个力是从所有阻力F_res中减去牵引力F_trac_itr，
d)根据车辆的惯性和所述力F_accel_itr计算切换期间的有效加速度Accel_itr(Accel_itr＝F_accel_itr/车辆_惯性)，
e)计算由从E_crt至E_cib的过渡造成的车辆加速度的减小：Accel_dif＝Accel_crt-Accel_itr。
将当前状态与中间状态之间的加速度差异与取决于当前状态(E_crt)和目标状态(E_cib)的最大授权加速度减小阈值(Accel_dif_max_aut)进行比较。第三步骤在于对最大授权车辆加速度减小阈值Accel_dif_max_aut进行限定。这一阈值取决于状态E_cib和E_crt，并且表示目标状态中所容忍的最大加速度减小。
此顺序中的第四和最终步骤在于判定是否授权或禁止传动系的目标状态。如果加速度差异Accel_dif大于阈值Accel_dif_max_aut，则禁止从当前状态E_crt到目标状态E_cib的过渡。如果所述差异小于或等于此相同阈值，则授权所述过渡。
最后，采用时间延迟来防止可能由这一策略的应用造成的连续状态变化。具体地，当刚刚已经进行了到状态A的变化、而非在未应用所述方法的情况下本会选择的到状态B的变化，则暂时禁止到所述状态B的过渡，即使此后从状态A的所述过渡被授权。这一禁止维持了时间延迟，其持续时间可被参数化。换句话说，在时间延迟期间暂停从当前状态A到目标状态B的过渡，所述过渡在已经进行了先前到状态A的过渡时被搁置但将会从状态A被授权。
图5重复了图1的加速度曲线。考虑到两个当前操作点1和点2在当前状态HYB 11中，下表展示了用于在点1(表1)处和在点2(表2)处切换至目标状态ZEV 3和HYB 21的方法的应用。
表1
表2
| 案例 | 1 | 2 |
| E_crt | HYB 11 | HYB 11 |
| E_cib | ZEV3 | HYB21 |
| E_itr | 空挡 | ZEV1 |
| F_res(N) | 140 | 140 |
| F_tgt(N) | 280 | 280 |
| Accel_crt(m/s2) | 0.1 | 0.1 |
| Accel_itr(m/s2) | -0.1 | 0.1 |
| Accel_dif(m/s2) | 0.2 | 0 |
| Accel_dif_max_aut(m/s2) | 0.75 | 1 |
| E_cib | 禁止 | 授权 |
根据图5中的操作点1：
a)在案例1中，其中，目标是ZEV3，禁止进入ZEV3状态,因为其将造成最大阈值Accel_dif_max_aut以上的加速度减小；事实上：
·用于切换至目标状态E_cib ZEV3的中间状态E_itr是空挡状态，
·在当前状态中估计的加速度是Accel_crt＝0.9m/s2，
·在瞬时空挡状态中估计的加速度是Accel_itr＝-0.1m/s2，
·车辆加速度的减小是Accel_dif＝1m/s2，
·针对从HYB 11至ZEV 3的切换，授权最大车辆加速度减小值Accel_dif_max_aut是0.75m/s2，
b)在案例2中，其中，目标是HYB 21，所述状态被授权，因为车辆加速度的减小低于最大阈值；事实上：
·用于切换至目标状态E_cib HYB 21的中间状态E_itr是状态ZEV1，
·在当前状态中估计的加速度是Accel_crt＝0.9m/s2，
·在瞬时状态ZEV1中估计的加速度是Accel_itr＝0.9m/s2，
·车辆加速度的减小是Accel_dif＝0m/s2，
·用于从HYB 11切换至HYB 21的授权最大车辆加速度减小Accel_dif_max_aut是1m/s2。
根据图5中的操作点2：
a)在案例1中，其中，目标是ZEV3，所述状态被授权，因为车辆加速度的减小低于最大阈值；事实上：
·用于切换至目标状态E_cib ZEV3的中间状态E_itr是空挡状态，
·在当前状态中估计的加速度是Accel_crt＝0.1m/s2，
·在瞬时空挡状态中估计的加速度是Accel_itr＝-0.1m/s2，
·加速度的减小是Accel_dif＝0.2m/s2，
·用于从HYB 11切换至ZEV 3的授权最大车辆加速度减小Accel_dif_max_aut是0.75m/s2，
b)在案例2中，其中，目标是HYB 21，因此，所述状态被授权，因为车辆加速度的减小低于最大阈值Accel_dif_max_aut；事实上：
·用于切换至目标状态E_cib HYB 21的中间状态E_itr是状态ZEV1，
·在当前状态中估计的加速度是Accel_crt＝0.1m/s2，
·在瞬时状态ZEV1中估计的加速度是Accel_crt＝0.1m/s2，
·加速度的减小是Accel_dif＝0m/s2，
·用于从HYB 11切换至HYB 21的授权最大车辆加速度减小Accel_dif_max_aut是1m/s2。
总之，所提出的方法具有必须被列举的许多优点：
·易于实现，
·实时操作使得能够考虑改变车辆参数，如过渡状态中的最大力、外力等，
·应用于具有变速器的所有混合体系结构，所述变速器具有至少两种不同的传动系状态。
Claims (7)
1.一种用于控制车辆的传动系的状态变化的方法，所述传动系将至少一个内燃机和/或一个电机经由变速器连接至所述车辆的车轮，所述变速器根据一个或多个齿轮比提供从所述内燃机和/或从所述电机至所述车轮的扭矩传递，其特征在于，对从当前状态(E_crt)切换至目标状态(E_cib)的授权取决于所述车辆在中间状态(E_itr)中的加速度减小，所述中间状态在所述当前状态(E_crt)与所述目标状态(E_cib)之间的过渡期间造成所述车辆的最低加速度。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，计算所述车辆在所述过渡之前在所述当前状态(E_crt)中的有效操作点与在所述中间状态(E_itr)中的有效操作点之间的加速度差异。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，对在所述中间状态中的所述加速度减小的计算取决于所述传动系的所述当前状态(E_crt)、对阻力(F_res)的估计、驾驶员的车轮处的目标力或扭矩F_tgt以及所述当前状态中和所述中间状态中的最大力(F_trac_crt)和(F_trac_itr)。
4.如权利要求2或3所述的控制方法，其特征在于，对在所述中间状态中的所述加速度减小的所述计算包括以下步骤：
a)计算在所述过渡之前使所述车辆加速的力(F_accel_crt)，所述力等于牵引力(F_trac_crt)减去所有阻力(F_res)，
b)根据所述力F_accel_crt和所述车辆的惯性，在所述过渡之前计算所述切换之前的所述有效加速度(Accel_crt)：Accel_crt＝F_accel_crt/车辆_惯性，
c)计算在所述过渡期间使所述车辆加速的力(F_accel_itr)，所述力等于牵引力(F_trac_itr)减去所有阻力(F_res)，
d)根据所述车辆的惯性和所述力F_accel_itr计算所述切换期间的有效加速度(Accel_itr)：Accel_itr＝F_accel_itr/车辆_惯性，以及
e)计算所述车辆的加速度减小：Accel_dif＝Accel_crt-Accel_itr。
5.如权利要求2、3或4所述的控制方法，其特征在于，将所述当前状态(E_crt)与所述中间状态(E_itr)之间的所述加速度差异与取决于所述当前状态(E_crt)和所述目标状态(E_cib)的授权最大加速度减小阈值(Accel_dif_max_aut)进行比较。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，如果所述加速度差异(Accel_dif)高于所述阈值(Accel_dif_max_aut)，则从所述当前状态到所述目标状态(E_cib)的所述过渡被禁止，并且，如果这一差异低于或等于所述相同的阈值，则这一过渡被授权。
7.如以上权利要求中的任一项所述的控制方法，其特征在于，在时间延迟期间暂停从当前状态A到目标状态B的过渡，所述过渡当已经进行了先前的到比率A的过渡时被搁置但将会从比率A被授权。
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