CN107298093B - 控制混合动力系的再生和升压功能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种控制混合动力车辆的动力系的方法包括当选择升压操作模式时、将电动机‑发电机‑逆变器的操作效率与上限MGI效率阈值相比较。当电动机‑发电机‑逆变器的操作效率等于或大于上限MGI效率阈值时，控制电动机‑发电机‑逆变器以在升压操作模式中操作。当选择再生操作模式时，将电动机‑发电机‑逆变器的操作效率与下限MGI效率阈值相比较。当电动机‑发电机‑逆变器的操作效率等于或大于下限MGI效率阈值时，控制电动机‑发电机‑逆变器以在再生操作模式中操作。

Description

控制混合动力系的再生和升压功能的方法
技术领域
本发明总地涉及一种控制混合动力系的方法，并且更确切地涉及一种操作电动机-发电机-逆变器的方法，以在升压操作模式中提供牵引功率或者在再生操作模式中对能量存储装置重新充电。
背景技术
大多数非混合动力车辆包括内燃机，该内燃机联接于变速器和最终驱动件以旋转车轮来移动车辆。为了启动非混合动力车辆的发动机，启动电动机通电，这致使发动机的曲柄轴转动并且启动发动机。
许多混合电动车辆使用电动机-发电机和内燃机两者来提供减小的燃料消耗和排放。一种类型的混合电动车辆使用皮带传动-交流发电机-起动机(BAS)。BAS使用电动机-发电机，其通常由皮带和滑轮系统联接于发动机的曲柄轴。电动机-发电机可从能量存储装置汲取功率，从而当制动器在停车灯下释放时，产生用于旋转发动机的扭矩以启动发动机，或者补充用于推进车辆的发动机驱动扭矩。当来自电动机-发电机的扭矩用于补充来自发动机的扭矩以用于车辆推进时，混合动力车辆通常称为在“升压”操作模式中操作。电动机-发电机也可由发动机旋转以产生用于对能量存储装置再充电的电力。当电动机-发电机由发动机提供动力以产生用于对能量存储装置充电的电力时，混合动力车辆通常称为在“再生”操作模式中操作。混合动力系统控制器控制电动机-发电机的操作，以在升压操作模式或者再生操作模式中操作电动机-发电机。
发明内容
提供一种控制车辆的动力系的方法。动力系包括内燃机、选择性地联接于内燃机的电动机-发电机-逆变器以及选择性地联接于电动机-发电机-逆变器的至少一个能量存储装置。该方法包括利用混合动力系统控制器来为电动机-发电机-逆变器选择升压操作模式或再生操作模式中的一个。电动机-发电机-逆变器的操作效率利用混合动力系统控制器来计算。当选择升压操作模式时，利用混合动力系统控制器来将电动机-发电机-逆变器的操作效率与上限MGI效率阈值相比较，以确定电动机-发电机-逆变器的操作效率是否等于或大于上限MGI效率阈值，或者确定电动机-发电机-逆变器的操作效率是否小于上限MGI效率阈值。当电动机-发电机-逆变器的操作效率等于或大于上限MGI效率阈值时，利用混合动力系统控制器来控制电动机-发电机-逆变器以在升压操作模式中操作电动机-发电机-逆变器。当在升压操作模式中操作时，电动机-发电机-逆变器从至少一个能量存储装置汲取电功率，用于产生用于内燃机的扭矩。当选择再生操作模式时，利用混合动力系统控制器来将电动机-发电机-逆变器的操作效率与下限MGI效率阈值相比较，以确定电动机-发电机-逆变器的操作效率是否等于或大于下限MGI效率阈值，或者确定电动机-发电机-逆变器的操作效率是否小于下限MGI效率阈值。当电动机-发电机-逆变器的操作效率等于或大于下限MGI效率阈值时，利用混合动力系统控制器来控制电动机-发电机-逆变器以在再生操作模式中操作电动机-发电机-逆变器。当在再生操作模式中操作时，电动机-发电机-逆变器接收来自内燃机的扭矩用以产生电力，用于对至少一个能量存储装置充电。
因此，当电动机-发电机-逆变器的操作效率大于阈值数值时，混合动力系统控制器使得电动机-发电机-逆变器可在升压操作模式或再生操作模式中操作。用于在升压操作模式中操作电动机-发电机-逆变器的阈值数值是上限MGI效率阈值。用于在再生操作模式中操作电动机-发电机-逆变器的阈值数值是下限MGI效率阈值。当电动机-发电机-逆变器的操作效率分别等于或大于上限MGI效率阈值或者下限MGI效率阈值时，混合动力系的效率通过仅仅使得电动机-发电机-逆变器可在升压操作模式或再生操作模式中操作而得以改进。
从在结合附图时对用于执行教示的最佳模式的下文详细描述中，本教示的上述特征和优点以及其它特征和优点显而易见。
附图说明
图1是用于车辆的动力系的示意平面图。
图2是表示控制车辆的动力系的方法的流程图。
图3是表示在升压操作模式中或者再生操作模式中控制电动机-发电机的方法的流程图。
具体实施方式
本领域普通技术人员将认识到的是，诸如“之上”、“之下”、“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”之类的术语描述性地用于附图，并且并不表示对于由所附权利要求所限定的本发明范围有所限制。此外，这里可在功能和/或逻辑框部件和/或各种处理步骤方面描述这些教示。应认识到的是，这些框部件可由任何数量的配置成执行特定功能的硬件、软件和/或固件部件构成。
参照附图，其中类似的附图标记指代若干附图中类似或对应的部件，且车辆大体以10示出。大体在附图中示出用于车辆10的示例性动力系12。应理解的是，图1中示出的动力系12仅仅是示例性的，并且动力系12的配置和/或部件可不同于这里描述的示例性实施例中的那些。能利用动力系12的车辆10可包括自动车辆，例如汽车、卡车等等。然而，应理解的是，车辆10可替代地是非自动车辆，例如农用车辆、海洋车辆、航空车辆等等。
通常，如图1所示，动力系12包括发动机14、变速器16以及最终驱动件18，它们可彼此联接以使得车辆10的车轮20旋转以推进车辆10。发动机14可包括输出构件或曲柄轴22，其可联接于变速器16的输入构件24。变速器16可包括齿轮布置和一个或多个离合器，扭矩通过该齿轮布置和一个或多个离合器从发动机14的输出构件22传递至变速器16的输入构件24，然后传递至最终驱动件18并且外传至车轮20以移动车辆10。车轮20可以是车辆10的前车轮或后车轮。前和/或后车轮20可由动力系12提供动力。
动力系12包括如上所述的发动机14。例如，发动机14可包括内燃机。发动机14可包括壳体26和至少部分地设置在壳体26内部的曲柄轴22。曲柄轴22可绕纵向轴线28旋转。在图1中，仅仅出于说明的目的，曲柄轴22示意地示作不具有任何特定的特征，并且应理解的是，曲柄轴22可具有各种配置以与发动机14的其它部件协配。发动机14还可包括气缸体、一个或多个连接杆、活塞、阀等等，它们将不作进一步讨论。应理解的是，发动机14可设计成依靠汽油、柴油燃料等操作。
动力系12可包括环形齿轮30。在某些实施例中，环形齿轮30设置在壳体26外部。环形齿轮30附连于曲柄轴22的第一远端32，以使得环形齿轮30和曲柄轴22可绕纵向轴线28一致地旋转。简单地说，环形齿轮30和曲柄轴22可作为一个单元绕纵向轴线28旋转。
附加地，动力系12可包括诸如曲柄轴滑轮34的可旋转元件34，其可绕纵向轴线28旋转。在某些实施例中，曲柄轴滑轮34设置在发动机14的壳体26外部。曲柄轴滑轮34可联接于曲柄轴22的第二远端36，以使得曲柄轴滑轮34和曲柄轴22可绕纵向轴线28一致地旋转。确切地说，可联接可包括曲柄轴滑轮34直接地联接于曲柄轴22或者通过其它机构的诸如离合之类的操作间接地联接于曲柄轴22，这将在下文进一步描述。通常，曲柄轴22的第一和第二远端32、36沿着纵向轴线28彼此隔开。应理解的是，一个或多个轴承可可旋转地支承曲柄轴22。还应理解的是，除了滑轮以外，可旋转元件34可以是链轮等。
此外，动力系12包括可联接于发动机14的电动机-发电机38。例如，电动机-发电机38可联接于发动机14的壳体26的外部和/或由邻近于发动机14的任何合适的部件支承。电动机-发电机38可由诸如紧固件、支架、支柱之类的任何合适方法支承。电动机-发电机38可作为电动机或发电机操作。动力系12可称为混合动力系，因为动力系12利用电动机-发电机38来辅助减小车辆10的燃料消耗和排放。例如，在某些实施例和/或操作模式中，电动机-发电机38可用作电动机来启动发动机14或者作为将扭矩提供给曲柄轴22的扭矩辅助以在车辆10移动时(利用下文描述的环形可旋转装置58)来推进车辆10。当来自电动机-发电机38的扭矩用于补充来自发动机14的扭矩以用于车辆推进时，混合动力车辆10通常称为在“升压”操作模式中操作。作为另一示例，电动机-发电机38可用作发电机来产生电流、即电力，或者对第一能量存储装置40和/或第二能量存储装置42再充电，如下文进一步描述地。当电动机-发电机38产生电流/电力时，电流可驱动车辆10的各种辅助装置，这也会在下文进一步描述。当电动机-发电机38由发动机14提供动力以产生用于对第一能量存储装置40和/或第二能量存储装置42充电的电力时，混合动力车辆通常称为在“再生”操作模式中操作。虽然车辆10的示例性实施例示作包括第一能量存储装置40和第二能量存储装置42两者，但应理解的是，其它实施例可仅仅包括第一能量存储装置40。
一种合适的电动机-发电机38是无刷电动机-发电机。附加地，电动机-发电机38可以是交流(AC)电动机-发电机或者任何其它合适的电动机-发电机。例如，从AC电动机-发电机38输出的扭矩可以是从约15.0牛顿米(Nm)至约50.0Nm。电动机-发电机38可配置成提供减小的最大扭矩需求(例如与背景技术部分中描述的BAS相比)，这允许减小电动机-发电机38的质量大小并且还允许减小电动机-发电机38的功率需求。应理解的是，从电动机-发电机38输出的扭矩可以是除了上文所识别以外的数值。
电动机-发电机38可包括电动机/发电机轴44，其可绕第一轴线46旋转。在某些操作中，当电动机/发电机轴44旋转时，扭矩可传递至曲柄轴24，例如下文进一步所描述地。此外，电动机/发电机轴44并不沿着第一轴线46移动。附加地，第一轴线46与纵向轴线28隔开。在某些实施例中，第一轴线46和纵向轴线28彼此隔开并且基本上彼此平行。因此，电动机/发电机轴44和曲柄轴22彼此偏移。应理解的是，电动机/发电机轴44可分成一个以上部分，例如用于接纳一个或多个离合器的操作的一个以上部分等等。
电动机-发电机38可包括诸如电动机/发电机滑轮48之类的可旋转元件48，其可联接于邻近于电动机-发电机38的第一端50的电动机/发电机轴44。确切地说，电动机/发电机滑轮48可设置在电动机-发电机38的第一端50外部。电动机/发电机滑轮48也可绕第一轴线46旋转。对于某些操作，电动机/发电机轴44和电动机/发电机滑轮48可绕第一轴线46一致地旋转。在其它操作中，电动机/发电机轴44和电动机/发电机滑轮48并不一致地旋转，即可单独地旋转或者一个可旋转而同时另一个保持静止(并不旋转)。可联接可包括电动机/发电机滑轮48直接地联接于电动机/发电机轴44或者通过其它机构的诸如离合之类的操作间接地联接于电动机/发电机轴44的，这将在下文进一步描述。
在某些实施例中，电动机/发电机轴44可从电动机-发电机38的第二端52延伸出来。通常，电动机-发电机38的第一和第二端50、52沿着第一轴线46彼此隔开。确切地说，电动机-发电机38可包括具有第一和第二端50、52的壳体。因此，电动机/发电机轴44至少部分地设置在电动机-发电机38的壳体内部。应理解的是，一个或多个轴承可可旋转地支承电动机/发电机轴44。还应理解的是，除了滑轮以外，可旋转元件48可以是链轮等。
动力系12的电动机-发电机38可包括定子和与该定子隔开的转子。转子附连于电动机/发电机轴44，以使得该转子和电动机/发电机轴44可绕第一轴线46相对于定子一致地旋转。简单地说，转子和电动机/发电机轴44可在定子保持静止的同时作为一个单元绕第一轴线46旋转。定子与第一和/或第二能量存储装置40、42电气连通。例如，当电动机-发电机38用作电动机时，存储在第一和/或第二能量存储装置40、42中的电流可供给至定子/转子，以致使转子旋转并且最终致使发动机14启动和/或将补充扭矩供给至发动机14。作为另一示例，当电动机-发电机38用作发电机时，来自绕第一轴线46旋转的转子的扭矩转换成电流，该电流可存储在第一和/或第二能量存储装置40、42中以供随后使用。
电动机-发电机38可以各种模式操作以执行各种功能。例如，电动机-发电机38可在再生操作模式中操作，以通过使得电动机-发电机38的转子相对于电动机-发电机38的定子旋转来产生电流。简单地说，电动机-发电机38当在再生操作模式中时可作为发电机操作。再生操作模式可在车辆10以某一速度下驱动并且并不使得车辆10制动/减速时出现。作为另一示例，电动机-发电机38可在升压操作模式、即扭矩辅助操作模式中操作，以将扭矩提供给车辆10的车轮20(利用下文描述的环形可旋转装置58)。简单地说，电动机-发电机38当在升压操作模式中时可作为电动机操作。作为又一示例，电动机-发电机38在制动期间可在再生制动模式中操作，即通过使得电动机-发电机38的转子相对于电动机-发电机38的定子旋转来使得车辆10减速。简单地说，电动机-发电机38当在再生制动模式中时可作为电动机操作。
电动机-发电机38还可包括电气装置，其可包括集成功率逆变器54。因此，电动机-发电机38可称为电动机-发电机-逆变器38。定子可与集成功率逆变器54电气连通，且集成功率逆变器54可选择性地与第一和/或第二能量存储装40、42电气连通。集成功率逆变器54可将由第一和/或第二能量存储装置40、42提供的直流(DC)转换成交流(AC)，以为电动机-发电机38提供功率来用作电动机。此外，当电动机-发电机38用作发电机时，集成功率逆变器54可将AC转换成DC以存储在第一和/或第二能量存储装置40、42中。附加地，集成功率逆变器54可将AC转换成DC，以将电流供给至辅助电力系统56。此外，集成功率逆变器54可将AC转换成DC，以将电流选择性地供给至第一和/或第二能量存储装置40、42。通常，集成功率逆变器54可与定子电气连通，以作为电动机或作为发电机来操作电动机-发电机38。电动机-发电机38可包括其它电气装置，例如一个或多个传感器(例如，检测电动机/发电机轴44的位置的电动机位置传感器)、控制器、冷却电气部件的风扇等等。此外，集成功率逆变器可包括一个或多个电刷、一个或多个电刷保持器、当使用绕线磁场机器时的现场控制电子装置等等。
动力系12可进一步包括环形可旋转装置58、即不具有端部的装置，其绕曲柄轴滑轮34和电动机/发电机滑轮48设置。确切地说，环形可旋转装置58绕曲柄轴滑轮34和电动机/发电机滑轮48设置，以传递曲柄轴滑轮34和电动机/发电机滑轮48之间的旋转运动。换言之，环形可旋转装置58绕曲柄轴滑轮34和电动机/发电机滑轮48设置，以选择性地传递曲柄轴22和电动机/发电机轴44之间的扭矩。例如，在某些操作中，电动机/发电机滑轮48由环形可旋转装置58的旋转可对应地使得电动机/发电机轴44旋转等等。
在某些实施例中，环形可旋转装置58是皮带。该皮带可以是加肋皮带、扁平皮带或任何其它合适的配置。电动机-发电机38可由环形可旋转装置58联接于发动机14。确切地说，电动机-发电机38可由环形可旋转装置58和滑轮34、48联接于发动机14的曲柄轴22。在某些实施例中，环形可旋转装置58可以是链条而非皮带，且链轮可与该链条而非滑轮34、48一起使用。
动力系12还包括可联接于发动机14的启动器机构60。启动器机构60可以是各种配置。启动器机构60可通过与环形齿轮30接合来联接于发动机14。此外，电动机-发电机38也可通过启动器机构60联接于发动机14。因此，电动机-发电机38可用于对启动器机构60提供功率以启动发动机14。替代地，启动器机构60可与电动机-发电机38隔开并且独立于该电动机-发电机操作。启动器机构的特定配置和操作与本发明的详细描述无关，因此这里并不进行详细地描述。然而，应理解的是，启动器机构可以若干不同的方式配置。
此外，动力系12可包括辅助电力系统56，其示作与电动机-发电机38电气连通。辅助电力系统56可包括车辆10的一个或多个附属装置。例如，辅助电力系统56可包括头灯、HVAC装置、辅助电动机、娱乐系统部件等等。在某些实施例中，集成功率逆变器54与辅助电力系统56电气连通，以将由电动机-发电机38产生的AC转换成DC。因此，DC可由辅助电力系统56使用来为各种附件提供功率。
动力系12包括第一能量存储装置40，其以与电动机-发电机38和辅助电力系统56并联的电气关系设置。换言之，第一能量存储装置40以与电动机-发电机38和辅助电力系统56并联的电路布置设置。第一能量存储装置40可以是任何合适的电池或者可存储用于后续使用的电流的其它装置。
动力系12还可包括第一开关装置62，其可在使得第一能量存储装置40从电动机-发电机38和辅助电力系统56中的至少一个断开的第一打开状态和将第一能量存储装置40电气地连接于电动机-发电机38和辅助电力系统56中的至少一个的第一闭合状态之间选择性地切换。因此，电动机-发电机38和辅助电力系统56之间的电气连通与第一开关装置62处于第一打开状态还是第一闭合状态无关。因此，第一开关装置62的位置并不干扰电动机-发电机38和辅助电力系统56之间的电气连通。换言之，电动机-发电机38和辅助电力系统56可彼此电气连通，而与第一开关装置62所处的状态无关。第一能量存储装置40设置在电气总线63和电气接地65之间，且第一开关装置62设置在第一能量存储装置40和电气总线63之间，以使得当第一开关装置62处于第一闭合状态中时，第一能量存储装置40与电气总线63直接电气连通。电气总线63可以是高电压DC总线和/或低电压DC总线。
这里使用的术语“至少一个”应理解成包括非排他逻辑“或”，即电动机-发电机38或辅助电力系统56中的至少一个。因此，在某些实施例中，第一能量存储装置40与电动机-发电机38或辅助电力系统56电气连通。在其它实施例中，第一能量存储装置40与电动机-发电机38和辅助电力系统56两者电气连通。
一般而言，第一开关装置62用于选择性地阻挡电流流至第一能量存储装置40。当第一开关装置62处于第一闭合状态中时，完成或闭合至第一能量存储装置40的电气电路，并且电流可流向或流出第一能量存储装置40。当第一开关装置62处于第一打开状态中时，电气电路分开或打开，并且电流无法流向或流出第一能量存储装置40。第一打开状态在图1中以实线示出。
第一开关装置62可包括单向阻挡开关或双向阻挡开关。在一种配置中，第一开关装置62是固态开关。第一开关装置62可以是二进制开关、接触开关、继电器开关等等。第一开关装置62仅仅出于说明性目的而在图1中示意地说明，并且不应理解成任何具体类型的开关。
动力系12的示例性实施例包括第二能量存储装置42，其以与第一能量存储装置40、电动机-发电机38以及辅助电力系统56并联的电气关系设置。然而，应理解的是，在其它实施例中，动力系12可并不包括第二能量存储装置42以及与第二能量存储装置42具体地相关联的其它部件。
通常，第一能量存储装置40是高电压能量存储装置，而第二能量存储装置42是与辅助电力系统56电气连通的低电压能量存储装置。第一能量存储装置40用于将电流/电压选择性地供给至电动机-发电机38，且第二能量存储装置42用于将电流/电压选择性地供给至辅助电力系统56。第一能量存储装置40和第二能量存储装置42可以是任何合适的电池或者能存储电流或能量用于后续使用的其它装置。一种非限制示例是高电压能量存储装置可以是48伏DC电池且低电压能量存储装置可以是12伏DC电池。另一种非限制示例是，高电压能量存储装置可以是24-48伏DC多节可充电锂离子电池或超电容器，而低电压能量存储装置可以是12伏DC铅酸或锂离子电池。作为又一示例，第一和第二能量存储装置40、42可具有基本上相同的电压电平。
此外，动力系12还可包括第二开关装置68，其可在使得第二能量存储装置42从电动机-发电机38和辅助电力系统56中的至少一个断开的第二打开状态和将第二能量存储装置42电气地连接于电动机-发电机38和辅助电力系统56中的至少一个的第二闭合状态之间选择性地切换。电动机-发电机38和辅助电力系统56之间的电气连通与第二开关装置68处于第二打开状态还是第二闭合状态无关。因此，第二开关装置68的位置并不干扰电动机-发电机38和辅助电力系统56之间的电气连通。换言之，电动机-发电机38和辅助电力系统56可独立于第二开关装置68所处的状态而彼此电气连通。第二能量存储装置42设置在电气总线63和电气接地65之间，且第二开关装置68设置在第二能量存储装置42和电气总线63之间，以使得当第二开关装置68处于第二闭合状态中时，第二能量存储装置42与电气总线63直接电气连通。因此，由于第一和第二开关装置62、68的位置，电流可彼此独立地选择性地流向/流出第一和第二能量存储装置40、42。
如上所述，术语“至少一个”应理解成包括非排他逻辑“或”，即电动机-发电机38或辅助电力系统56中的至少一个。因此，在某些实施例中，第二能量存储装置42与电动机-发电机38或辅助电力系统56电气连通。在其它实施例中，第二能量存储装置42与电动机-发电机38或辅助电力系统56两者电气连通。
通常，第二开关装置68用于选择性地阻挡电流流至第二能量存储装置42。当第二开关装置68处于第二闭合状态中时，完成或闭合至第二能量存储装置42的电气电路，并且电流可流向或流出第二能量存储装置42。当第二开关装置68处于第二打开状态中时，电气电路分开或打开，并且电流无法流向或流出第二能量存储装置42。第二打开状态在图1中以实线示出。
第二开关装置68可以是单向阻挡开关或双向阻挡开关。在一种配置中，第二开关装置68是固态开关。第二开关装置68可以是二进制开关、接触开关、继电器开关等等。第二开关装置68仅仅出于说明性目的而在这些附图中示意地说明，并且不应理解成任何具体类型的开关。
可选地是，动力系12可包括电气部件64，其沿着电气总线63设置在电动机-发电机38和第一能量存储装置40下游。此外，电气部件64沿着电气总线63设置在辅助电力系统56上游。这里使用的下游是沿着电气总线63从电动机-发电机38朝向辅助电力系统56流动的方向，并且在每个附图中的箭头66指向下游方向。通常，当使用电气部件64时，电气部件64以与电动机-发电机38和辅助电力系统56成串联电气关系、即串联电路布置设置。在某些实施例中，电气部件64可包括DC-DC转换器。在其它实施例中，电气部件可包括开关装置。
电动机-发电机38可进一步包括电动机/发电机离合器70，用以选择性地连接和断开电动机/发电机滑轮48和电动机/发电机轴44之间的旋转。电动机/发电机滑轮48可通过电动机/发电机离合器70的选择性操作联接于电动机/发电机轴44。因此，电动机/发电机滑轮48通过电动机/发电机离合器70的操作选择性地联接于电动机/发电机轴44。电动机/发电机离合器70可邻近于电动机/发电机滑轮48或邻近于电动机-发电机38的第一端50设置。电动机/发电机离合器70的致动允许电动机-发电机38的各种操作，而无需由环形可旋转装置58在曲柄轴滑轮34和电动机/发电机滑轮48之间传递旋转。电动机/发电机离合器70可包括螺线管72以选择性地致动电动机/发电机离合器70。应理解的是，电动机/发电机离合器70可以是任何合适类型的离合器。
动力系12进一步包括混合动力系统控制器96，其可以是电子控制模块中与车辆10的各种部件连通的一部分。通常，混合动力系统控制器96发信号告知车辆10的各种部件以选择性地操作，下文对其中一些进行描述。应理解的是，混合动力系统控制器96可包括一个以上控制器。
混合动力系统控制器96包括处理器98和存储器100，其上记录了用于与电动机-发电机38、启动器机构60、第一和/或第二能量存储装置40、42、第一和第二开关装置62、68以及电气部件64连通的指令。混合动力系统控制器96配置成经由处理器98来执行来自存储器100的指令。例如，混合动力系统控制器96可以是主机或分布式系统，例如诸如数字计算机或微型计算机之类的计算机，以用作车辆控制模块和/或用作具有处理器的比例-积分-求导(PID)控制器装置以及用作存储器100，即诸如只读存储器(ROM)或闪存存储器之类的有形、非瞬态计算机可读存储器。混合动力系统控制器96还可具有随机访问存储器(RAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、高度时钟、模拟到数字(A/D)和/或数字到模拟(D/A)电路和任何所需的输入/输出电路和相关联装置、以及任何所需的信号调节和/或信号缓冲电路。因此，混合动力系统控制器96可包括监控和控制电动机-发电机38、启动器机构60、第一和第二开关装置62、68以及电气装置64所需的所有软件、硬件、存储器100、算法、连接、传感器等等。此外，混合动力系统控制器96可包括监控第一和/或第二能量存储装置40、42所需的所有软件、硬件、存储器100、算法、连接、传感器等等。这样，控制方法可实施为与混合动力系统控制器96相关联的软件或固件。应理解的是，混合动力系统控制器96还可包括能够分析来自各种传感器的数据、比较数据、做出控制和监控电动机-发电机38、启动器机构60、第一和第二开关装置62、68和电气部件64以及监控第一和/或第二能量存储装置40、42所需的判定的任何装置。
混合动力系统控制器96与电动机-发电机38、启动器机构60、第一开关装置62、第二开关装置68、第三开关电气部件64、第一能量存储装置40和/或第二能量存储装置42连通，以选择性地操作电动机-发电机38、启动器机构60、第一开关装置62、第二开关装置68、电气部件64以及第一和第二能量存储装置40、42。混合动力系统控制器96选择性地发信号告知不同的开关装置62、68以建立打开状态或闭合状态中的一个。附加地，混合动力系统控制器96可发信号告知启动器机构60或电动机/发电机离合器70的致动器，以建立致动位置或非致动位置，实现期望的操作，例如再生操作模式、升压操作模式、再生制动模式、冷发动机启动模式、自动发动机启动模式等等。
此外，混合动力系统控制器96可与第一能量存储装置40连通。当第一开关装置62处于第一闭合状态中时，电流可流入到第一能量存储装置40中或者流出第一能量存储装置40，并且混合动力系统控制器96可监控第一能量存储装置40中的电流量。附加地，混合动力系统控制器96可与集成功率逆变器54的操作连通并且控制其操作。
混合动力系统控制器96还与第二能量存储装置42并且与第二开关装置68连通，以选择性地发信号告知第二开关装置68以建立第二打开状态和第二闭合状态中的一个。因此，取决于期望的操作，混合动力系统控制器96发信号告知第二开关装置68处于第二打开状态和第二闭合状态中的一个中。当第二开关装置68处于第二闭合状态中时，电流可流入到第二能量存储装置42中或者流出第二能量存储装置42，并且混合动力系统控制器96可监控第二能量存储装置42中的电流量。
混合动力系统控制器96接收来自第一能量存储装置40的电流。确切地说，混合动力系统控制器96保持与第一能量存储装置40电气连通，这与第一开关装置62所处的状态无关。换言之，与混合动力系统控制器96的电气连接设置在第一能量存储装置40和第一开关装置62之间，以使得电流可持续地流至混合动力系统控制器96，而不受第一开关装置62所处的状态影响。
下文示出一种控制如上所述的车辆10的动力系12的方法。该方法用于控制电动机-发电机38在再生操作模式或升压操作模式中的操作。参照图2，该方法包括混合动力系统控制器96，从而为电动机-发电机38选择升压操作模式或再生操作模式中的一个。选择针对电动机-发电机38的操作模式大体由图2中的框200指示。混合动力系统控制器96可基于车辆10的当前操作条件、例如速度、第一能量存储装置40的充电水平、发动机扭矩请求等选择期望的操作模式。混合动力系统控制器96选择升压操作模式还是再生操作模式的确切方式和条件与本发明的教示无关，并且因此在这里并未详细地描述。
一旦混合动力系统控制器96已选择升压操作模式或再生操作模式，就感测到电动机-发电机38的温度。感测电动机-发电机38的温度大体由图2中的框202指示。电动机-发电机38的温度可以任何合适的方式感测，包括但不限于利用结合到电动机-发电机38中的内部温度传感器来感测电动机-发电机38的温度。附加地，可设想的是，电动机-发电机38的温度可在若干不同的位置处、例如在电动机-发电机38的端匝处、电动机-发电机38的壳体或者逆变器的功率开关处感测到。当感测到电动机-发电机38的多个温度时，这些测量值中的最低温度用作电动机-发电机38的感测温度。将电动机-发电机38的温度通信至混合动力系统控制器96，并且存储在混合动力系统控制器96的存储器100中。
然后，混合动力系统控制器96将电动机-发电机38的感测温度与电动机发电机逆变器(MGI)的温度阈值相比较，以确定电动机-发电机38的感测温度是否等于或大于MGI温度阈值，或者电动机-发电机38的感测温度是否小于MGI温度阈值。将电动机-发电机38的感测温度与MGI温度阈值相比较大体由图2中的框204指示。可将MGI温度阈值限定成等于任何期望的温度。例如，可将MGI温度阈值限定成等于大约165℃的温度。应理解的是，可将MGI温度阈值限定为等于超出上述示例性范围以外的温度，并且可取决于电动机-发电机38的特定操作参数和特定应用。
如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的感测温度等于或大于MGI温度阈值(大体以206指示)，则混合动力系统控制器96可禁止电动机-发电机38在升压操作模式或再生操作模式中的操作，并且将电动机-发电机38布置在待机模式中。将电动机-发电机38布置在待机模式中大体由图2中的框208指示。替代地，如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的感测温度小于MGI温度阈值(大体以210指示)，则混合动力系统控制器96可允许电动机-发电机38在升压操作模式或再生操作模式中的操作，并且该过程如上所述继续。
如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的感测温度小于MGI温度阈值(大体以210指示)，则混合动力系统控制器96计算电动机-发电机38的操作效率。计算电动机-发电机38的操作效率大体由图2中的框212指示。当电动机-发电机38作为电动机操作时，电动机-发电机38的操作效率在这里限定为在电动机-发电机38的逆变器DC侧处测得的、轴功率除以输入功率。当电动机-发电机38作为发电机操作时，电动机-发电机38的操作效率在这里限定为在电动机-发电机38的逆变器DC侧处测得的、电动机-发电机38的输出功率除以电动机-发电机38的轴功率。电动机-发电机38的操作效率可计算为总的可能性能数值的百分比。例如，操作效率可计算为等于可能的操作性能水平的60％。
混合动力系统控制器96可以任何合适的方式计算或另外限定或确定电动机-发电机38的操作效率。例如，混合动力系统控制器96可通过参照存储在混合动力系统控制器96的存储器100中的查询表来计算电动机-发电机38的操作效率以限定数值，在第一能量存储装置40的特定电压范围内、该查询表使得来自电动机-发电机38的扭矩输出与电动机-发电机38的旋转速度相关联。因此，混合动力系统控制器96可包括存储在混合动力系统控制器96的存储器100中的若干不同图表、曲线图、表格等等。对于第一能量存储装置40的特定电压或电压范围，每个表使得来自电动机-发电机38的扭矩输出与电动机-发电机38的旋转速度相关联。例如，混合动力系统控制器96可包括针对例如在10V和12V之间的大约12V电压的第一表，以及针对例如在14V和17V之间的大约16V电压的第二表。混合动力系统控制器96可包括针对第一能量存储装置40的不同电压数值和/或范围的任何数量的表。因此，混合动力系统控制器96将感测或另外确定来自电动机-发电机38的扭矩输出、电动机-发电机38的旋转速度以及第一能量存储装置40的当前电压。混合动力系统控制器96然后参照针对第一能量存储装置40的当前电压的合适表，并且使用电动机-发电机38的扭矩输出和旋转速度来限定电动机-发电机38的操作效率的数值。
一旦混合动力系统控制器96已确定了电动机-发电机38的操作效率的数值，则混合动力系统控制器96就可通过温度调节因子来调节该数值以限定电动机-发电机38的操作效率。温度调节因子取决于电动机-发电机38的温度，并且乘以该数值以限定电动机-发电机38的操作效率。因此，可对混合动力系统控制器96从上述表中确定的数值进行调节，以解决由高温引起的低效。温度调节数值的确切数值可改变，并且取决于电动机-发电机38的当前温度。例如，温度调节数值可包括十进制乘法器，其与该数值相乘以限定电动机-发电机38的操作效率。因此，可将温度调节数值限定为包括1.00的数值，以并不调节该数值。然而，可将温度调节数值限定为包括小于1.00至电动机-发电机38的操作效率的限定数值的数值。例如，温度调节数值可随着电动机-发电机38的温度升高而减小，因为电动机-发电机38在较高温度下效率较低。
一旦混合动力系统控制器96已调节数值以限定电动机-发电机38的操作效率，则混合动力系统控制器96就确定是否已选择升压操作模式或者是否已选择再生操作模式。所选择操作模式的确定大体由图2中的框214指示。当选择升压操作模式时(大体以216指示)，则混合动力系统控制器96将电动机-发电机38的操作效率与上限MGI效率阈值相比较，以确定电动机-发电机38的操作效率是否等于或大于上限MGI效率阈值，或者电动机-发电机38的操作效率是否小于上限MGI效率阈值。将电动机-发电机38的操作效率与上限MGI效率阈值相比较大体由图2中的框218指示。较佳地将上限MGI效率阈值限定为包括60％和90％之间的数值。例如，可将上限MGI效率阈值限定为等于70％的数值。
如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的操作效率小于上限MGI效率阈值(大体以220指示)并且已选择升压操作模式(大体以216指示)，则混合动力系统控制器96可发信号告知电动机-发电机38的低操作效率，从而并不允许电动机-发电机38在升压操作模式中的操作，并且将电动机-发电机38布置在待机模式中(大体由图2中的框208指示)。然而，如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的操作效率等于或大于上限MGI效率阈值(大体以222指示)并且已选择升压操作模式(大体以216指示)，则混合动力系统控制器96控制电动机-发电机38以在升压操作模式中操作电动机-发电机38。控制电动机-发电机38的操作以在升压操作模式中操作大体由图2中的框224指示。如上所述，电动机-发电机38汲取来自第一能量存储装置40的电功率用以产生扭矩，该扭矩施加于内燃机以有助于推进车辆10。
一旦混合动力系统控制器96以调节该数值以限定电动机-发电机38的操作效率，并且当选择再生操作模式时(大体以226指示)，则混合动力系统控制器96将电动机-发电机38的操作效率与下限MGI效率阈值相比较，以确定电动机-发电机38的操作效率是否等于或大于下限MGI效率阈值，或者电动机-发电机38的操作效率是否小于下限MGI效率阈值。将电动机-发电机38的操作效率与下限MGI效率阈值相比较大体由图2中的框228指示。较佳地将下限MGI效率阈值限定为包括20％和50％之间的数值。例如，可将上限MGI效率阈值限定为等于30％的数值。
如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的操作效率小于下限MGI效率阈值(大体以230指示)并且已选择再生操作模式(大体以226指示)，则混合动力系统控制器96可发信号告知电动机-发电机38的低操作效率，从而并不允许电动机-发电机38在再生操作模式中的操作，并且将电动机-发电机38布置在待机模式中(大体由图2中的框208指示)。然而，如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38的操作效率等于或大于下限MGI效率阈值(大体以232指示)并且已选择再生操作模式(大体以226指示)，则混合动力系统控制器96控制电动机-发电机38以在再生操作模式中操作电动机-发电机38。控制电动机-发电机38的操作以在再生操作模式中操作大体由图2中的框234指示。如上所述，当在再生操作模式中操作时，电动机-发电机38接收来自内燃机的扭矩用以产生电力，用于对第一和/或第二能量存储装置40、42充电。
下文参照图3来描述控制电动机-发电机38以在大体由图2中的框224指示的升压操作模式中操作或者在大体由图2中的框234指示的再生操作模式中操作。在升压操作模式或再生操作模式中操作电动机-发电机38包括利用混合动力系统控制器96来计算机器终端电压。电动机-发电机38的效率改进也称为脉冲宽度调制(PWM)控制策略。PWM控制策略的选择取决于电动机-发电机38的类型或配置并且还取决于机器的终端电压。机器终端电压的计算大体由图3中的框250指示。混合动力系统控制器96可以任何合适的方式来计算机器终端电压。例如，混合动力系统控制器96可通过使用闭环电流控制器的输出或者来自功率切断装置的所测得终端电压来计算机器终端电压。然后，将所计算的数值归一化以消除电池电压的波动。电压的基本数值通常是电池电压的一半。例如，针对12V电池电压，该基本数值大约等于6V。可用总体可能电压的十进制分数来表述归一化终端电压。
控制电动机-发电机38以在升压操作模式或再生操作模式中操作的过程取决于电动机-发电机38是开关磁阻机器还是并未是开关磁阻机器。针对开关磁阻机器来选择PWM控制策略是专用的。因此，混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38是否是开关磁阻机器还是并未是开关磁阻机器。确定电动机-发电机38是否是开关磁阻机器大体由图3中的框252指示。如这里使用的，将开关磁阻机器限定为简单且低成本的电气机器，其中该机器的定子和转子由具有凸极的铁磁层压堆叠制成。每个定子极均具有同心绕组。合适的线圈连接在一起以形成机器相位。开关磁阻机器并不具有分布式绕组、无电刷、无永磁体、无转子上的绕组并且无笼罩。
如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38并非是开关磁阻机器(大体以254指示)，则混合动力系统控制器96然后将机器终端电压与电压阈值相比较，以确定机器归一化终端电压是否等于或大于电压阈值或者机器归一化终端电压是否小于电压阈值。将机器归一化终端电压与电压阈值相比较大体由图3中的框256指示。可将电压阈值限定为等于十进制数值。例如，可将电压阈值限定为包括0.70和0.90之间的数值。更确切地说，可将电压阈值限定为等于0.80的数值。然而，应理解的是，可将电压阈值限定为等于上述示例性范围以外的数值。
如果混合动力系统控制器96确定机器归一化终端电压等于或大于电压阈值(大体以258指示)，则混合动力系统控制器96使用空间矢量控制脉宽调制来控制电动机-发电机38在升压操作模式或再生操作模式中的操作。利用空间矢量控制脉宽调制来控制电动机-发电机38大体由图3中的框260指示。空间矢量控制脉宽调制是用于脉宽调制(PWM)的控制的算法。空间矢量调制用于产生交流波形；最为通常的是，从DC电源以各种速度来驱动3相AC电动机。参考信号通常使用两个相邻的起作用开关矢量和零矢量中的一个或两个的组合而产生。空间矢量控制脉宽调制是PWM的通用算法、为本领域技术人员理解并且由此在这里不作详细地描述。
如果混合动力系统控制器96确定机器终端电压小于电压阈值(大体以262指示)，则混合动力系统控制器96使用不连续脉宽调制来控制电动机-发电机38在升压操作模式或再生操作模式中的操作。利用不连续脉宽调制来控制电动机-发电机38大体由图3中的框264指示。不连续脉宽调制是通过仅仅切换两个整流器相支腿来形成正弦电流的调制方法，而第三相支腿(其中所选择的相在一个主要时间段上以周期的方式改变)夹持于输出电压总线。这可通过使用零次序不连续型信号来获得以增强正弦参考。不连续脉宽调制是PWM的通用算法、为本领域技术人员理解并且由此在这里不作详细地描述。
如果混合动力系统控制器96确定电动机-发电机38是开关磁阻机器(大体由266指示)，则混合动力系统控制器96将电动机-发电机38的转子的旋转速度与转子阈值相比较，以确定转子的旋转速度是否等于或小于转子阈值或者转子的旋转速度是否大于转子阈值。将转子的旋转速度与转子阈值相比较大体由图3中的框268指示。可将转子阈值限定为等于适合于电动机-发电机38的特定设计和配置的任何旋转速度。较佳地是，转子阈值在基本速度的80％和120％之间。基本速度是反电动势等于供给电压时的速度。更佳地是，转子阈值大约等于基本速度的100％。然而，应理解的是，可将转子阈值限定为等于上述示例性范围以外的数值。
如果电动机-发电机38是开关磁阻机器(大体以266指示)且混合动力系统控制器96确定转子的旋转速度等于或小于转子阈值(大体以270指示)，则混合动力系统控制器96使用电流控制与脉宽调制来控制电动机-发电机38在升压操作模式或再生操作模式中的操作。使用电流控制与不连续脉宽调制来控制电动机-发电机38大体由图3中的框272指示。如这里所使用的，电流控制与脉宽调制是用于通过控制相的平均电压来限制开关磁阻机器的最大相电流的技术。当前电流与不连续脉宽调制为本领域技术人员理解并且由此在这里不作详细地描述。
如果电动机-发电机38是开关磁阻机器(大体以266指示)且混合动力系统控制器96确定转子的旋转速度大于转子阈值(大体以274指示)，则混合动力系统控制器96使用单脉冲模式来控制电动机-发电机38在升压操作模式或再生操作模式中的操作。使用单脉冲模式来控制电动机-发电机38大体由图3中的框276指示。如这里所使用的，单脉冲模式是这样一种控制技术，在该控制技术期间，开关磁阻机器的相电流小于相电流的限定最大数值。单脉冲模式为本领域技术人员理解并且由此在这里不作详细地描述。
具体实施方式和图或附图是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅仅由权利要求书所限定。虽然已详细地描述了用于执行所要求教示的其中一些最佳模式和其它实施例，但存在各种替代的设计和实施例用以实践在所附权利要求书中限定的本发明。

Claims (10)

1.一种控制车辆的动力系的方法，所述动力系包括内燃机、电装置以及至少一个能量存储装置，所述电装置选择性地联接于所述内燃机，所述至少一个能量存储装置选择性地联接于所述电装置，所述方法包括：
利用混合动力系统控制器来为所述电装置选择升压操作模式或再生操作模式中的一个；
利用所述混合动力系统控制器来计算所述电装置的操作效率；
利用所述混合动力系统控制器来将所述电装置的操作效率与上限电动机发电机逆变器效率阈值相比较，从而当选择所述升压操作模式时，确定所述电装置的操作效率是否等于或大于所述上限电动机发电机逆变器效率阈值，或者所述电装置的操作效率小于所述上限电动机发电机逆变器效率阈值；
利用所述混合动力系统控制器来控制所述电装置，从而当所述电装置的操作效率等于或大于所述上限电动机发电机逆变器效率阈值时在所述升压操作模式中操作所述电装置，其中，所述电装置从所述至少一个能量存储装置汲取电功率，用以产生用于所述内燃机的扭矩；
利用所述混合动力系统控制器来将所述电装置的操作效率与下限电动机发电机逆变器效率阈值相比较，从而当选择所述再生操作模式时，确定所述电装置的操作效率是否等于或大于所述下限电动机发电机逆变器效率阈值，或者所述电装置的操作效率小于所述下限电动机发电机逆变器效率阈值；以及
利用所述混合动力系统控制器来控制所述电装置，从而当所述电装置的操作效率等于或大于所述下限电动机发电机逆变器效率阈值时在所述再生操作模式中操作所述电装置，其中，当在所述再生操作模式中操作时，所述电装置接收来自所述内燃机的扭矩，用于产生用于对所述至少一个能量存储装置充电的电力。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括感测所述电装置的温度。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括将所述电装置的感测温度与电动机发电机逆变器温度阈值相比较，以确定所述电装置的所述感测温度是否等于或大于所述电动机发电机逆变器温度阈值，或者所述电装置的所述感测温度是否小于所述电动机发电机逆变器温度阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，进一步包括当所述电装置的所述感测温度等于或大于所述电动机发电机逆变器温度阈值时，禁止所述电装置在所述升压操作模式或所述再生操作模式中操作。
5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括当所述电装置的所述感测温度小于所述电动机发电机逆变器温度阈值时，允许所述电装置在所述升压操作模式或所述再生操作模式中操作。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当选择所述升压操作模式并且所述电装置的操作效率小于所述上限电动机发电机逆变器效率阈值时，发信号告知所述电装置的低操作效率。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括当选择所述再生操作模式并且所述电装置的操作效率小于所述下限电动机发电机逆变器效率阈值时，发信号告知所述电装置的低操作效率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，计算所述电装置的操作效率包括参考存储在所述混合动力系统控制器的存储器中的查询表，在所述能量存储装置的特定电压范围内，所述查询表使得来自所述电装置的扭矩输出与所述电装置的旋转速度相关联以限定数值。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括通过温度调节因子来调节所述数值以限定所述电装置的操作效率，其中，所述温度调节因子取决于所述电装置的温度并且乘以所述数值来限定所述电装置的操作效率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述电装置以在所述升压操作模式或所述再生操作模式中操作包括：
利用所述混合动力系统控制器计算机器终端电压；
将所述机器终端电压与电压阈值相比较，以确定所述机器终端电压是否等于所述大于所述电压阈值或者所述机器终端电压是否小于所述电压阈值；
当所述机器终端电压等于或大于所述电压阈值时，使用不连续脉宽调制来控制所述电装置在所述升压操作模式或所述再生操作模式中的操作；以及
当所述机器终端电压小于所述电压阈值时，使用空间矢量控制脉宽调制来控制所述电装置在所述升压操作模式或所述再生操作模式中的操作。
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