CN107444397A - 在马达可控性失去期间的混合动力车辆运行策略 - Google Patents

在马达可控性失去期间的混合动力车辆运行策略 Download PDF

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Abstract

公开了一种在马达可控性失去期间的混合动力车辆运行策略。一种车辆包括混合动力传动系统。混合动力传动系统包括发动机和电机。控制器被配置为：响应于电机的可控性失去，使动力传动系统以受限的运行模式运行。在受限的运行模式下，动力传动系统被控制为使得发动机速度处于使得电机产生给牵引电池充电的电流的速度范围内。响应于与控制电机的电力逆变器的通信失去，动力传动系统被控制为使得发动机速度处于所述速度范围内并监测流向牵引电池的电流。如果电流在阈值以上，则进入受限的运行模式。

Description

在马达可控性失去期间的混合动力车辆运行策略
技术领域
本申请总体上涉及一种在电推进单元的可控性失去期间的混合动力车辆运行策略。
背景技术
混合动力车辆通常包括为车辆提供推进的发动机和一个或更多个电机。此外，电机用于给电池充电。在多个情况下，电机会变得不可操作。对这种情况的典型响应是阻止混合动力车辆的运行。
发明内容
一种车辆包括结合到齿轮箱的电机和发动机。车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：在电机的可控性失去的情况下，对于由牵引电池的荷电状态小于阈值限定的时间段，操作发动机和齿轮箱以使电流从电机流向牵引电池。
一种混合动力传动系统包括控制器。所述控制器被配置为：响应于与控制用于推进的电机的电力逆变器的通信失去，将发动机速度调节为落入预定范围内。所述控制器还被配置为：响应于流入牵引电池的电流超过阈值，将混合动力传动系统转变至受限的运行模式，以将牵引电池的荷电状态保持在预定水平以上。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于转变至受限的运行模式，改变发动机速度和齿轮箱的挡位以在保持驾驶员需求的车速的同时使电机产生流向牵引电池的电流。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于将齿轮箱转变至驻车挡，使齿轮箱与电机之间的离合器分离并调节发动机速度以使电流从电机流向牵引电池。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：在行驶周期期间，将自动变速器的挡位改变至选择的挡位以允许发动机速度被控制在预定范围内。
根据本发明的一个实施例，所述预定范围基于牵引电池的电压、牵引电池的电阻、牵引电池的充电功率容量和电机的磁感应强度中的一个或更多个。
一种方法包括：响应于检测到电机的可控性失去以及牵引电池的荷电状态小于预定阈值，在行驶周期期间通过控制器改变发动机速度和变速器挡位，使得发动机速度落入预定范围内，进而旋转电机以使电流流向牵引电池。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：通过控制器将发动机速度限制为预定速度以防止超过牵引电池的充电功率容量。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于变速器挡位转变至驻车挡，通过控制器将发动机速度调节至预定范围内。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于检测到与控制电机的电力逆变器的通信失去，通过控制器改变发动机速度和变速器挡位，使得发动机速度落入预定范围内。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于在发动机速度落入预定范围内时流向牵引电池的电流超过预定阈值，通过控制器检测到所述可控性失去。
附图说明
图1是具有混合动力传动系统的车辆的框图。
图2描绘了混合动力传动系统中的电力电子器件的可行的配置。
图3是用于车辆动力传动系统的可行的操作序列的流程图。
具体实施方式
在此描述了本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采用各种可替代形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为具有限制性，而仅仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本实施例的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未被明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
参照图1，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(HEV)110的示意图。图1示出了部件之间的代表性关系。在车辆内部件的物理布局和方位可变化。HEV 110包括动力传动系统112。动力传动系统112包括驱动传动装置116的发动机114，该传动装置116可被称作模块化混合动力传动装置(MHT)。如将在下面进一步详细描述的，传动装置116包括诸如电动马达/发电机(M/G)118的电机、相关联的牵引电池120、变矩器122和多阶梯传动比自动变速器或齿轮箱124。
发动机114和M/G 118都是用于HEV 110的驱动源。发动机114通常代表可包括内燃发动机(诸如由汽油、柴油或天然气驱动的发动机)或燃料电池的动力源。发动机114产生发动机功率和对应的发动机扭矩，当位于发动机114与M/G 118之间的分离离合器126至少部分接合时，所述发动机扭矩被供应到M/G 118。M/G 118可通过多种电机中的任意一种来实现。例如，M/G 118可以是永磁同步马达。如将在下面描述的，电力电子器件156使由牵引电池120提供的直流(DC)电适应于M/G 118的需要。例如，电力电子器件可向M/G 118提供三相交流(AC)电。
当分离离合器126至少部分接合时，功率从发动机114流向M/G 118或从M/G 118流向发动机114是可能的。例如，分离离合器126可接合且M/G 118可作为发电机运转以将由曲轴128和M/G轴130提供的旋转能转换成将被储存在牵引电池120中的电能。分离离合器126还可分离以使发动机114与动力传动系统112的其余部分隔离，从而M/G 118可用作HEV 110的唯一的驱动源。轴130延伸通过M/G 118。M/G 118持续可驱动地连接到轴130，而发动机114仅在分离离合器126至少部分接合时才可驱动地连接到轴130。
M/G 118经由轴130连接到变矩器122。因此，在分离离合器126至少部分接合时，变矩器122连接到发动机114。变矩器122包括固定到M/G轴130的泵轮和固定到变速器输入轴132的涡轮。因此，变矩器122在轴130与变速器输入轴132之间提供液力耦合。当泵轮旋转得比涡轮快时，变矩器122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134还可被设置为：在接合时使变矩器122的泵轮与涡轮摩擦地或机械地结合，以允许更高效地传递动力。变矩器旁通离合器134可操作为提供平稳的车辆起步的起步离合器。可选地或相结合地，对于不包括变矩器122或变矩器旁通离合器134的应用而言，类似于分离离合器126的起步离合器可设置在M/G 118和齿轮箱124之间。在一些应用中，分离离合器126通常被称作上游离合器，起步离合器134(其可以是变矩器旁通离合器)通常被称作下游离合器。
齿轮箱124可包括齿轮组(未示出)，齿轮组通过选择性地接合摩擦元件(诸如离合器和制动器(未示出))而选择性地置于不同的齿轮比，以建立期望的多个离散传动比或多个阶梯传动比。齿轮箱124可提供预定数量的齿轮比，该齿轮比可从低的挡位(例如，第一挡)到最高的挡位(例如，第N挡)之间变化。齿轮箱124的升挡是转变到较高的挡位。齿轮箱124的降挡是转变到较低的挡位。摩擦元件可通过换挡计划来控制，该换挡计划将齿轮组的某些元件连接和分开以控制变速器输出轴136与变速器输入轴132之间的比率。基于各个车辆工况和环境工况，齿轮箱124通过关联的控制器(诸如，动力传动系统控制单元(PCU)150)从一个传动比自动地换挡到另一传动比。随后，齿轮箱124向输出轴136提供动力传动系统输出扭矩。
应理解的是，与变矩器122一起使用的液压控制式齿轮箱124仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；从发动机和/或马达接收输入扭矩然后以不同的传动比将扭矩提供到输出轴的任何多传动比齿轮箱是可接受用于本公开的实施例的。例如，可通过机械式自动(或手动)变速器(AMT)来实现齿轮箱124，AMT包括一个或更多个伺服马达以使换挡拨叉沿着拨叉导轨移动/旋转从而选择期望的齿轮比。如本领域普通技术人员通常所理解的，AMT可用于(例如)具有较高扭矩需求的应用中。
如图1的代表性实施例中所示出的，输出轴136连接到差速器140。差速器140经由连接到差速器140的各个车轴144驱动一对车轮142。差速器将大致相等的扭矩传递至每个车轮142，同时(例如)在车辆转弯时允许轻微的速度差异。不同类型的差速器或者类似的装置可用于将来自动力传动系统的扭矩分配到一个或更多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可根据(例如)特定的操作模式或状况而变化。
动力传动系统112还包括相关联的动力传动系统控制单元(PCU)150。虽然PCU 150被示出为一个控制器，但是PCU 150可以是较大的控制系统的一部分并且可通过遍布车辆110的各种其它的控制器(例如，车辆系统控制器(VSC))进行控制。因此，应理解的是，动力传动系统控制单元150和一个或更多个其它控制器可被统称为“控制器”，所述“控制器”响应于来自于多个传感器的信号而控制多个致动器，从而控制诸如启动/停止发动机114、使M/G 118运转以提供车轮扭矩或者给牵引电池120充电、选择或者计划变速器换挡等的功能。控制器150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者中央处理单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可包括(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。KAM是可被用于在CPU掉电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可通过使用任何数量的已知的存储装置来实施，例如，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(其中一些数据代表被控制器用于控制发动机或者车辆的可执行指令)的任何其它电的、磁的、光学的或它们相结合的存储装置。
控制器150经由输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和致动器进行通信，该I/O接口可被实现为提供各种原始数据或信号的调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。可选地，在特定的信号被提供到CPU之前，一个或更多个专用的硬件或者固件芯片可用于调节和处理所述特定的信号。如图1的代表性的实施例中总体上所示出的，PCU 150可将信号传输到发动机114、分离离合器126、M/G 118、起步离合器134、传动装置齿轮箱124和电力电子器件156，并且/或者可传输来自于发动机114、分离离合器126、M/G118、起步离合器134、传动装置齿轮箱124和电力电子器件156的信号。虽然未明确地示出，但是本领域普通技术人员将意识到，可由PCU 150控制的各种功能或组件位于上文所指出的子系统中的每个子系统内。可利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/或组件的代表性的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(用于火花点火发动机)、进/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)组件(例如，交流发电机、空调压缩机)、电池充电、再生制动、M/G运转、用于分离离合器126、起步离合器134以及传动装置齿轮箱124的离合器压力等。经由I/O接口传输输入的传感器可被用于指示(例如)涡轮增压器增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮速度(WS1、WS2)、车速(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)、废气氧气(EGO)或其它废气组分浓度或存在度、进气流量(MAF)、传动装置挡位、传动比或模式、变速器油温(TOT)、传动装置涡轮速度(TS)、变矩器旁通离合器134状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)。
由PCU 150所执行的控制逻辑或功能可在一个或更多个附图中通过流程图或者类似的图表来表示。这些附图提供代表性的控制策略和/或逻辑，该控制策略和/或逻辑可采用诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的一个或更多个处理策略来实现。因此，所示的各种步骤或者功能可以以所示的顺序执行、以并行的方式执行或者在某些情况下可被省略。虽然并不总是明确地示出，但是本领域普通技术人员将认识到一个或更多个所示的步骤或功能可根据正在采用的特定的处理策略而被重复地执行。类似地，处理的顺序不一定需要获得在此描述的特征和优势，提供处理的顺序仅仅是为了便于说明和描述。控制逻辑可主要在通过基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(诸如PCU 150)执行的软件中实施。当然，根据特定的应用，控制逻辑可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施。当在软件中实施时，控制逻辑可被设置在一个或更多个计算机可读存储装置或介质中，该计算机可读存储装置或介质存储有代表由计算机执行以控制车辆或其子系统的指令或代码的数据。计算机可读存储装置或介质可包括利用电的、磁的和/或光学的存储器来保持可执行的指令和相关联的校准信息、操作变量等的多个已知的物理装置中的一个或更多个。
车辆的驾驶者使用加速踏板152来提供推进车辆110所需求的扭矩、功率或驱动命令。通常，踩下和松开加速踏板152分别产生可被控制器150解释为需要增加动力或者减少动力的加速踏板位置信号。控制器150至少基于来自踏板的输入而命令来自发动机114和/或M/G 118的扭矩。控制器150还控制齿轮箱124内的换挡正时以及分离离合器126和变矩器旁通离合器134的接合或分离。类似于分离离合器126，可在接合位置和分离位置之间的整个范围内调节变矩器旁通离合器134。除了由泵轮和涡轮之间的液力耦合产生的可变的打滑之外，这也在变矩器122中产生可变的打滑。可选地，根据特定的应用，变矩器旁通离合器134可操作为锁止或断开，而不使用被调节的操作模式。
为了使用发动机114来驱动车辆110，分离离合器126至少部分地接合，以通过分离离合器126将发动机扭矩的至少一部分传递到M/G 118，然后从M/G 118传递通过变矩器122和齿轮箱124。M/G 118可通过提供额外的动力来辅助发动机14使轴130转动。此运行模式可被称作“混合动力模式”或“电力辅助模式”。
为了使用M/G 118作为唯一的动力源来驱动车辆110，除了分离离合器126将发动机114与动力传动系统112的其余部分隔离以外，动力流保持不变。在此期间可禁用发动机114内的燃烧或者以其它方式关闭发动机114以节省燃料。牵引电池120通过高电压(HV)总线154将储存的电能传递到可包括(例如)逆变器的电力电子器件156。高电压总线154包括用于在模块之间传导电流的线路和导体并可包括正极侧导体和负极侧或回流侧导体。电力电子器件156将来自牵引电池120的DC电压转化为将被M/G 118使用的AC电压。PCU 150命令电力电子器件156将来自于牵引电池120的电压转化为提供到M/G 118的AC电压以向轴130提供正扭矩或负扭矩。此运行模式可被称作“纯电动”运行模式。
在任意运行模式下，M/G 118可充当马达并且为动力传动系统112提供驱动力。可选地，M/G 118可充当发电机并且将来自于动力传动系统112的动能转化为将被储存在牵引电池120中的电能。例如，M/G 118可在发动机114正在为车辆110提供推进动力时充当发电机。M/G 118还可在再生制动期间充当发电机，在再生制动期间，来自于旋转的车轮142的旋转能通过齿轮箱124回传并且被转化为电能而储存在牵引电池120中。
应理解的是，图1中所示出的示意图仅为示例性的，并且不意味着具有限制性。可考虑利用发动机和马达两者的选择性接合来使扭矩传递通过变速器的其它配置。例如，M/G118可以相对于曲轴128偏移，可设置额外的马达来启动发动机114，并且/或者M/G 118可设置在变矩器122和齿轮箱124之间。在不脱离本公开的范围的情况下可考虑其它配置。
车辆110可使用M/G 118来起动发动机114。PCU 150可经由电力电子器件156命令分离离合器126闭合并请求来自M/G 118的扭矩。来自M/G 118的扭矩使发动机114旋转，从而发动机速度增大到预定速度以上，在这时可命令发动机114提供燃料并点火以使发动机保持继续旋转。在发动机转动和初始的起动期间，变矩器122可提供一些扭转隔离(torsional isolation)。在一些车辆配置中，还可将低电压起动马达168结合到发动机114以提供起动发动机114的辅助或备选装置。
车辆110还可包括电力转换模块158和辅助电池160。辅助电池160可以是低电压电池(诸如通常在机动车中使用的12伏电池)。辅助电池160的端子可电连接到低电压总线166。低电压总线166包括用于在连接的模块之间传导电流的线路和导体。电力转换器158可电连接在高电压总线154与低电压总线166之间。电力转换模块158可以是DC/DC转换器，DC/DC转换器被配置为将来自高电压总线154的电压转换成与低电压总线166兼容的电压水平。电力转换器158还可被配置为将来自低电压总线166的电压转换成与高电压总线154兼容的电压。例如，电力转换器158可被配置为在高电压总线154与低电压总线166之间提供双向电流流动。
M/G 118可以是永磁(PM)电机。PM电机包括转子和定子。定子可包括用于产生磁场以使转子旋转的绕组。经过定子绕组的电流可被控制为改变作用于转子上的磁场。PM电机的转子包括产生磁场的永磁体，该磁场与定子磁场相互作用以使转子旋转。可通过由定子产生的磁场的频率来控制转子的速度。由于PM电机的转子具有磁体，所以使转子旋转将产生与定子绕组相互作用的磁场。结果是在定子电路中产生电压或反电动势(EMF)。反EMF的大小随着转子的转速而增大。
PM电机可以是三相电机。三相PM电机可包括结合到定子绕组的三个相端子。每个相端子结合到不同组的定子绕组。通过控制施加到每个相端子的电流和电压，可控制定子磁场。可将各个相控制为使得每个相之间的电压的相角差为120度。
图2描绘了电力电子模块156的可行的配置。电力电子模块156可被配置为将高电压总线154的正极端子和负极端子转换成M/G 118的相端子。
电力电子器件156可与结合到M/G 118的转子的位置或速度反馈装置202交互。例如，速度反馈装置202可以是解角器(resolver)或编码器(encoder)。速度反馈装置202可提供指示M/G 118的转子的位置或速度的信号。电力电子器件156可包括电力电子器件控制器200，电力电子器件控制器200与速度反馈装置202交互并处理来自速度反馈装置202的信号。电力电子器件控制器200可被配置为使用速度和位置反馈来控制M/G 118的运转。
使用单个电机来进行推进并给电池充电的混合动力传动系统可能容易受到不可操作的部件的影响。期望在尽可能多的情况下保持M/G 118的运转。混合动力传动系统的M/G 118用作车辆110的唯一的电力发电机。M/G 118的可操作性的任何失去都将导致牵引电池120被耗尽。由于牵引电池120经由电力转换器158提供用于为辅助电池160充电的电力，因此辅助电池160也会被耗尽。当牵引电池120或辅助电池160的荷电状态降低至相关阈值以下时，车辆可能无法运行。在相关阈值处或附近，当不再提供车辆功能时，可发起有序的关闭。改进的运行模式可以是实施受限的运行策略(LOS)，LOS被设计为使用M/G 118固有的操作特性来保持电池的荷电状态。
电力电子器件控制器200可被配置为诊断电力电子器件156的可操作性。例如，电力电子器件控制器200可被配置为诊断与速度反馈装置202有关的问题。多种状况可导致速度反馈装置202变得不可操作。例如，位于电力电子器件控制器200与速度反馈装置202之间的导线的断开或间歇性连接会导致信号丢失。在一些情况下，导线会与其它导体短接，这导致可靠信号的丢失。此外，关于速度反馈装置202的机械方面的问题会导致信号丢失。可监视其它传感器(诸如电压传感器和电流传感器)和致动器(诸如开关装置)以进行适当的操作。
电力电子器件控制器200还可被配置为经由通信网络204与其它车辆控制器(例如，PCU 150)进行通信。例如，PCU 150和电力电子器件控制器200可通过车辆通信网络204彼此进行通信。与速度反馈装置202有关的数据和状态信息可经由通信网络204传输至用于动力传动系统控制和协调的其它控制器。连接到网络204的控制器可针对通信错误而监测通信网络204。连接到网络204的控制器可被配置为以预定时间间隔传输消息。控制器可监测接收通信网络204上的连续的消息之间的时间间隔。如果该时间间隔超过预定阈值，则可检测到传输侧的控制器的通信失去(loss of communication)。例如，电力电子器件控制器200可被配置为以周期性间隔向PCU 150发送速度反馈消息。PCU 150可监测接收连续的速度反馈消息之间的时间间隔。如果速度反馈消息之间的时间间隔超过预定时间，则PCU 150可检测到通信失去的状况。
电力电子器件156可包括多个开关装置210、212、214、216、218、220。开关装置可以是绝缘栅双极结型晶体管(IGBT)或其它固态开关装置。开关装置可被配置为将高电压总线154的正极端子和负极端子选择性地连接到M/G 118的每个相端子或柱(例如，被标记为U、V、W)。开关装置中的每个可具有并联连接的相关联的二极管222、224、226、228、230、232，以在开关装置处于非导电状态时为感应电流提供路径。开关装置210、212、214、216、218、220中的每个均可具有用于控制相关联的开关装置的操作的控制端子。控制端子可电连接到电力电子器件控制器200。电力电子器件控制器200可包括相关联的电路以驱动并监测控制端子。
第一开关装置210可将HV总线正极端子选择性地连接到M/G 118的第一相端子(例如，U)。第一二极管222可与第一开关装置210并联连接。第二开关装置212可将HV总线负极端子选择性地连接到M/G 118的第一相端子(例如，U)。第二二极管224可与第二开关装置212并联连接。第三开关装置214可将HV总线正极端子选择性地连接到M/G 118的第二相端子(例如，V)。第三二极管226可与第三开关装置214并联连接。第四开关装置216可将HV总线负极端子选择性地连接到M/G 118的第二相端子(例如，V)。第四二极管228可与第四开关装置216并联连接。第五开关装置218可将HV总线正极端子选择性地连接到M/G 118的第三相端子(例如，W)。第五二极管230可与第五开关装置218并联连接。第六开关装置220可将HV总线负极端子选择性地连接到M/G 118的第三相端子(例如，W)。第六二极管232可与第六开关装置220并联连接。
电力电子器件控制器200可被配置为操作开关装置210、212、214、216、218、220以控制施加到M/G 118的电压和电流。电力电子器件控制器200可操作开关装置210、212、214、216、218、220使得每个相端子在特定时间仅连接到HV总线正极端子或HV总线负极端子中的一个。多种马达控制算法和策略可适于在电力电子器件控制器200中实现。电力电子器件156还可包括电流传感器和电压传感器。电流传感器可以是电感装置或霍尔效应装置，其被配置为产生指示流经相关联的电路的电流的信号。电压传感器可以是电阻网络并包括使高电压系统与低电压系统分开的隔离部。
在正常工况下，电力电子器件控制器200控制M/G 118的运转。例如，响应于扭矩设定值和/或速度设定值，电力电子器件控制器200可操作开关装置210、212、214、216、218、220以控制M/G 118的扭矩和速度以实现设定值。扭矩设定值和/或速度设定值可被处理为产生用于开关装置210、212、214、216、218、220的期望的开关模式。可利用脉宽调制(PWM)信号驱动开关装置210、212、214、216、218、220的控制端子以控制M/G 118的扭矩和速度。电力电子器件控制器200可使用诸如矢量控件(vector control)和六步控件(six-stepcontrol)的开关装置来执行用于控制M/G 118的各种已知的控制策略。在正常工况期间，开关装置210、212、214、216、218、220被主动地控制为实现使期望的电流流过M/G 118的每相。
在异常的工况期间，电力电子器件控制器200会经历失去控制M/G 118的能力。对不能按照可靠的方式运转或控制M/G 118的这些状况的一种可能的响应是停止操作开关装置210、212、214、216、218、220。例如，电力电子器件控制器200可中止启用开关装置210、212、214、216、218、220，以防止向M/G 118供电。在这种情况下，开关装置210、212、214、216、218、220处于非导电状态。在这些情况下，M/G 118不能用于推进。然而，车辆110仍可使用发动机114来运行。在这种状况下，M/G 118可通过被发动机114驱动而继续旋转。
在特定情况下，电力电子器件控制器200可以使M/G 118以受限的运行模式继续运转。例如，在特定情况的事件中，M/G 118可以以开环模式运转。开环模式可提供最小的功能性并可允许M/G 118的受限的运行。开环模式可将开关装置210、212、214、216、218、220操作为基于期望速度设定值而以预定频率提供预定大小的电流。按照这种受限的模式运行的能力可取决于导致可控性失去的情况。例如，PCU 150与电力电子器件控制器200之间的通信失去可导致以受限的运行模式运转。在通信失去期间，电力电子器件控制器200可能不接收更新的扭矩设定值和/或速度设定值。在通信失去之后，电力电子器件控制器200可使用上次接收的设定值运行有限的时间段。在该时间段过后，电力电子器件控制器200可利用零扭矩设定值进行运行。电力电子器件控制器200可将开关装置210、212、214、216、218、220操作为使得不向M/G 118施加扭矩。
响应于速度和位置反馈的丢失，电力电子器件控制器200可被配置为切断开关装置210、212、214、216、218、220以使其处于非导电状态。在速度反馈丢失期间，由于不再准确地获知转子的速度，所以可能危及M/G 118的控制。试图操作开关装置210、212、214、216、218、220会导致M/G 118的不期望的运转。
PM电机的特性是当PM电机旋转时将在定子中感应出电压。随着转速增大，感应的电压增大。当开关装置处于非导电状态时，二极管222、224、226、228、230、232可用作整流网络。如果感应的电压增大到超过HV总线正极端子的电压的水平，则二极管222、224、226、228、230、232可将电流传导至HV总线。在将开关装置210、212、214、216、218、220保持在非导电状态下的操作状态下，供应至HV总线154的电流不受电力电子模块156控制。为防止HV总线154上的过电压或过电流状况，控制M/G 118的速度会是有益的。
在特定情况下，这种自生的特性(self-generating characteristic)可用于提供应急(limp-home)运行模式。在不能操作开关装置210、212、214、216、218、220以利用M/G118提供推进时，发动机114仍可结合到驱动轮142。牵引电池120可经由电力转换器158为低电压总线166上的附件负载162供电。由于这一点，当M/G 118没有为了再充电而运转时，牵引电池120会被耗尽。然而，在不主动控制开关装置210、212、214、216、218、220的情况下，可利用M/G 118和电力电子器件156对牵引电池120进行再充电。PCU 150可操作发动机114和齿轮箱124以保持M/G 118以使得牵引电池120被充电的速度运转。
此外，附件162可被控制为降低耗电量。在LOS模式下，可禁用非必要的、与安全性不相关的电力负载。例如，在LOS模式下，可禁用加热座椅。其它附件可以以受限的模式运行。例如，可改变车厢加热和/或冷却策略以限制所需的电力的量。
当电力电子器件156不能有效地控制M/G 118时，动力传动系统112可以以受限的运行策略运行。LOS模式可允许车辆110到达安全的目的地并防止车辆110立即关闭。这提供可允许车辆以受限的里程运行的应急模式。
图3描绘了用于运行车辆的可行的操作序列的流程图。在操作302处，可检测与电力电子器件156相关的诊断状况。诊断状况可指示M/G 118受电力电子器件156的可控性失去。例如，速度反馈的丢失可产生导致电力电子器件控制器200处于不再启用开关装置的模式的诊断状况。可控性失去的状况包括电力电子器件156或速度反馈装置202内的导致开关装置210、212、214、216、218、220处于非导电状态的任何状况。例如，会导致可控性失去的其它状况可以是电力电子器件控制器200中的不可操作的微处理器、存储器和/或电路。诊断状况可包括导致M/G 118的可控性失去的任何状况。诊断状况可包括检测到与电力电子器件控制器200的通信失去。可控性失去的状况不包括切断或损伤从马达通过电力电子器件到HV总线的电通道的任何状况。所描述的受限的运行策略取决于用于产生电力的电通道是完好无损的。
在操作304处，响应于检测到诊断状况，可显示维修消息。车辆110可包括可向操作者提供呈现诊断状况和车辆110需要注意的指示的显示面板或仪表组。例如，针对剩余的点火周期，可使尽快维修车辆指示灯(service vehicle soon lamp)发光。诊断状况的记录可存储在PCU 150的非易失性存储器中以用于后续检索。
在操作306处，可确定用于被动充电的目标发动机速度。目标发动机速度可以是根据齿轮箱124的选择的挡位、牵引电池120的荷电状态和/或HV总线154的电压水平的。目标发动机速度还可以是根据车速的。可计算目标发动机速度范围以提供能实现给HV总线154提供电流的目标的发动机速度的区间(window)或范围。目标发动机速度范围的上限可被限定为产生预定的最大电流量时的发动机速度。预定的最大电流量可以是牵引电池充电电流限制。目标发动机速度范围的下限可被限定为产生预定的最小电流量时的发动机速度。
当分离离合器126接合时，M/G 118的速度与发动机114的速度成比例。可基于对M/G 118的测试和分析来获知M/G 118的磁特性和电特性。例如，可获知产生的电压与M/G 118的转速之间的关系。这一关系可以是根据M/G118的磁体的磁感应强度的。这一关系还可以是根据定子绕组的数量和排布的。M/G 118的速度可用于计算对应的发动机速度。这一关系可根据存储在控制器非易失性存储器中的查询表格来实现。可由控制器测量HV总线电压和/或牵引电池电压。牵引电池电压可用于确定M/G 118的用于给牵引电池120充电的电压输出。获知M/G 118的期望的电压输出，可由存储的关系来确定使M/G 118旋转以产生期望的电压输出的发动机速度。
最大的发动机目标速度可以是根据牵引电池电压、牵引电池电荷容量、牵引电池电阻和M/G 118的磁感应强度的。牵引电池电荷容量可被限定为牵引电池可被充电的最大电量。此外，最大的发动机目标速度可被选择为防止HV总线154的过电压和/或过电流。最小的发动机目标速度可以是根据牵引电池电压和M/G 118的磁感应强度的。
例如，牵引电池的当前电压可以是300V。当前电池充电电力限制可以是35千瓦。电机磁感应强度(可被表达为产生的电压与马达转速之比)可以是100毫伏/RPM(转每分)。在该示例中，影响电池充电的最小的发动机/马达速度将是300V/(0.1V/RPM)或3000RPM。在该速度下，电池充电将为零。
可使用电池充电功率容量和电池电阻估计量来计算最大的发动机/马达速度。例如，电池电阻可被估计为0.2欧姆。将被施加的最大充电电流可计算为35kW/300V或116.7A。电池电阻的压降可计算为最大充电电流与电池电阻的乘积，在这个示例中电池电阻的压降为23V。因此，电机的输出可以为323V。通过除以电压/速度比，电机的输出可被转换成等效的发动机/马达速度并将得到3230RPM。对于这个示例的配置，预定的目标发动机速度范围可以是在3000RPM到3230RPM之间。
在车辆运行期间，可随着各个参数在车辆运行期间变化而调节目标发动机速度范围。可实时地如所述地计算目标发动机速度范围。
在操作316处，如果发动机114还未运转并且需要推进或给牵引电池充电，则可起动发动机114。如果牵引电池120的荷电状态在预定阈值以下，则可起动发动机114。如果由加速踏板152确定的驾驶员推进需求在阈值需求水平以上，则可起动发动机114。当M/G 118当前不能被控制时，PCU 150可命令低电压起动机168来使发动机114转动。在发动机转动期间，分离离合器126可分离。一旦发动机114运转起来，分离离合器126就可接合以使M/G 118旋转并向齿轮箱124提供扭矩。当牵引电池荷电状态在阈值以上时，发动机启动/停止特征可保持起作用以改善燃料经济性。
在操作308处，可执行检查以确定所出现的诊断状况的类型。通信故障是PCU 150与电力电子器件控制器200之间通过车辆网络204的通信的失去。在通信故障期间，电力电子器件控制器200可继续操作开关装置。例如，开关装置可被操作为保持先前的扭矩水平或确保从M/G 118输出零扭矩。由于在控制器之间不存在通信，所以车辆控制器150不能确定电力电子模块156的操作模式。然而，系统行为的额外的观察可确定操作模式。响应于检测到通信失去的状况，控制器150可执行操作序列(例如，操作322-操作332)以确定电力电子器件156的操作模式。
在操作322处，PCU 150可使发动机114运转为使得发动机速度小于目标发动机速度范围的上限。例如，如果当前的发动机速度在上限以上，则发动机114可被控制为降低发动机速度。此外，PCU 150可命令齿轮箱124转换至选择的挡位，以便于将发动机速度保持在目标发动机速度的上限以下。当可能不能完全获知电力电子器件156的操作状态时，将发动机速度削减或限制到上限将防止M/G 118产生过大的电流。
在操作324处，PCU 150可命令发动机114以目标发动机速度范围内的发动机速度运转。如果发动机114未以目标发动机速度范围内的发动机速度运转，则可命令发动机114以命令的发动机速度运转。此外，PCU 150可命令齿轮箱124换挡至另一挡位，以实现目标发动机速度。例如，基于当前车速，当前挡位可能不能实现目标发动机速度范围。PCU 150可确定在当前车速下允许发动机在目标发动机速度范围内运转的挡位。例如，针对当前车速齿轮箱124可降挡以允许发动机速度增大。
在操作326处，测量或估计电池电流。在操作328处，检查电池电流以确定电池电流是否从在将发动机速度设定在目标发动机速度范围内之前的水平增大。在目标发动机速度范围内的命令的发动机速度下，预期M/G 118应向HV总线154提供电流。可测量流向牵引电池120的电流以确定M/G 118是否作为发电机运转。如果电池电流没有增大，则执行操作332。在操作332处，PCU 150可采取电力电子器件156的自主行为(autonomous behavior)。即，电力电子器件控制器200对电力电子器件156进行控制并操作开关装置。在这种情况下，防止以LOS模式运行。
如果电池电流增大，则可确定M/G 118的可控性失去并且可执行始于操作310的操作序列。在操作310处，可开始LOS模式。在LOS模式下，动力传动系统112可运行为将M/G 118保持在与目标发动机速度范围内的发动机速度对应的速度。
响应于在操作308处检测到M/G 118的可控性失去，控制器150可执行操作序列(例如，操作310-操作320)以实施LOS。即，M/G 118可以以使得牵引电池120被再充电的速度运转。
在操作312处，可确定牵引电池120的荷电状态(SOC)。可从牵引电池控制器接收SOC。在操作314处，可将SOC与阈值SOC进行比较。通常，PCU 150可试图防止SOC下降至预定的最小阈值以下。如果SOC大于或等于该预定的最小阈值，则可能不会立即需要使发动机114在目标发动机速度范围内运转以给牵引电池120充电。发动机速度和齿轮箱挡位的选择可以基于车速和加速踏板152的操作。在这种非充电模式下，发动机速度可以在LOS模式的目标发动机速度范围之外。如果SOC低于该预定的最小阈值，则可执行操作318以使动力传动系统为了给牵引电池120充电而运行。
在操作318处，命令动力传动系统使发动机114在目标发动机速度范围内运行。动力传动系统112的运行可取决于动力传动系统112的运行模式。例如，在驻车(Park)模式下，车辆110可以是静止的，同时动力传动系统112运行(on)。在驻车模式下，PCU 150可控制变矩器旁通离合器134分离以使M/G 118与齿轮箱124断开。当发动机114运转时，PCU 150可命令分离离合器126接合以结合发动机114和M/G 118。随后，M/G 118可以以受发动机速度控制的速度旋转。发动机114被运转为使得发动机速度处于目标发动机速度范围内。
在行驶运行模式下，动力传动系统112可被控制为将发动机速度保持在目标发动机速度范围内。在行驶运行模式下，车辆110可以以根据加速踏板152的应用的速度行进。车辆110的速度可取决于变速器输出轴136的速度。M/G 118的速度可通过变速器齿轮比而与变速器输出速度相关。当变速器具有可选的齿轮比时，可选择齿轮比以使M/G 118以与目标发动机速度范围内的发动机速度对应的速度运转。PCU 150可计算期望的变速器挡位并命令变速器124换挡至选择的挡位。该挡位可使得发动机114以比正常运行期间的速度高的速度运转。当启用受限的运行策略时，动力传动系统可与正常运行期间明显不同地运行。
在行驶模式下，操作者可使用加速踏板152改变车速。这样，在行驶周期期间车速可因驾驶员需求而改变。在车辆运行期间PCU 150可监测电池电流和发动机速度以将发动机速度保持在目标发动机速度范围内。PCU 150可命令齿轮箱124换挡以将发动机速度保持在目标发动机速度范围内。在这些情况下，离合器134可分离以允许M/G速度与变速器输入轴速度之间的一些差异。PCU 150还可控制附件162的操作以降低在以LOS模式运行时所需的电力。
可监测在行驶模式期间的制动应用以调节动力传动系统的操作。例如，PCU 150可接收指示制动踏板位置的信号。在车辆正在制动的情况下，PCU150可控制离合器134和齿轮箱124，使得发动机114可保持在目标发动机速度范围内运转。在制动应用期间或当车辆停止时，齿轮箱124可换挡至空挡，离合器134可分离。这使得发动机114被控制在目标发动机速度范围内。
在操作320处，使用M/G 118对牵引电池120进行被动充电。在充电期间，可监测电池电流以确保LOS模式正确地运行。例如，可监测电池电流以确保电池电流保持在预定范围内。此外，可监测牵引电池120的荷电状态。当荷电状态超过预定的上阈值时，可中止LOS模式。预定的上阈值可大于发起被动充电的阈值以提供一些滞后。经过行驶周期的过程，随着状况改变可重复这些操作以将牵引电池120的荷电状态保持在可接受的水平。
所描述的系统允许混合动力车辆的应急模式。所描述的LOS模式允许车辆在不使用M/G 118进行推进的情况下行进。益处是在之前将导致车辆不可操作的情况的事件中车辆可行驶至安全地点。此外，LOS模式将牵引电池120保持在允许后续行驶周期的水平。这样，可避免拖车并且操作者可将车辆驾驶到维修站。
在此公开的过程、方法或算法可传输到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，处理装置、控制器或计算机可能包括任何现存的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可被存储为可能以多种形式由控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但是不限于永久地存储在不可写入存储介质(例如，ROM装置)上的信息和可变地存储在可写入存储介质(例如，软盘、磁带、CD、RAM装置、其它磁性介质和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法还可能以软件可执行对象实现。可选地，所述过程、方法或算法可利用合适的硬件组件(例如，特定用途集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合而整体或部分地实现。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了由权利要求所包含的所有可能形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下能够进行各种改变。如之前描述的，各个实施例的特征可组合，以形成本发明的可能未明确描述或示出的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已经被描述为提供优点或者在一个或更多个期望特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可折衷，以实现期望的总体系统属性。这些属性可包括但是不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、装配容易性等。这样，被描述为在一个或多个特性方面比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例不在本公开的范围之外，且可期望用于具体应用。

Claims (11)

1.一种车辆，包括：
结合到齿轮箱的电机和发动机；
控制器，被配置为：在电机的可控性失去的情况下，对于由牵引电池的荷电状态小于阈值限定的时间段，操作发动机和齿轮箱以使电流从电机流向牵引电池。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于在所述时间段期间齿轮箱转变到驻车挡，使齿轮箱与电机之间的离合器分离并改变发动机的速度，以进一步使电流从电机流向牵引电池。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述操作发动机包括调节发动机的速度，使得电流小于预定的充电电流限制。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述操作发动机包括基于牵引电池的电压而调节发动机的速度。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述操作发动机包括基于牵引电池的充电功率容量而调节发动机的速度。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述操作发动机包括基于电机的磁感应强度而调节发动机的速度。
7.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述操作发动机包括基于牵引电池的电阻而调节发动机的速度。
8.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于电机的速度反馈的丢失而检测到电机的可控性失去。
9.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于来自控制电机的电力逆变器的指示禁止启用电力逆变器中的开关装置的状况的诊断信号，检测到电机的可控性失去。
10.一种混合动力传动系统，包括：
控制器，被配置为：
响应于与控制用于推进的电机的电力逆变器的通信失去，将发动机速度调节为落入预定范围内；
响应于流入牵引电池的电流超过阈值，将混合动力传动系统转变至受限的运行模式，以将牵引电池的荷电状态保持在预定水平以上。
11.一种方法，包括：
响应于检测到电机的可控性失去以及牵引电池的荷电状态小于预定阈值，在行驶周期期间通过控制器改变发动机速度和变速器挡位，使得发动机速度落入预定范围内，进而旋转电机以使电流流向牵引电池。
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