CN110341452B - 管理具有可变几何涡轮增压器的混合动力系中的零踏板操纵 - Google Patents
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Abstract
一种混合动力系包括内燃发动机，内燃发动机具有以发动机转速旋转的曲轴、以及具有压缩机和涡轮的可变几何涡轮增压器(VGT)。该涡轮具有涡轮翼片，并且配置成响应于来自发动机的排气流而旋转，从而旋转压缩机。电机配置成在动力系的预定操作模式完成时选择性地将马达扭矩传递到曲轴。发动机和电机具有响应于加速和制动请求的对应速度。控制器执行一种方法，在该方法中，控制器响应于发动机转速使涡轮翼片的翼片位置与电机的马达扭矩相协调，在加速和制动请求都为零的零踏板操纵期间这样做。
Description
引言
动力系可以包括具有涡轮增压器的内燃发动机，该涡轮增压器压缩发动机进气歧管上游的进气气流。涡轮增压器的操作迫使额外的氧气进入发动机燃烧室。在涡轮增压器内，涡轮可以同轴地联接到压缩机。来自发动机的排气流通过涡轮作用在布置在涡轮内的翼片上，这又引起涡轮和压缩机旋转。压缩机的操作最终提高了发动机的总功率和效率。
如本领域中所使用的，术语“纵横比”是指螺旋锥形入口到上述涡轮(即，涡轮蜗壳)的面积与位于涡轮中心处的叶轮的半径的比率。纵横比最终影响涡轮增压器的功率输出响应。这种响应中的延迟(称为“涡轮迟滞”)可表现为加速期间延迟的节气门响应，其中涡轮迟滞在低发动机转速和低发动机负载下最明显。可变几何涡轮增压器(VGT)组件具有可移动的涡轮翼片，其在涡轮内的位置可实时调节。改变基于发动机转速的翼片位置，最终改变纵横比。因此，相对于具有固定纵横比的涡轮增压器，通过VGT实时调节纵横比的能力提高了发动机的总体运行效率。
发明内容
本文公开了一种混合动力系，其包括具有可调节涡轮翼片的VGT组件、联接至内燃发动机的电机、以及控制器。该控制器配置成用于在零踏板操纵期间(即，加速请求和制动请求都为零的时间段)用来自该电机的请求扭矩来协调涡轮翼片的翼片位置。在车辆实施例中，例如在滑行或发动机起动之后，这样的时间段通常先于节气门踩踏操纵。因此，本文公开的控制方法旨在优化随后的踩踏操纵的效率和性能。
特别是在轻度混合动力应用中，例如在带式交流发电机起动机(BAS)构造中，电机用作起动马达以起动发动机，而非作为提供驱动扭矩主要来源的牵引马达。在零踏板操纵期间使用本电机可能产生不期望的驾驶感，例如重制动感。这种效果是由于给电机供电的电池组正在主动充电时马达摩擦增加造成的。当释放加速器踏板并且不施加制动踏板时，这种不期望的制动感可能显现出来。
同时，涡轮翼片位置通常在节气门踩踏之前处于完全关闭位置，以确保在随后的节气门踩踏事件期间扭矩响应更迅速。然而，全关闭涡轮翼片增加了发动机摩擦。因此，本文公开的控制器配置为在零踏板操纵期间，以在对电池组的能量回收和驱动质量之间提供折衷的方式，利用涡轮翼片位置来协调由电机传递到发动机的扭矩，从而减轻上述的重制动感，同时确保踩踏响应更快。
在如本文详细描述的示例性实施例中，混合动力系包括例如柴油发动机的内燃发动机、电机和控制器。发动机的曲轴以发动机转速旋转。发动机包括VGT，该VGT具有经由轴联接在一起的压缩机和涡轮。涡轮包括可调节的或可移动的涡轮翼片，其中该涡轮响应于来自经过涡轮的发动机的排气流而旋转，这又引起联接的压缩机旋转。
在动力系的预定操作模式(例如发动机停止事件或滑行事件)完成时，电机选择性地将马达扭矩传递到曲轴。发动机和电机具有响应于加速和制动请求的对应速度。控制器使涡轮翼片的翼片位置与电机器输出的马达扭矩协调，以响应于输入信号，且输入信号包括发动机转速。控制动作发生在加速和制动请求都为零的零踏板操纵期间，例如在车辆的驾驶员正在巡航时或在发动机停止事件之后。
动力系可以包括加速器踏板和制动器踏板，其中加速和制动请求分别经由控制器基于加速器踏板和制动器踏板的相应测量位置来确定。可替代地，加速和制动请求可以由控制器自主产生。
控制器的输入信号还可以包括发动机的燃烧模式。
在一些实施例中，该控制器被编程为确定用于踩踏操纵的电机的要求扭矩容量，并且包括由翼片位置索引的查找表。控制器使用发动机转速提取涡轮的第一要求翼片位置，其中第一要求翼片位置对应于第一要求扭矩容量。
控制器可以确定对应于要求扭矩容量为零时(例如0Nm)的第二要求翼片位置，然后经由泵送损失模型确定第一和第二翼片位置中的每一个VGT中对应泵送损失的差值。控制器还通过将来自损失模型的对应泵送损失的差值与校准基线切断扭矩相加来计算用于最终变速器到电机的马达扭矩指令，其中切断扭矩是对应于发动机的零燃料供给条件的扭矩值，即，发动机气缸的燃料供给中断时。
动力系可以包括变速器和驱动轮。在该实施例中，变速器联接到发动机和驱动轮，使得来自发动机的发动机扭矩最终经由变速器传递到驱动轮。
本文还公开了一种用于管理上述混合动力系中的零踏板操纵的方法。该方法包括在零踏板操纵期间经由控制器接收包括发动机转速的输入信号。该方法还包括，响应于输入信号，在动力系的预定操作模式完成时，使用控制器来协调涡轮的多个涡轮翼片的翼片位置与电机的马达扭矩。另外，该方法包括在动力系的预定操作模式完成时将马达扭矩传递到发动机的曲轴。
以上发明内容并不旨在表示本公开的每个实施例或方面。相反，前述发明内容举例说明了本文所述的某些新颖方面和特征。当结合附图和所附权利要求时，通过以下用于实现本公开的代表性实施例和实施方式的详细描述，本公开的上述和其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是具有混合动力系的示例性机动车辆的示意图，动力系包括联接到内燃发动机的电机，发动机具有可变几何涡轮增压器(VGT)，该可变几何涡轮增压器的操作在零踏板操纵期间与电机操作协调。
图2是用于在上述零踏板操纵期间协调图1中VGT和电机的操作的示意性逻辑流程图。
本发明易于修改和采用替代形式，其中代表性实施例通过附图中的示例示出并在下文中详细描述。本公开的创造性方面不限于所公开的具体形式。相反，本公开旨在覆盖落入由所附权利要求限定的本公开范围内的修改、等同物、组合和替换。
具体实施方式
参照附图，其中相同的附图标记在若干附图中对应于相同或相似的部件，混合动力系10P在图1中示出为具有内燃发动机(E)12的示例性机动车辆10的一部分。动力系10P可以实施为轻度混合动力系。如本文使用的，术语“轻度混合”是指其中电机(MA)24(例如，18-48伏特的电牵引马达)不作为主扭矩发生器推进车辆10的动力系布置。相反，电机24用于在某些驾驶操纵期间选择性地辅助发动机12的整体操作，从而允许发动机12在车辆10滑行或静止时关闭。电机24的使用促进了发动机12快速重启，并且因此实现了节省燃料的启停功能。
混合动力系10P可以包括变速器(T)14。发动机12的曲轴13经由第一离合器C1(例如液力变矩器或摩擦离合器)选择性地联接到变速器14的输入构件15。变速器14例如通过一个或多个行星齿轮组和离合器(未示出)将扭矩传递至输出构件17。转而，来自输出构件17的扭矩经由差速器20传递到驱动轴19，并且最终传递到布置在驱动轴19上的驱动轮22。因此，在本实施例中，变速器14联接到发动机12和驱动轮22，使得来自发动机12的发动机扭矩经由变速器14传递到驱动轮22。
作为本文描述的混合动力系10P的一部分，电机24可以经由第二离合器C2选择性地连接到曲轴13。因此，来自电机24的马达扭矩根据需要从转子轴240传递到曲轴13，以作为带式交流发电机起动机(BAS)系统的一部分来开动和起动发动机12。尽管为了说明简单清楚而进行了省略，但是本领域的普通技术人员将理解，这样的系统可以包括附属皮带，滑轮和适于向发动机12传递扭矩辅助的其他驱动部件，并且由此在车辆10的发动或其他加速事件期间提供额外的动力。电机24还可以根据需要向发动机12传递扭矩脉冲，以帮助降低噪声，振动和声振粗糙度，从而改善驱动质量和燃料效率。
电机24可以实施为如可能的实施例中所示的交流电(AC)设备，并且因此可以经由AC电压总线27连接到功率逆变器模块(PIM)26。在这样的实施例中，PIM 26经由直流电(DC)电压总线25电连接到高压电池(BHV)28。PIM 26的操作，包括经由脉冲宽度调制或其它合适的开关控制技术对各个半导体开关(未示出)的开关控制，最终使得DC或AC电压能够产生，即用于对电池组28再充电的DC电压或用于对电机24的相绕组通电的AC电压。
涡轮增压器21T用作发动机12的一部分。涡轮增压器21T包括可变几何涡轮21和压缩机23。涡轮21和压缩机23通过轴29同轴联接。结果，涡轮21和压缩机23一致地旋转。经由操作压缩机23压缩的环境空气(箭头A)供给到发动机12的进气歧管30中。发动机12的气缸内的燃烧最终产生后燃烧气体作为产生发动机输出扭矩的副产物，如箭头F所示的排气流进入排气歧管32。
排气歧管32可以与可选的增压空气冷却器(34)流体连通，该增压空气冷却器在排气流进入VGT 21T之前冷却排气流(箭头F)。在此，排气流(箭头F)使涡轮旋转，该涡轮由于经由轴29的直接联接而又使压缩机23旋转，其中轴29的旋转由箭头11示出。排气(箭头F)最终从涡轮21排出，如箭头X所示，在示例性柴油燃料应用中，排气随后在下游由催化剂和颗粒过滤器(未示出)处理和过滤。
尽管为了说明简单而在图1中省略了VGT，但是诸如VGT 21T的VGT包括安装在轴11上的涡轮。从发动机12的气缸排出的排气流(箭头F)最终使保持在涡轮壳体内的涡轮旋转。位于涡轮21内的多个涡轮机翼片21V可在完全打开和完全关闭位置及其二者之间的任何地方移动，其中翼片位置由控制器(C)50指令作为涡轮控制信号(箭头CCT)。
控制器50包括处理器(P)和存储器(M)。存储器(M)包括有形的、非瞬态存储器，例如，只读存储器，无论是光存储器、磁存储器、闪存还是其他。控制器50还包括足够应用量的随机存取存储器、电可擦除可编程只读存储器等、以及高速时钟、模数和数模电路、输入/输出电路和设备、以及适当的信号调节和缓冲电路。
虽然在图1中示意性地示出，但是本领域的普通技术人员将理解，可移动涡轮翼片21V的各种配置是可能的，包括但不限于围绕涡轮21的入口的翼型翼片的环，其中涡轮翼片21V的位置改变排气流(箭头F)的涡流角，使得相邻涡轮翼片21V的尖端之间面积的改变实时地改变VGT 21T的纵横比。
当动力系10P可以包括所示的加速器踏板44A和制动器踏板44B时，控制器50可以配置成通过例如经由相应的位置传感器144A和144B测量和评估加速器踏板44A和制动器踏板44B的相应位置来确定加速和制动请求，从而确定本文所述的零踏板操纵的有无。该位置分别对应于节气门或制动力的指令数量。可替代地，加速和制动请求可以例如由车辆10的自主实施例中的控制器50自主确定。
控制器50被编程为执行指令100，该指令100体现了如下参照图2所述的使用控制逻辑50L协调VGT 21T，特别是涡轮21的操作与电机24的操作的方法。控制器50接收包括发动机转速(箭头NE)，即曲轴13的转速和发动机12的燃烧模式(箭头CM)的输入信号，这两个值都可能由发动机控制单元(未示出)报告或经由控制器50确定。
本文所用的术语“燃烧模式”是指一组燃烧参数，例如增压压力，排气再循环(EGR)水平或百分比，燃料喷射开始和/或不同燃料喷射的量，燃油分配管压力等，其可以针对发动机12的不同温度和环境条件来定义。在一些实施例中，控制器50可以包括默认的或“正常的”燃烧模式以及一种或多种额外的燃烧模式，例如对于极端环境条件，一种燃烧模式用于预热动力系10P的后处理系统(未示出)并提高NOx去除效率。
燃烧模式(箭头CM)因此以取决于发动机12的配置的方式实时确定。在使用控制逻辑50L执行方法100时，控制器50输出两个控制信号：上述涡轮控制信号(箭头CCT)，其指令涡轮翼片21V在涡轮21内的位置变化从而影响纵横比，以及电机24的马达控制信号(箭头CCM)，其最终指令将特定马达扭矩传递到曲轴13。
参照图2，控制逻辑50L由控制器50在零踏板操纵期间使用，以在将能量回收到电池组28时补偿电机24的摩擦。控制器50通过将图1的涡轮翼片21V的位置与此能量回收相协调来这样做，从而不会对随后的节气门踩踏性能产生不利影响。实际上，如果来自电机24的扭矩辅助较低，则控制器50能确保涡轮翼片21V不会打开太多。
如下面进一步解释的，使用控制逻辑50L的控制器50配置成执行用于管理图1或类似系统中的混合动力系10P的上述零踏板操纵的方法。通常，控制器50接收包括发动机转速(箭头NE)的输入信号。响应于在零踏板操纵期间的这种输入信号，控制器50在动力系10P的预定操作模式完成时将涡轮21内的多个涡轮翼片21T的翼片位置与电机24的马达扭矩(箭头TM)相协调。电机24随后在动力系10P的预定操作模式完成时将马达扭矩(箭头TM)传递到发动机12的曲轴13。
如上所述，控制输入信号包括发动机转速(箭头NE)，并且还可以包括燃烧模式(箭头CM)。另外，图1的控制器50被编程为从存储器(M)接收或确定踩踏需求的BAS扭矩容量，其中BAS扭矩容量表示为图2中的箭头TBAS,TI。控制器50包括由VGT位置和BAS扭矩容量索引的查找表55或性能曲线。因此，发动机转速对应于给定BAQ扭矩容量的特定VGT位置，其中VGT位置随着发动机转速的减小或增大而减小或增大，如箭头NE的方向所示。
查找表55输出作为涡轮控制信号(箭头CCT)传输到图1种涡轮21的VGT位置，如图2中的[21]所示。此外，作为修改的涡轮控制信号(箭头CCT *)，查找表经过没有BAS扭矩能力的VGT位置，即对于具有0％BAS扭矩能力的给定发动机转速的对应VGT位置。涡轮控制信号(箭头CCT)和修改的涡轮控制信号(箭头CCT *)馈送到泵送损失模型(PLMVGT)56中，该泵送损失模型是与涡轮21中的摩擦相关联的泵送损失的模型。
模型56的输出是第一和第二马达扭矩指令(分别为TA和TB)。第一马达扭矩指令(TA)是在对应于涡轮控制信号(箭头CCT)的VGT位置处涡轮21的泵送损失，即，用于踩踏的BAS扭矩容量处的VGT位置。第二马达扭矩指令(TB)是在对应于修改的涡轮控制信号(箭头CCT*)的VGT位置处，即，没有BAS扭矩容量的VGT位置，涡轮21中的泵送损失。
在节点58处，图1的控制器50计算第一和第二马达扭矩指令(TA和TB)之间的差值，并将该值，这里称为德尔塔BAS扭矩(ΔTBAS)，提供至求和节点60。在此，将德尔塔BAS扭矩(ΔTBAS)添加到校准的基线BAS切断扭矩(箭头TBAS,CO)，即对应于零燃料供给条件的校准值。求和节点60的输出是上述参考图1所述的马达扭矩指令(箭头CCM)。
在示例性说明中，表55的两个输出都可以处于涡轮21的涡轮翼片21V的受指令100％打开的位置，基线BAS切断扭矩(箭头TBAS,CO)为0Nm。来自模型56的泵送损失可以对应于全闭翼片位置处的72Nm(100％)。在这种情况下，德尔塔BAS扭矩(ΔTBAS)为0Nm。结果，未指令电机24接通。
在另一示例性说明中，表55的两个输出可以处于涡轮翼片21V受指令80％关闭的位置，基线BAS切断扭矩(箭头TBAS,CO)为30Nm。来自模型56的泵送损失可以对应于该翼片位置处的20Nm。在这种情况下，德尔塔BAS扭矩(ΔTBAS)再次为0Nm。然而，电机24接收30Nm基线BAS切断扭矩(箭头TBAS,CO)作为来自控制器50的指令。
在又一示例性说明中，表55的输出(箭头CCT)可以是涡轮翼片21V受指令20％关闭的位置，表55的输出(箭头CCT *)可以是涡轮翼片21V受指令80％关闭的位置，并且基线BAS切断扭矩(箭头TBAS,CO)可以再次为30Nm。对于各个输出(箭头CCT和CCT*)，来自模型56的泵送损失可以对应于在该翼片位置处的5Nm和20Nm。在这种情况下，德尔塔BAS扭矩(ΔTBAS)现在为20Nm-5Nm＝15Nm。该15Nm值在求和节点60处与30Nm的BAS切断扭矩(箭头TBAS,CO)相加，以通过马达控制信号(箭头CCM)产生45Nm的指令扭矩作为来自控制器50的指令。
以上详述的方法，特别是在轻度混合柴油应用或其中使用VGT 21的其他类似应用中，能够减轻零踏板操纵的，无论是基于驾驶员的还是自主产生的，某些不期望的影响。因此，在释放加速器踏板而不推动制动器踏板时，减少或消除了过度制动感。因此，电机24与涡轮翼片位置的协调使用在电池组28的驱动质量和能量回收之间提供了最佳折衷。
虽然已经详细描述了一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的本教导的各种替代设计和实施例。本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对所公开的实施例进行修改。此外，本概念明确地包括所述元件和特征的组合和子组合。详细描述和附图是对本教导的支持和描述，本教导的范围仅由权利要求限定。
Claims (9)
1.一种混合动力系，包括：
内燃发动机，其具有以发动机转速旋转的曲轴、并具有经由轴联接的涡轮和压缩机的可变几何涡轮增压器，其中所述涡轮具有多个涡轮翼片并且配置成响应于来自所述发动机的排气流而旋转以旋转所述压缩机；
电机，所述电机配置成用于在所述动力系的预定操作模式完成时将马达扭矩传递至所述曲轴，其中所述发动机和所述电机具有响应于加速和制动请求的对应速度；和
控制器，所述控制器配置成响应于包括所述发动机转速的输入信号，在所述加速和制动请求都为零的零踏板操纵期间，协调所述多个涡轮翼片的翼片位置与所述电机的所述马达扭矩。
2.根据权利要求1所述的混合动力系，其中，所述预定操作模式是所述发动机的自动停止事件。
3.根据权利要求1所述的混合动力系，其中，所述发动机是柴油发动机。
4.根据权利要求1所述的混合动力系，进一步包括：加速器踏板和制动器踏板，其中，所述加速和制动请求分别经由所述控制器基于所述加速器踏板和所述制动器踏板的位置来确定。
5.根据权利要求1所述的混合动力系，其中，所述加速和制动请求由所述控制器自主产生。
6.根据权利要求1所述的混合动力系，其中，到所述控制器的所述输入信号进一步包括所述发动机的燃烧模式。
7.根据权利要求1所述的混合动力系，其中，所述控制器编程为确定所述电机的要求扭矩容量，用于与预定操作模式的所述完成相对应的踩踏操纵，所述控制器包括由所述翼片位置索引的查找表，并且其中，所述控制器配置成使用所述发动机转速提取对应于所述要求扭矩容量的第一要求翼片位置。
8.根据权利要求7所述的混合动力系，其中，所述控制器配置成确定对应于所述要求扭矩容量为0Nm的第二要求翼片位置，并且经由泵送损失模型，确定所述第一和第二翼片位置中的每一个的所述可变几何涡轮增压器中的对应泵送损失中的差值，并且通过将所述对应泵送损失中的所述差值与对应于所述发动机的零燃料供给条件的校准基线切断扭矩值相加来计算所述马达扭矩指令。
9.根据权利要求1所述的混合动力系，进一步包括变速器和驱动轮组，其中，所述变速器联接到所述发动机和所述驱动轮组，使得来自所述发动机的发动机扭矩经由所述变速器传递到所述驱动轮组。
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