CN112009451A - 控制车辆操作的方法和设备 - Google Patents

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A.H.希普
M.A.米勒
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Abstract

本发明涉及控制车辆操作的方法和设备。描述了一种动力传动系统，并且其包括：内燃机，其联接至电连接至DC功率源的电机；和控制器。控制器操作地连接至内燃机和电机，并且与车辆和DC功率源通信。控制包括动态监测车辆速度和DC功率源的电荷状态(SOC)，并且当SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作电机。第一SOC阈值基于车辆速度确定。DC功率源电连接至车载辅助功率系统，其包括在电功率生成状态下操作电机，以生成足以服务辅助功率系统的电功率。

Description

控制车辆操作的方法和设备
技术领域
本发明涉及控制车辆操作的方法和设备。
背景技术
混合动力传动系统用在车辆上，由包括例如内燃机和电机的多个源生成牵引功率，其一个结果是减少或最小化从燃料和诸如电动直流（DC）功率源的第二能量源的功率消耗。
某些混合动力传动系统在电荷维持模式中操作，其中，操作目标是使DC功率源的电荷状态(SOC)与行程开始相比较在行程结束时不改变。该电荷维持模式还可包括使DC功率源的SOC与行程的一分段的开始相比较在行程的该分段结束时不改变。在电荷维持模式中的操作期间，车辆在一行程分段的选择部分期间可消耗电功率，并且在该行程分段的其它选择部分期间可生成电功率，以在该行程分段结束时实现不改变的SOC。
与SOC和电机的操作控制相关的动力传动系操作模式可包括机会充电模式、机会放电模式、零马达扭矩模式和再生制动模式。
在行程分段期间在交流发电机仿真模式中操作电机可能有益，以便更好地管理DC功率源中的SOC、通过电机的SOC生成。这样的益处包括例如机会充电与机会放电之间的SOC控制的稳定、通过提供机会充电的直接控制的燃料经济性益处和通过减少机会充电与机会放电之间的转变的数量的NVH的改善。
发明内容
描述了一种用于车辆的动力传动系统和相关的方法。动力传动系统包括：内燃机，其联接至电连接至DC功率源的电机；和控制器。控制器操作地连接至内燃机和电机，并且与车辆和DC功率源通信。控制器包括指令集，其可执行，以动态监测车辆速度和DC功率源的电荷状态(SOC)，并且当SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作电机。第一SOC阈值基于车辆速度确定。DC功率源电连接至车载辅助功率系统，其包括在电功率生成状态下操作电机，以生成足够的服务辅助功率系统的电功率。
本公开的方面包括在电功率生成状态下操作电机，其中，在电功率生成状态下的操作限于生成电功率，以经由辅助功率系统服务车载附属装置。
本公开的另一方面包括在交流发电机仿真模式中操作电机，包括在电功率生成状态下操作电机，以生成足够的经由辅助功率系统服务车载附属装置并限于避免增加DC功率源的SOC的电功率。
本公开的另一方面包括在交流发电机仿真模式中操作电机，包括在电功率生成状态下操作电机，以生成足够的服务辅助功率系统的电功率，从而将低压电功率提供至低电压车载系统。
本公开的另一方面包括基于车辆速度确定第一SOC阈值。
本公开的另一方面包括基于车辆速度和期望的最终SOC确定第一SOC阈值。
本公开的另一方面包括基于预期在再生制动模式中的操作期间实现的SOC的预测增加而确定第一SOC阈值。
本公开的另一方面包括将控制器布置成控制内燃机和电机，以在电荷维持状态下管理DC功率源。
本发明提供以下技术方案：
方案1. 一种用于操作车辆的动力传动系统的方法，其中，所述动力传动系统包括联接至电连接至DC功率源的电机的内燃机，所述方法包括：
动态监测车辆速度和所述DC功率源的电荷状态(SOC)；和
当所述DC功率源的SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作所述电机；
其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定；并且
其中，所述交流发电机仿真模式包括在电功率生成状态下操作所述电机，以生成用以服务辅助功率系统的电功率。
方案2. 根据方案1所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，其中，在所述电功率生成状态下的操作限于生成电功率，以经由所述辅助功率系统服务车载附属装置。
方案3. 根据方案1所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机还包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够经由所述辅助功率系统服务车载附属装置并限于避免增加所述DC功率源的SOC的电功率。
方案4. 根据方案1所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够的服务所述辅助功率系统的电功率，从而将低压电功率提供至低电压车载系统。
方案5. 根据方案1所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定。
方案6. 根据方案1所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度和期望的最终SOC确定。
方案7. 根据方案6所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于预期在再生制动模式中的操作期间实现的所述DC功率源的所述SOC的预测增加而确定。
方案8. 一种用于车辆的动力传动系统，包括：
内燃机，其联接至电连接至DC功率源的电机；
控制器，其操作地连接至所述内燃机和所述电机，并且与所述车辆和所述DC功率源通信，所述控制器包括指令集，所述指令集是可执行的，以便：
动态监测车辆速度和所述DC功率源的电荷状态(SOC)；和
当SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作所述电机；
其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定；
其中，所述DC功率源电连接至车载辅助功率系统；并且
其中，所述交流发电机仿真模式包括在电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够的服务所述辅助功率系统的电功率。
方案9. 根据方案8所述的动力传动系统，其中，可执行以在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机的指令集包括可执行以在所述电功率生成状态下操作所述电机的指令集，其中，在所述电功率生成状态下的操作限于生成电功率，以经由所述辅助功率系统服务车载附属装置。
方案10. 根据方案8所述的动力传动系统，其中，可执行以在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机的指令集包括可执行以在所述电功率生成状态下操作所述电机的指令集，以生成足够的经由所述辅助功率系统服务车载附属装置并限于阻止所述DC功率源的SOC的增加的电功率。
方案11. 根据方案8所述的动力传动系统，其中，可执行以在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机的指令集包括可执行以在所述电功率生成状态下操作所述电机的指令集，以生成足够的服务所述辅助功率系统的电功率，从而将低压电功率提供至低电压车载系统。
方案12. 根据方案8所述的动力传动系统，其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定。
方案13. 根据方案8所述的动力传动系统，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度和期望的最终SOC确定。
方案14. 根据方案8所述的动力传动系统，其中，所述第一SOC阈值基于预期在再生制动模式中的操作期间实现的SOC的预测增加而确定。
方案15. 根据方案8所述的动力传动系统，其中，所述控制器布置成控制所述内燃机和所述电机，以在电荷维持状态下管理所述DC功率源。
方案16. 一种用于操作车辆的动力传动系统的方法，其中，所述动力传动系统包括联接至电连接至DC功率源的电机的内燃机，并且其中，所述车辆包括辅助功率系统，所述方法包括：
动态监测车辆速度和所述DC功率源的电荷状态(SOC)；和
当所述DC功率源的SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作所述电机；
其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定；并且
其中，所述交流发电机仿真模式包括在电功率生成状态下操作所述电机，以便生成一定量的电功率以服务所述辅助功率系统。
方案17. 根据方案16所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机还包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够的经由所述辅助功率系统服务车载附属装置的电功率，同时将所述DC功率源的SOC维持在所述第一SOC阈值。
方案18. 根据方案16所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够的服务所述辅助功率系统的电功率，从而将低压电功率提供至低电压车载系统。
方案19. 根据方案16所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度和期望的最终SOC而确定。
方案20. 根据方案19所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于预期在再生制动模式中的操作期间实现的所述DC功率源的SOC的预测增加而确定。
当结合附图时，本教导的以上特征和优点及其它的特征和优点从用于实现本教导的最佳模式及其它实施例（如由所附权利要求所限定的）中的一些的以下的详细说明容易地明了。
附图说明
现在将作为示例参考附图描述一个或多个实施例，其中：
图1示意性地示出根据本公开的包括全部由控制系统控制的联接至传动系的动力传动系统和HV电池的车辆。
图2示意性地示出与不同SOC控制模式相关联的多个动力传动系操作模式，其中，根据本公开相对于HV电池的SOC指示动力传动系操作模式。
图3示意性地示出根据本公开与选择动力传动系操作模式中的一种相关联的状态图，所述动力传动系操作模式与SOC控制相关联。
图4图表地示出根据本公开与包括参考图1所描述的动力传动系统的车辆的实施例的操作相关的结果，包括根据参考图3所描述的与选择与SOC控制相关联的动力传动系操作模式中的一种相关联的状态图操作。
应理解的是，附图不一定按比例，并且展示如在本文所公开的本公开的各种特征的稍微简化的表示，例如包括具体的尺寸、取向、位置和形状。与这样的特征相关的细节将部分地通过特定的预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
如在本文所描述并图示的，公开的实施例的部件可以各种各样不同的构造布置并设计。因而，以下的详细说明不用于限制如要求保护的本公开的范围，而仅仅表示其可能的实施例。另外，尽管在以下的说明中提出了很多的具体细节，以便提供在本文公开的实施例的深入了解，但一些实施例能在不具有这些细节中的一些细节的情况下实践。此外，为了清楚起见，不详细描述在相关技术中已理解的某些技术材料，以便避免不必要地使本公开模糊不清。此外，绘图以简化的形式，并且没有精确按比例。为了方便和清楚起见，可关于绘图使用方向术语，诸如顶、底、左、右、上、上面、上方、下方、下面、后和前。这些和相似的方向术语不应解释为限制本公开的范围。此外，如在本文所图示并描述的，本公开可在没有在本文未具体公开的元件的情况下实践。
现在参考附图，其中显示是为了图示某些示例性实施例并且不是为了限制它们，图1示意性地示出了车辆100，其包括联接至传动系60并由控制系统10控制的动力传动系统20。相同的附图标记贯穿说明指相同的元件。图示的动力传动系统200包括多个扭矩生成装置，其包括通过变速器50将扭矩传递至传动系60的内燃机40和至少一个电动电机(电机)35。在本文所描述的概念可适用于包括经由变速器50联接至传动系60的内燃机40的动力传动构造。车辆可包括但不限于以商用车辆、工业车辆、农用车辆、乘用车辆、飞机、船舶、列车、全地形车辆、个人移动装置、机器人等的形式的移动平台，以实现本公开的目的。
在一个实施例中，动力传动系统20包括可旋转地机械联接至发动机40的曲轴36的电机35，所述曲轴36可旋转地机械联接至变速器50的输入构件33。机械联接可包括扭矩转换器、离合器或另一机构。如所示，曲轴36经由滑轮机构38可旋转地机械联接至电机35。滑轮机构38构造成实现发动机40与电机35之间的扭矩传递，包括将扭矩从电机35传递至发动机40，用于发动机自动起动和自动停止操作，牵引扭矩辅助，用于再生车辆制动的扭矩传递，和用于高压电充电的从发动机40至电机35的扭矩传递。在一个实施例中，滑轮机构38包括位于附接至发动机40的曲轴36的第一滑轮与附接至联接至电机35的转子的旋转轴的第二滑轮之间的蛇形皮带，被称为皮带-交流发电机-起动机(BAS)系统。替代性地，滑轮机构38可包括正位移传动机构或另一合适的正机械连接。这样，电机35可用于使发动机40旋转。在本公开的范围内可采用包括可旋转地机械联接至发动机40的电机35的多模式动力传动系统20的其它构造。
发动机40是通过热力燃烧过程将燃料转变成机械扭矩的多缸内燃机。发动机40配备有多个致动器和感测装置，用于监测操作和输送燃料，以形成缸内燃烧充气，所述缸内燃烧充气产生到活塞上的膨胀力，该膨胀力被传递至曲轴36以产生扭矩。发动机40在一个实施例中可包括响应于钥匙起动事件用于发动机起动的低电压螺线管致动的电动起动机42。
发动机40由发动机控制器(ECM)44控制，包括在一种或多种的不同状态下控制发动机操作，包括运转状态、关闭状态、全缸状态、汽缸停用状态、燃料状态和燃料切断(FCO)状态。发动机40通过合适的硬件被机械化，并且ECM44包括控制例程，以在动力传动系统20的正在进行的操作期间执行自动起动和自动停止功能、燃料切断(FCO)功能和汽缸停用功能。发动机40当其不旋转时被认为处于关闭状态。发动机40当其旋转时被认为在运转状态下，包括其中发动机40自旋并且不加燃料的一种或多种FCO状态。汽缸停用状态包括其中发动机汽缸中的一个或多个发动机汽缸通过不加燃料、不点火而停用的发动机操作，并且可包括在发动机排气阀处于打开状态下的情况下操作，以在剩余汽缸加燃料、点火并产生扭矩的同时使泵送损失最小化。用于执行自动起动、自动停止、FCO和汽缸停用例程的发动机机械化和控制例程为本领域的技术人员所理解，并且在本文不描述。
一个示例性的变速器50是多比率固定档扭矩变速器装置，其构造成在预定的速度/扭矩换档点处自动换档。变速器50构造成以实现操作者扭矩请求与发动机操作点之间的匹配的多个可选择的固定传动比中的一个固定传动比操作，并且可包括采用一个或多个差动齿轮组和液压致动的离合器，以实现换档，从而在输入构件33与输出构件62之间允许在一定范围的速度比上以可选择的固定传动比中的一个固定传动比的扭矩传递。变速器50可利用与变速器控制器(TCM)55通信的可控液压回路控制。变速器50执行升档，以换档至具有较低数字倍增比(传动比)的固定档，并且执行降档，以换档至具有较高数字倍增比的固定档。变速器升档可能需要发动机速度的降低，使得发动机速度在与目标档状态相关的传动比处与变速器输出速度乘以传动比匹配。变速器降档可能需要发动机速度的提高，使得发动机速度在与目标档状态相关的传动比处与变速器输出速度乘以传动比匹配。
电机35可以是高压多相电动马达/发电机，其构造成将储存的电能转变成机械功率和将机械功率转变成可储存在高压DC功率源(HV电池)25中的电能。HV电池25可以是高压能量储存装置，例如多电池锂离子装置、超级电容或另一装置而无限制。与HV电池25相关的监测参数可包括电荷状态(SOC)、温度和其它的。在一个实施例中，HV电池25可经由车载电池充电器24电连接至远程车外电源，用于在车辆100静止时充电。HV电池25经由HV DC电功率总线29电连接至逆变器模块32，以响应于源于控制系统10的控制信号经由三相导体31将高压DC电功率传递至电机35。
电机35包括转子和定子，并经由逆变器模块32和HV DC电功率总线29电连接至HV电池25。逆变器模块32配置有包括功率晶体管的控制电路，例如用于将高压DC电功率变换成高压AC电功率和将高压AC电功率变换成高压DC电功率的IGBT。逆变器模块32采用IGBT的脉宽调制(PWM)控制，以将源于HV电池25中的储存的DC电功率转变成AC电功率，从而驱动电机35以产生扭矩。相似地，逆变器模块32将传递至电机35的机械功率转变成DC电功率，以生成可储存在HV电池25中的电能，包括作为再生控制策略的一部分。逆变器模块32接收马达控制命令并控制逆变器状态，以提供马达驱动和再生制动功能。在一个实施例中，DC/DC电功率转换器23电连接至HV DC电功率总线29，并经由低压总线28将电功率提供至低压电池27。低压电池27电连接至辅助功率系统45，以将低压电功率提供至在车辆上的低电压系统，包括例如电动窗户、HVAC风扇、座椅和低电压螺线管致动的电起动机42。
传动系60可包括差动齿轮装置65，其在一个实施例中机械地联接至车轴64、驱动桥或半轴，后者机械地联接至车轮66。传动系60在变速器50与道路表面之间传递牵引功率。
控制系统10包括信号地连接至操作员接口14的控制器12。控制器12包括与动力传动系统20的独立元件共同定位的多个离散装置，以实现动力传动系统20的独立元件的操作控制，包括例如逆变器模块32、ECM44和TCM55。控制器12还可包括提供其它控制装置的分层控制的控制装置。控制器12直接或经由通信总线18与电池充电器24、逆变器模块32、ECM44和TCM55中的每一个通信，以监测操作并控制它们的操作。
车辆100的操作员接口14包括控制器，其信号地连接至多个人/机接口装置，车辆操作员通过它们命令车辆100的操作。人/机接口装置包括例如加速器踏板15、制动踏板16和变速器范围选择器(PRNDL)17。其它人/机接口装置可包括点火开关，以使得操作员能够转动曲柄并起动发动机40、方向盘和前灯开关。其它人/机接口装置可包括巡航控制致动器和自适应巡航控制致动器。可通过它们命令车辆100的操作的其它系统可包括自主车辆控制，诸如碰撞避免系统。加速器踏板15提供指示加速器踏板位置的信号输入，并且制动踏板16提供指示制动踏板位置的信号输入，它们两者被监测以确定输出扭矩请求。变速器范围选择器17提供指示车辆的操作员预期运动的方向的信号输入，包括指示输出构件62在向前或反向方向上的期望旋转方向的离散数量的操作员可选择的位置。加速器踏板15、制动踏板16、变速器范围选择器(PRNDL)17、巡航控制系统和自主控制系统(未示出)用于生成输出扭矩请求，其用于命令动力传动系统20和车辆制动系统的操作，以实现车辆加速和减速。
术语控制器、控制模块、模块、控制、控制单元、处理器和相似的术语指专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元、例如微处理器和以存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘等)的形式的相关的非易失性存储部件11的一种或各种组合。非易失性存储部件11能够存储以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调节和缓冲电路和可由一个或多个处理器访问的其它部件的形式的机器可读指令，以提供期望的功能。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器和监测来自传感器的输入的相关装置，其中，这样的输入以预设的采样频率或响应于触发事件被监测。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和相似的术语指的是包括校准和查阅表的控制器可执行的指令集。每个控制器执行控制例程，以提供期望的功能，包括监测来自感测装置和其它网络控制器的输入和执行控制和诊断例程，以控制致动器的操作。例程在正在进行的操作期间可每隔一定间隔执行，例如每100微秒。替代性地，例程可响应于触发事件的发生而执行。在控制器之间和在控制器、致动器和/或传感器之间的通信可利用直接有线链路、网络通信总线链路、无线链路、串行外围接口总线或另一通信链路实现。通信包括交换数据信号，包括例如经由传导介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光学波导的光学信号等。数据信号可包括表示来自传感器的输入的信号、表示致动器命令的信号和控制器之间的通信信号。如在本文所使用的，术语“动态的”和“动态地”描述实时执行的步骤或过程，并且其特征在于监测或以另外的方式确定参数的状态，并且在例程的执行期间或者在例程的执行迭代之间定期或周期地更新参数的状态。
响应于输出扭矩请求的车辆操作包括加速、制动、稳态运行、滑行和怠速的操作模式。加速模式包括输出扭矩请求，以提高车辆速度。制动模式包括输出扭矩请求，以降低车辆速度。稳态运行包括其中车辆当前以没有制动或加速请求的速率移动的车辆操作，其中，车辆速度基于当前车辆速度和车辆动量、车辆风阻和滚动阻力和传动系惯性阻力确定。滑行模式包括其中车辆速度大于最小阈值并且输出扭矩请求在小于维持当前车辆速度所需的点的车辆操作。怠速模式包括其中车辆速度为零或接近零的车辆操作，同时变速器范围选择器处于非推进范围、或者处于在输出扭矩请求包括对加速器踏板的零输入和对制动踏板的最小或轻微输入的情况下的推进范围中的一个推进范围。
发动机操作可在数个控制变量的背景下描述，包括发动机操作状态、发动机加燃料状态和发动机汽缸状态。发动机操作控制变量包括运转状态或关闭状态。发动机加燃料控制变量包括已加燃料状态或FCO状态。发动机汽缸控制变量包括全缸状态或汽缸停用状态。变速器操作可在与选择的固定档状态相关的控制变量的背景下描述。在一个实施例中，取决于变速器的具体构造，变速器操作可在与固定档模式、连续可变模式或电动可变模式中的一种模式相关的控制变量的背景下描述。
参考图1描述的动力传动系统20的实施例的操作包括改变控制变量中的一个以优化操作，包括改变控制变量以减少功率损失、降低功率消耗和改善性能。这样，控制变量可响应于操作状况的变化而改变，作为示例包括来自车辆操作员的输入、与外部操作状况相关的输入或与动力传动系统20的操作相关的输入。来自车辆操作员的监测输入可包括经由加速器踏板15或制动踏板16通信的输入。与操作状况相关的监测输入包括与道路载荷的变化相关的输入，诸如开始在倾斜的道路表面上操作。与动力传动系统20的操作相关的监测输入例如可包括HV电池25的SOC的变化或系统故障。
控制变量的变化、例如发动机运转状态与关闭状态之间的变化或固定的变速器传动比之间的变化可包括一些滞后，以使可导致操作员不满和/或影响诸如电起动机马达等的一个或多个部件的使用寿命的状态转变最小化。然而，在非最佳状态下的滞后窗口内的连续操作可增加功率消耗。
继续参考图1，图2对于图1的车辆100和动力传动系统20的实施例示意性地示出与不同SOC控制模式相关联的多个动力传动系操作模式。动力传动系操作模式包括在机会充电模式210、交流发电机仿真模式220、零马达扭矩(ZMT)模式230和机会放电模式240中的一种模式中控制电机35的操作，其中，操作模式的选择相对于HV电池25的SOC250确定。HV电池25的SOC250在最小SOC状态252与最大SOC状态254之间的范围变化。
机会充电模式210是其中内燃机40操作并且消耗燃料以生成电功率的动力传动系操作模式，以经由在电功率生成状态下操作的电机35给HV电池25充电。当HV电池25的SOC处于或接近最小值时启动机会充电模式。由于在机会充电模式中消耗燃料以操作，然而再生制动充电在不消耗燃料的情况下捕获车辆动能，所以机会充电模式与再生制动充电相比较是效率低的。
机会放电模式240是其中使用来自HV电池25的电功率以经由电机35生成牵引扭矩的动力传动系操作模式，所述电机35在扭矩生成状态下操作并因而取代内燃机40的操作。当HV电池25的SOC处于或接近最大值时启动机会放电模式。
ZMT模式230是其中电机35经由中间离合器(未示出)与内燃机40分离，或者当电机35通过使逆变器模块32停用IGBT的开关而不操作时的动力传动系操作模式，因而减小阻力并改善逆变器的效率。
交流发电机仿真模式220是其中电机35在电功率生成状态下操作以生成电功率的动力传动系操作模式，以将电功率供应至辅助功率系统45，所述辅助功率系统45将低压电功率提供至车辆100上的低电压系统，包括例如电动窗户、HVAC风扇、座椅等。此外，在交流发电机仿真模式220中没有HV电池25的有意的充电或放电。相反，当电机35在交流发电机仿真模式220中操作以生成电功率时，这样的操作限于生成足够经由辅助功率系统45服务车载附属装置的电功率，并且限于避免或阻止增加HV电池25的SOC。这包括以足够生成足够经由辅助功率系统45服务车载附属装置的电功率的水平在电功率生成状态下操作电机35，包括在电功率生成状态下操作电机35，以在将HV电池25的SOC维持在SOC阈值的同时生成足以经由辅助功率系统45服务车载附属装置的电功率。这包括将低压电功率提供至低电压车载系统。交流发电机仿真模式220可以当HV电池25的SOC低、但未低到需要充电时启动。如参考图3并且继续参考图1所描述的，当SOC小于第四SOC阈值时，控制系统10转变到在交流发电机仿真模式220中操作电机35，其中，第四SOC阈值基于车辆速度确定。在交流发电机仿真模式220中的操作通过提供放电与机会充电之间的缓冲使得车辆100在较低的SOC时能够像传统车辆、即非混合动力车辆一样运转。这包括在维持足够服务来自辅助功率系统45的各种元件的电力负载需求的同时延迟机会充电的能力。状态之间延迟机会充电的转变准则是最终目标SOC和车辆速度的函数。最终目标SOC和车辆速度的水平基于由与停止车辆相关联的车辆减速和再生制动实现的预测的再生电功率量，以便确保当车辆100在电荷维持模式中操作时，HV电池25的SOC在行程分段结束时与其在行程分段开始时相同。替代性地，HV电池25的最终目标SOC可基于在下一车辆停止事件期间实现自动停止/自动起动操作的执行所需的SOC水平而确定。
继续参考图1，图3示意性地示出了状态图300，该状态图与选择参考图2描述的与SOC控制相关联的动力传动系操作模式中的一种相关联，并且根据在本文所描述的概念。功率操作模式被分类为发动机加燃料状态，包括发动机已加燃料状态305和发动机FCO状态345。在发动机已加燃料状态305下操作动力传动系统20包括在机会充电模式310、交流发电机仿真模式320、ZMT模式330和机会放电模式340下操作。在发动机FCO状态345下操作动力传动系统包括独立的FCO状态350和带有再生制动状态360的FCO。
在机会充电模式310下的操作期间，控制动力传动系统20，以生成超过由车辆100的包括辅助功率系统45的负载的电力负载消耗的电功率。这样，有HV电池25的SOC的净增加。在交流发电机仿真模式320下的操作期间，控制动力传动系统20，以生成与车辆100的电功率需求匹配、即与辅助功率系统45的负载匹配的电功率，并且没有HV电池25的SOC的净增加或净减少。在ZMT模式330中的操作期间，通过与内燃机40分离或者在零马达扭矩模式中操作的电机35控制动力传动系统20，并且由于辅助功率系统45的负载，所以可能有HV电池25的SOC的净减少。在机会放电模式340中的操作期间，通过生成扭矩并消耗来自HV电池25的电功率的电机35控制动力传动系统20。因而，由于扭矩生成，所以有HV电池25的SOC的净减少。
基于一定量的SOC和SOC阈值命令和执行各种模式之间的转变，其中，考虑到滞后，SOC阈值与最终目标SOC和车辆速度相关地确定。如先前所指明的，当车辆100在电荷维持状态下操作时，HV电池25的最终目标SOC基于使HV电池25的SOC在行程分段结束时与其在行程分段开始时相同而确定。替代性地，选择HV电池25的最终目标SOC，以实现足以在下一车辆停止事件期间实现自动停止/自动起动操作的执行的SOC水平。SOC水平可被表达为绝对SOC或被表达为相对于目标SOC确定的ΔSOC。
当动力传动系统20在机会放电模式340中操作时，将命令转变，以当输出扭矩请求小于第一扭矩阈值时在ZMT模式330中操作(342)。以相似的方式，当动力传动系统20在ZMT模式330中操作时，将命令转变，以当输出扭矩请求大于第二扭矩阈值时在机会放电模式340中操作(332)，其中，第一扭矩阈值小于第二扭矩阈值以便为控制系统提供滞后。
当动力传动系统20在ZMT模式330中操作时，将命令转变，以当SOC大于第四SOC阈值时在交流发电机仿真模式320中操作(334)。第四SOC阈值相对于速度和SOC确定。作为非限制性示例，第四SOC阈值在100千米/小时的车辆速度时可以是SOC=30%，并且在30千米/小时的车辆速度时可以是SOC=40%。当动力传动系统20在交流发电机仿真模式320中操作时，将命令转变，以当SOC小于第二SOC阈值时在ZMT模式330中操作(322)，其中，第四SOC阈值小于第二SOC阈值，以便为控制系统提供滞后。作为非限制性示例，第二SOC阈值在100千米/小时的车辆速度时可以是SOC=35%，并且在30千米/小时的车辆速度时可以是SOC=45%。
当动力传动系统20在交流发电机仿真模式320中操作时，将命令转变，以当SOC大于第一SOC阈值时在机会充电模式310中操作(324)。作为非限制性示例，第三SOC阈值在100千米/小时的车辆速度时可以是SOC=25%，并且在30千米/小时的车辆速度时可以是SOC=30%。
当动力传动系统20在机会充电模式310中操作时，将命令转变，以当SOC小于第三SOC阈值时在交流发电机仿真模式320中操作(312)，其中，第三SOC阈值小于第一SOC阈值，以便为控制系统提供滞后。作为非限制性示例，第一SOC阈值在100千米/小时的车辆速度时可以是SOC=20%，并且在30千米/小时的车辆速度时可以是SOC=30%。第一SOC阈值基于预期在行程分段结束时在再生制动模式中的操作期间实现的SOC的预测增加来选择，并且与期望的最终SOC432相关联。
考虑到滞后，在发动机已加燃料状态305与发动机FCO状态345之间的转变307、347发生被示出，并根据输出扭矩请求而确定。
图4图表地示出了与参考图1所描述的包括动力传动系统20的车辆100的实施例的操作相关联的结果，包括根据参考图3所描述的状态图300操作，该状态图300与选择与SOC控制相关联的动力传动系操作模式中的一种相关联。结果示出了与车辆操作400相关联的行程的单个分段，其中，单个分段包括加速事件402、稳态操作404和导致车辆停止事件408的减速事件406。绘制的结果包括对于高速操作415和低速操作425的相对于时间410的车辆速度420和SOC430。当在电荷维持模式中操作时，与SOC控制和动力传动系统20的操作相关联的一个控制参数是使由线432所指示的最终期望的SOC在车辆操作400的单个分段结束时与其在车辆操作400的单个分段开始时相同。替代性地，与SOC相关联的控制参数是实现期望的最终SOC432，该期望的最终SOC大于与在车辆停止事件408之后执行自动停止/自动起动操作相关联的最小SOC阈值。
线440描绘了在加速事件402、稳态操作404和导致车辆停止事件408的减速事件406期间与高速操作相关的SOC和相关动力传动系操作模式。相关线段包括与机会放电模式相关的第一分段441、与ZMT模式相关的第二分段442、与交流发电机仿真模式相关的第三分段443和与再生制动模式相关的第四分段445。线440指示在交流发电机仿真模式中的操作足够将SOC维持大于由水平线434所指示的第一SOC阈值，因而最小化或避免在机会充电模式中的操作。第一SOC阈值与参考图3的转变(324)所描述的第一SOC阈值类似。各动力传动系操作模式之间的转变由相关的扭矩或SOC阈值控制，如参考图3的状态图300所描述的。
线450描绘了在加速事件402、稳态操作404和导致车辆停止事件408的减速事件406期间与低速操作相关的SOC和相关动力传动系操作模式。相关线段包括与机会放电模式相关的第一分段451、与ZMT模式相关的第二分段452、与交流发电机仿真模式相关的第三分段453、与机会充电模式相关的第四分段454和与再生制动模式相关的第五分段455。各动力传动系操作模式之间的转变由相关的扭矩或SOC阈值控制，如参考图3的状态图300所描述的。线450指示在交流发电机仿真模式中的操作可导致在机会充电模式中的某一操作，如参考第四分段454所描绘的，但与没有交流发电机仿真模式的系统相比，这样的操作被最小化。
为了比较，线460描绘了在加速事件402、稳态操作404和导致车辆停止事件408的减速事件406期间与类似系统的高速操作相关的SOC和相关动力传动系操作模式，其中，充电例程的目的是使SOC在车辆停止事件408之后等于或大于期望的最终SOC432。动力传动系模式包括，在没有在交流发电机仿真模式中操作的益处的情况下，在机会充电模式、ZMT模式和机会放电模式中操作动力传动系统20。水平线436指示与在机会充电模式中触发操作的最小SOC相关的最小阈值。与最小SOC相关的最小阈值与在本文所描述的第一SOC阈值类似。如所示，在这种情况下，动力传动系统20在ZMT模式462中操作与在机会充电模式464中操作之间切换，以便将SOC维持大于最小阈值436。充电与放电之间的切换可导致不合需要的NVH问题。
此外，为了比较，线470描绘了在加速事件402、稳态操作404和导致车辆停止事件408的减速事件406期间与类似系统的低速操作相关的SOC和相关动力传动系操作模式，其中，充电例程的目的是使SOC在车辆停止事件408之后等于或大于期望的最终SOC432。动力传动系模式包括，在没有在交流发电机仿真模式中操作的益处的情况下，在机会充电模式、ZMT模式和机会放电模式中操作动力传动系统20。如所示，在这种情况下，动力传动系统20在ZMT模式472中与在机会充电模式474中操作之间切换，以便将SOC维持大于最小阈值436。充电与放电之间的切换可导致不合需要的NVH问题。
第五分段455与再生制动模式相关，其包括导致车辆停止事件408、465的减速事件406。在第五分段455期间，如由线460所指示地在高速操作状况下有SOC的增加，并且同样地，如由线470所指示地在低速操作状况下有SOC的增加。
在本文所提供的概念为配备有混合动力传动系统的车辆提供以交流发电机仿真模式的形式的SOC控制策略，其在低SOC水平时能够实现转变到机会充电模式的延迟，因而产生实现充电状态与放电状态之间的稳定的缓冲状态。这样的操作有助于在响应于操作员扭矩请求而操作混合动力传动系统的同时将SOC保持在期望的水平，因而实现SOC的离散控制。这包括在作为SOC和车辆速度的函数的状态转变准则中采用滞后，以防止在ZMT模式、交流发电机仿真模式与机会充电模式之间的振荡，从而在预计到由在随后的减速事件期间的再生制动充电的情况下，控制利用燃料来充电的延迟。在预期更多的再生制动能量的较高速度，到交流发电机仿真模式和机会充电模式的转变被设定成相对较低的SOC水平。在较低速度，到交流发电机仿真模式和机会充电模式的转变被设定成相对较高的SOC水平。
在交流发电机仿真模式220中，没有HV电池25的有意的充电或放电，这使得车辆100在较低的SOC状态下能够像非混合动力车辆一样运转。交流发电机仿真模式220提供放电与机会充电之间的缓冲，并使得手柄能够控制机会充电的延迟。在各状态之间的延迟机会充电的转变准则是SOC和车辆速度的函数。这使得手柄能够控制到在停止车辆100之前的减速时通过再生制动捕获的预测量的自由能量。在预期更多的再生能量的较高速度，到在交流发电机仿真模式220中操作的转变可被设定成较低的SOC，并且在较低速度，转变准则可被设定成较高的SOC。
术语“校准”、“校准的”和相关的术语指将与装置或系统相关的实际或标准测量与对于装置或系统的感觉或观察到的测量或命令位置相比较的结果或过程。如在本文所描述的校准可简化成可存储的参数表、多个可执行的等式或可用作测量或控制例程的一部分的另一合适的形式。参数被定义为可测量的量，其表示可利用一个或多个传感器和/或物理模型识别的装置或其它元件的物理特性。参数可具有离散值，例如“1”或“0”，或者可以是在数值上无限可变的。
根据本公开的实施例可具体化为设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可采取完全硬件的实施例、完全软件的实施例(包括固件、常驻软件、微代码等)、或组合软件和硬件方面的实施例的形式，其在本文通常可被称为“模块”或者“系统”。此外，本公开可采取在有形表达介质中具体化的计算机程序产品的形式，其具有在介质中具体化的计算机可用程序代码。
流程图中的流程和方框图图示了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的构架、功能和操作。在这点上，流程或方框图中的每个方框可表示包括用于实施特定逻辑功能的一个或多个可执行指令的代码的模块、分段或部分。还应指出的是，方框图和/或流程图示的每个方框，以及方框图和/或流程图示中的方框的组合可通过执行特定功能或动作的基于硬件的专用功能系统或专用功能硬件与计算机指令的组合来实施。这些计算机程序指令还可存储在可指导计算机或其它可编程数据处理设备以特定的方式运行的计算机可读介质中，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实施在流程和/或方框图的一个或多个方框中指定的功能/或动作的指令集的制造品。
附图或图形的详细说明支持并描述本教导，但本教导的范围仅由权利要求限定。尽管已详细描述了用于实施本教导的最佳模式和其它实施例中的一些，但存在用于实践在所附权利要求中所限定的本教导的各种替代性的设计和实施例。

Claims (10)

1. 一种用于操作车辆的动力传动系统的方法，其中，所述动力传动系统包括联接至电连接至DC功率源的电机的内燃机，所述方法包括：
动态监测车辆速度和所述DC功率源的电荷状态(SOC)；和
当所述DC功率源的SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作所述电机；
其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定；并且
其中，所述交流发电机仿真模式包括在电功率生成状态下操作所述电机，以生成用以服务辅助功率系统的电功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，其中，在所述电功率生成状态下的操作限于生成电功率，以经由所述辅助功率系统服务车载附属装置。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机还包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够经由所述辅助功率系统服务车载附属装置并限于避免增加所述DC功率源的SOC的电功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机包括在所述电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够的服务所述辅助功率系统的电功率，从而将低压电功率提供至低电压车载系统。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度和期望的最终SOC确定。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一SOC阈值基于预期在再生制动模式中的操作期间实现的所述DC功率源的所述SOC的预测增加而确定。
8.一种用于车辆的动力传动系统，包括：
内燃机，其联接至电连接至DC功率源的电机；
控制器，其操作地连接至所述内燃机和所述电机，并且与所述车辆和所述DC功率源通信，所述控制器包括指令集，所述指令集是可执行的，以便：
动态监测车辆速度和所述DC功率源的电荷状态(SOC)；和
当SOC小于第一SOC阈值时转变到在交流发电机仿真模式中操作所述电机；
其中，所述第一SOC阈值基于所述车辆速度确定；
其中，所述DC功率源电连接至车载辅助功率系统；并且
其中，所述交流发电机仿真模式包括在电功率生成状态下操作所述电机，以生成足够的服务所述辅助功率系统的电功率。
9.根据权利要求8所述的动力传动系统，其中，可执行以在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机的指令集包括可执行以在所述电功率生成状态下操作所述电机的指令集，其中，在所述电功率生成状态下的操作限于生成电功率，以经由所述辅助功率系统服务车载附属装置。
10.根据权利要求8所述的动力传动系统，其中，可执行以在所述交流发电机仿真模式中操作所述电机的指令集包括可执行以在所述电功率生成状态下操作所述电机的指令集，以生成足够的经由所述辅助功率系统服务车载附属装置并限于阻止所述DC功率源的SOC的增加的电功率。
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