CN113022534A - 用于管理混合动力电动车辆的电机的温度的系统和方法 - Google Patents

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克雷格·莱希利特纳
卢卡斯·凯泽
卡罗尔·路易斯·奥库博
布莱恩·惠特尼·D·贝尔特
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Abstract

本公开提供了“用于管理混合动力电动车辆的电机的温度的系统和方法”。提供了用于在马达/发电机的温度增加的条件期间操作混合动力车辆的传动系的方法和系统。在一个示例中，提供了一种方法，所述方法作为马达/发电机温度的函数调整发动机转速，同时在驾驶员需求车轮功率恒定时维持发动机功率输出。

Description

用于管理混合动力电动车辆的电机的温度的系统和方法
技术领域
本说明书总体上涉及用于管理电机的温度的方法和系统。电机可与内燃发动机协作地操作以满足请求的驾驶员需求功率。
背景技术
车辆动力传动系统可包括一个或多个电机以推进车辆。电机可操作来单独地推进车辆，或者替代地，电机可与发动机一起操作以推进车辆。例如，在高负荷条件期间，可组合发动机的输出和电机的输出以满足车辆驾驶员需求功率和/或扭矩。然而，如果电机的扭矩输出在延长时间段内较高，则电机绕组的温度可能增加到不期望的水平。因此，期望调节电机的温度，使得电机的温度保持在可接受或期望范围内，即使驾驶员需求功率和/或扭矩在延长时间段内处于较高水平也是如此。
发明内容
因此，本文的发明人已经开发出至少部分地解决上述问题的系统和方法。在一个示例中，提供了一种用于操作车辆传动系的方法，其包括：经由控制器将发动机的转速从最优发动机转速调整至作为第一电机的温度的函数的转速。
通过将发动机的转速调整至小于所述发动机的最优转速且作为第一电机的温度的函数的转速，有可能维持发动机输出功率，同时满足驾驶员需求扭矩并降低所述第一电机的温度。特别地，可减小发动机的转速并且可增加发动机的扭矩输出，以将发动机功率维持处于基于请求的车轮功率的请求的发动机功率。另外，可减少第一电机的扭矩输出并且可维持车轮扭矩，从而在维持车轮扭矩的同时减少经由第一电机产生的热量并降低第一电机的温度。以此方式，当可能无法存储另外的电功率时，可调节第一电机的温度，而不必将来自发动机的过量电功率存储成电力。
本系统和方法可具有若干优点。特别地，本方法可允许传动系在延长的时间段内维持请求的车轮功率，而不必以电能的形式存储另外的过量发动机功率。此外，本方法可控制第一电机的温度，使得第一电机的绕组具有减小的劣化可能性。另外，本方法可允许第一电机的全扭矩容量可用于满足驾驶员需求请求。
当单独地或结合附图考虑时，根据以下具体实施方式，本说明书的以上优点和其他优点以及特征将显而易见。
应理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍将在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着标识所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上文或本公开的任何部分中提及的任何缺点的实现方式。
附图说明
图1示出混合动力电动车辆(HEV)系统中的示例性动力传动系统；
图2示出示例性现有技术混合动力车辆操作序列；
图3示出根据图5的方法的示例性操作序列；
图4A示出用于基于请求的或期望的发动机功率来确定最优发动机转速的映射图或函数；
图4B示出用于确定最大发动机转速减小值的映射图或函数；并且
图5示出用于操作混合动力车辆的方法。
具体实施方式
以下描述涉及用于在电机温度可能增加的车辆工况期间满足请求的驾驶员需求功率的系统和方法。所述方法可在允许电机扭矩减小的同时维持发动机功率输出，使得可将电机的温度调节至低于阈值电机温度。通过在电机温度可能增加的条件期间维持发动机功率输出，有可能避免以比可能期望的速率大的速率对电能存储装置充电。此外，最大马达扭矩可保持可用，使得可在请求车轮扭矩时提供最大车轮扭矩。在图1中描绘包括本文所描述的方法的一个混合动力系统。在图2中示出根据现有技术方法的车辆操作序列。在图3中示出根据本方法的车辆操作序列。在图4A中示出用于确定最优发动机转速的示例性映射图。在图4B中示出用于确定最大发动机转速减小值的示例性映射图。最后，在图5中示出用于操作混合动力车辆并调节电机温度的方法。
现在转向附图，图1包括车辆系统100的示意性框图表示，以展示根据本说明书的用于控制车辆动力传动系统的系统或方法的一个实施例。车辆系统100通常表示具有常规或混合动力电动动力传动系统与内燃发动机(ICE)12的任何车辆。在所描绘的示例中，车辆系统100是混合动力电动车辆(HEV)系统，其包括内燃发动机12、电池46、第一电机40(在本文中也称为第一马达/发电机40)、第二电机14(也称为第二马达/发电机14)和第三电机49(在本文中也称为第三马达/发电机49)。然而，将了解，在替代实施例中，在不脱离本公开的范围的情况下，本文所讨论的扭矩控制方法可应用于其他混合动力车辆配置。
车辆动力传动系统11包括发动机12和经由行星齿轮组16联接到发动机的第二电机14。发动机12和第二电机14通过动力传递单元或变速器连接，所述动力传递单元或变速器在此示例中由行星齿轮组16实施。这样，可使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机12连接到第二电机14。行星齿轮组16包括环形齿轮18、齿轮架20、行星齿轮22和中心齿轮24。
第二电机14可用于提供电流，以对电池46充电或操作第一电机40或第三电机49。替代地，第二电机14可作为马达操作，以向连接到中心齿轮24的轴26提供输出扭矩。类似地，发动机12的操作向轴28供应扭矩，轴28连接到齿轮架20。提供制动器30以用于选择性地停止轴26的旋转，从而将中心齿轮24锁定在适当位置。由于此配置允许扭矩从第二电机14传递到发动机12，因此提供单向离合器32，使得轴28仅在一个方向上旋转。另外，当需要时且如果需要，第二电机14可操作来经由行星齿轮组16和轴28控制发动机12的转速。可经由转度传感器13来确定发动机12的转速，转速传感器13可感测曲轴轮(未示出)的一个或多个齿。发动机12可直接联接到行星齿轮组16。同样，第二电机14可直接联接到行星齿轮组16。
环形齿轮18连接到轴34，轴34通过第二齿轮组38连接到车辆前轮36。前轮36可联接到前车桥124。第一电机40可用于将扭矩输出到轴42。在一些示例中，前车桥124可包括前主减速器125。如所提及的，第一电机40可作为马达或发电机操作。例如，电池46可被配置为对第一电机40供电并将其作为马达操作。本发明范围内的其他车辆可具有不同的电机布置，诸如多于或少于本文所描绘的第一电机、第二电机和第三电机(例如，分别为图1处的40、14和49)。在图1所示的示例中，第一电机40和第二电机14两者均可作为马达操作，从而使用来自电池46或另一电流源的电流来提供期望的输出扭矩。替代地，第一电机40和第二电机14两者均可作为发电机操作，从而向由高压电池46表示的能量存储装置供应电力。可使用的其他类型的能量存储装置和/或输出装置包括例如电容器组、燃料电池，飞轮等。温度传感器41提供对第一电机40的温度的指示，并且转速传感器42测量第一电机40的转速。
第一逆变器44可用于将源自电池46的直流电(DC)转换为交流电(AC)，以用于电机40。第一逆变器44可另外用于将源自第一电机40的AC电流转换为DC，以用于存储在电池46中。同样，第二逆变器45可用于将源自电池46的直流电(DC)转换为交流电(AC)，以用于电机14。第二逆变器45可另外用于将源自第二电机14的AC电流转换为DC，以用于存储在电池46中。因此，可理解，当第一电机40和/或第二电机14作为马达(而不是发电机)操作时，源自电池46的DC电流可经由逆变器44和/或逆变器45转换为AC电流，以对第一电机和/或第二电机供电。替代地，当第一电机40和/或第二电机14作为发电机(而不是马达)操作时，源自第一电机和/或第二电机的AC电流可经由逆变器44和/或逆变器45转换为DC电流，以增加电池46的荷电状态(SOC)。
如图1所示，第一电机40、第二电机14、行星齿轮组16以及第二齿轮组38的一部分通常可称为变速驱动桥48。提供以硬件和/或软件实施的一个或多个控制器50来控制发动机12以及变速驱动桥48的部件。在图1的示例中，控制器50是车辆系统控制器(VSC)。尽管VSC 50被示出为单个控制器，但其可包括多个硬件和/或软件控制器。例如，VSC 50可包括单独的动力传动系统控制模块(PCM)，PCM可以是嵌入VSC 50内的软件，或者PCM可由具有对应软件的单独硬件装置实施。本领域普通技术人员将认识到，控制器可由专用硬件装置实施，所述专用硬件装置可包括执行计算机可读指令以控制车辆和动力传动系统的编程逻辑和/或嵌入式微处理器。控制器局域网(CAN)52可用于在VSC 50、变速驱动桥48与一个或多个其他控制器(诸如电池控制模块(BCM)54)之间传送控制数据和/或命令。例如，BCM 54可传送诸如电池温度、荷电状态(SOC)、放电功率极限和/或电池46的其他工况或参数的数据。除电池46之外的装置还可具有专用控制器或控制模块，所述专用控制器或控制模块与VSC50通信以实施对车辆和动力传动系统的控制。例如，发动机控制单元(ECU)可与VSC 50通信以控制发动机12的操作。另外，变速驱动桥48可包括一个或多个控制器，诸如变速驱动桥控制模块(TCM)，所述TCM被配置为控制48内的特定部件，诸如第二电机14和/或第一电机40。
各种控制器或控制模块(诸如VSC 50和BCM 54)中的任一者或全部可包括与存储器管理单元(MMU)2通信的基于微处理器的中央处理单元(CPU)10，所述MMU 2管理各种计算机可读存储介质74。计算机可读存储介质优选地包括各种类型的易失性和非易失性存储器，诸如只读存储器(ROM)17、随机存取存储器(RAM)8和保活存储器(KAM)7。计算机可读存储介质可使用数种已知的暂时性和/或持久性存储器装置中的任一种来实施，诸如PROM、EPROM、EEPROM、快闪存储器或能够存储CPU 10在控制发动机、车辆或各种子系统时使用的数据、代码、指令、校准信息、操作变量等的任何其他电、磁、光学或组合存储器。对于不包括MMU 2的控制器架构，CPU 10可直接与一个或多个存储介质74通信。CPU 10经由输入/输出(I/O)接口82与发动机、车辆等的各种传感器和致动器通信。
VSC 50可包括控制系统140的一部分。控制系统140被示出为从多个传感器160(本文中描述了其各种示例)接收信息并且将控制信号发送到多个致动器81(本文中描述了其各种示例)。传感器160可包括但不限于用于每个电机的电压和电流传感器，以确定电机电流和功率。传感器160还可以包括用于确定发动机负荷的歧管压力传感器、环境空气温度传感器、用于发动机12和每个电机的温度传感器以及用于测量电池工况的电流和电压传感器。作为一个示例，VSC 50可从侧倾稳定性控制传感器118接收信息，侧倾稳定性控制传感器118可包括侧向和/或纵向和/或横摆率传感器。作为另一个示例，VSC 50可经由扭矩传感器119接收关于发动机实际上产生多少扭矩的信息。致动器81可包括但不限于发动机扭矩致动器，诸如燃料喷射器、发动机进气节气门、发动机凸轮轴和点火线圈。
车辆系统100还可包括一个或多个排放控制装置56。这些排放控制装置可包括例如用于收集燃料蒸气以减少排放的碳滤罐。有时，可吹扫碳滤罐，使得所收集的蒸气被吸入发动机进气系统中并燃烧。排放控制装置56还可包括呈各种配置的一个或多个催化器或催化反应器以处理发动机12的排气。除了排放控制装置56之外，车辆系统100还可包括一个或多个发动机或马达驱动的附件(AC/DC)58。由于附件58使用由发动机12产生的扭矩和/或来自电池46和/或电机14、40的电能，因此附件58中的一个或多个可由VSC 50选择性地控制，以在接近燃烧稳定性极限操作时更精确地控制发动机12的扭矩产生。例如，空调系统可包括压缩机59，其操作在所选操作模式期间由控制器调整以更精确地控制发动机12的操作。
在一些示例中，车辆系统100可包括防抱死制动系统(ABS)113。ABS可包括例如车轮转速传感器114。ABS还可包括制动液压系统(未示出)内的至少两个液压阀(未示出)。控制器50可监测每个车轮的转速，并且响应于检测到车轮旋转明显慢于其他车轮，可控制ABS113以减小向受影响车轮处的制动器115的液压压力，从而减小所述车轮上的制动力。替代地，响应于检测到车轮旋转明显快于其他车轮，可控制ABS 113以增加向受影响车轮处的制动器的液压压力，从而增加所述车轮上的制动力。在更进一步的情况下，如下面将进一步详细讨论的，ABS 113可命令在一个或多个车轮处增加制动压力以便防止车辆响应于发动机12的减慢而向前运动。在本文中，经由ABS 113增加一个或多个车轮处的制动压力可称为激活或应用一个或多个车轮制动器。
VSC 50可从人类操作员102或自主控制器接收对车辆推进系统的操作员请求的输出的指示。例如，VSC 50可从与踏板192通信的踏板位置传感器194接收传感反馈。踏板192可示意性地指代加速踏板。类似地，VSC 50可经由人类操作员102或自主控制器接收对操作员请求的车辆制动的指示。例如，VSC 50可从与制动踏板156通信的踏板位置传感器157接收传感反馈。车辆的制动可响应于来自人类操作员或自主控制器的制动请求而经由摩擦制动(例如，经由车轮制动器115)来执行，和/或可通过车辆的再生制动来执行，在再生制动中车辆通过将其动能转换成可立即使用或存储(例如存储在电池46处)到直至需要的形式(例如，电能)来减慢。可理解，可如上文所讨论通过将第一电机40、第二电机14和第三电机49作为发电机操作而依赖于相应电机中的任何一个来将车辆动能转换成电能，如本领域所理解的。
第三电机49可经由齿轮配置(另称为后主减速器或后差速器)126与后车桥134和后轮130通信。在一些示例中，第三电机49可配置为可称为电动后车桥装置(ERAD)系统的系统。ERAD系统可包括任何合适的传动装置，以使得第三电机49能够向后轮130提供扭矩输出。因此，第三电机49可选择性地向后车桥128和后轮130供应扭矩或从其吸收扭矩。在一些示例中，第三电机49可直接联接到主减速器126。
在一些示例中，第三逆变器65可用于将源自电池46的直流电(DC)转换为AC电流以供经由第三电机49使用，并且用于将源自作为发电机操作的第三电机49的AC电流转换为DC电流，以供第一电机40和第二电机14中的一者或多者使用和/或用于存储在电池46处。
图1的系统提供了一种车辆系统，其包括：第一电机，所述第一电机直接联接到第二齿轮组；第二电机，所述第二电机直接联接到行星齿轮组，所述行星齿轮组直接联接到所述第二齿轮组；发动机，所述发动机联接到所述行星齿轮组；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令致使所述控制器增加所述发动机的扭矩输出并减小所述发动机的转速，以在请求的发动机功率输出恒定并且所述第一电机的温度高于所述发动机的最优转速减小的温度时维持恒定的发动机功率输出。所述车辆系统还包括：作为所述第一电机的温度的函数调整所述发动机的转速。所述车辆系统还包括：将所述发动机的转速调整至使所述第一电机的扭矩最小化的转速。所述车辆系统包括：其中使所述第一电机的扭矩最小化的所述转速是基于当前发动机功率请求和在当前发动机转速下的最大发动机扭矩。所述车辆系统还包括：致使所述控制器在维持车辆速度的同时减小所述第一电机的扭矩的另外的指令。所述车辆系统还包括：致使所述控制器在维持车轮扭矩的同时减小所述第一电机的扭矩的另外的指令。所述车辆系统包括：其中所述发动机的所述转速经由调整所述第二电机的转速来减小。
现在转向图2，示出了用于控制电机(例如，电机40)的温度的示例性现有技术序列。现有技术方法作为电机温度的函数限制电机扭矩，以控制电机的温度上升。特别地，一旦电机温度达到阈值温度，电机扭矩极限就随着电机温度增加而减小。当电机扭矩极限减小时，发动机扭矩增加以维持请求的车轮扭矩。最初，维持发动机转速而不增加，但通过增加发动机扭矩来增加发动机功率，使得发动机可产生请求的扭矩。发动机功率的增加被应用来对车辆的牵引电池充电。当电机扭矩极限随着电机温度增加而继续减小时，满足请求车轮扭矩所必需的发动机扭矩可能在当前最优发动机转速下不可用，因此可增加发动机转速以增加发动机扭矩容量。经由以较高转速和扭矩操作发动机产生的过量发动机功率被应用来对车辆的电池充电。如果存储在电池中的电荷量达到阈值水平(例如，电荷上限)，则电池可不再接受电荷，因此发动机扭矩和转速减小。发动机转速和扭矩的减小导致车轮扭矩的损失并且无法提供请求的车轮扭矩。另外，由于电机扭矩受电机温度的约束，因此最大车轮扭矩减小。在时间t0至t2处的竖直线表示序列中感兴趣的时间。
从图2顶部起的第一曲线图是第一电机温度(例如，第一电机40的温度)对时间的曲线图。竖直轴线表示第一电机温度，并且第一电机温度沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。水平线250是上限阈值。当第一电机温度超过阈值250时，开始经由调整电机扭矩来控制第一电机温度。迹线202表示第一电机温度。
从图2顶部起的第二曲线图是车轮扭矩请求对时间的曲线图。竖直轴线表示车轮扭矩请求，并且车轮扭矩请求沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线204表示车轮扭矩请求。车轮扭矩请求可经由人类驾驶员应用加速踏板来作出。加速踏板的位置和车辆速度可通过经由加速踏板位置和车辆速度参考或索引的表或函数转换成车轮扭矩请求。所述表或函数输出车轮扭矩请求。
从图2顶部起的第三曲线图是车轮扭矩对时间的曲线图。竖直轴线表示车轮扭矩，并且车轮扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线206表示车轮转速。
从图2顶部起的第四曲线图是车轮转速对时间的曲线图。竖直轴线表示车轮转速，并且车轮转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹208表示车轮转速。
从图2顶部起的第五曲线图是发动机扭矩对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机扭矩，并且发动机扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹210表示发动机扭矩。
从图2顶部起的第六曲线图是发动机转速对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机转速，并且发动机转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线212表示发动机转速。
从图2顶部起的第七曲线图是发动机功率对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机功率，并且发动机功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线214表示发动机功率。
从图2顶部起的第八曲线图是第一电机扭矩(例如，第一电机40的扭矩)对时间的曲线图。竖直轴线表示第一电机扭矩，并且第一电机扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线216表示电机扭矩。
从图2顶部起的第九曲线图是第一电机转速(例如，第一电机40的转速)对时间的曲线图。竖直轴线表示第一电机转速，并且第一电机转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线218表示电机转速。
在时间t0处，电机温度小于阈值250，并且车轮扭矩请求处于较高水平。车轮扭矩处于较高水平，并且车轮转速处于中等水平。发动机扭矩处于较高水平，并且发动机转速处于较高水平。发动机功率处于较高的中间水平。电机扭矩处于较高水平，并且电机转速处于中间水平。当混合动力车辆在道路上行进并且道路具有正坡度时，可存在此类状况。替代地，当混合动力车辆可能正在牵引负载时，可存在所述状况。
在时间t0与时间t1之间，第一电机的温度增加。第一电机温度接近阈值250，在这种情况下开始调节第一电机温度。当第一电机在较高的第一电机扭矩输出水平下长时间操作时，当第一电机的冷却容量无法与来自第一电机的热量输出保持同步时，第一电机温度可能增加。其他车辆工况保持不变且恒定。
在时间t1处，第一电机温度超过阈值250，并且第一电机扭矩响应于第一电机温度而减小。可经由作为第一电机温度的函数限制第一电机扭矩减小来第一电机扭矩。发动机扭矩和发动机转速响应于第一电机温度超过阈值250以及第一电机扭矩输出的减少而增加。通过增加发动机扭矩和发动机转速，发动机功率输出增加并且车轮扭矩可维持处于恒定水平。过量的发动机功率作为电荷存储在车辆的电池中。替代地，如果发动机的过量功率由于高水平的电池电荷而可能未存储在车辆的电池中，则可通过将发动机扭矩和发动机转速维持处于其恰好在时间t1之前的水平来将发动机功率维持处于其在时间t1之前的水平。然而，车轮功率在此类状况期间可能减小。车轮扭矩请求保持恒定并处于其先前水平，并且车轮扭矩匹配请求的车轮扭矩。车轮扭矩不变，因为发动机扭矩增加以补偿电机扭矩的减小。车轮转速保持恒定且处于其先前水平。第一电机转速保持处于其先前水平。
在时间t1与时间t2之间，第一电机温度继续增加，并且第一电机扭矩进一步减小以调节第一电机的温度。发动机扭矩增加并且发动机转速也增加，使得发动机功率输出增加。第一电机转速不变。车轮转速不变，因为车轮扭矩不变。
在时间t2处，第一电机的温度趋于平稳，并且第一电机扭矩的减小停止。发动机扭矩和转速保持处于恒定水平。车轮扭矩请求不变，并且车轮扭矩不变。车轮转速也不变。第一电机转速和车轮转速不变。发动机功率已在较高水平处趋于平稳。
以此方式，可维持车轮扭矩，使得车辆在第一电机温度增加的情况下不减速。然而，发动机功率输出增加，并且过量的发动机功率需要作为电能存储在电能存储装置中。如果电能存储装置完全充电，则车轮扭矩可减小，从而在存在恒定车轮扭矩请求的情况下减小车辆速度。因此，维持车轮扭矩可以是电池电荷存储容量未被利用的量的函数。当电池电荷存储容量被利用时，减小车轮扭矩的可能性可增加。
现在参考图3，示出了根据图5的方法和图1的系统的车辆操作序列。图3的车辆操作序列可经由图1所示的混合动力车辆结合图5的方法来提供。在时间t10至t12处的竖直线表示序列中的感兴趣时间。
从图3顶部起的第一曲线图是第一电机扭矩40的温度对时间的曲线图。竖直轴线表示第一电机温度，并且第一电机温度沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线302表示第一电机温度。
从图3顶部起的第二曲线图是车轮扭矩请求对时间的曲线图。竖直轴线表示车轮扭矩请求，并且车轮扭矩请求沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线304表示车轮扭矩请求。
从图3顶部起的第三曲线图是车轮扭矩对时间的曲线图。竖直轴线表示车轮扭矩，并且车轮扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹306表示车轮扭矩。
从图3顶部起的第四曲线图是车轮转速对时间的曲线图。竖直轴线表示车轮转速，并且车轮转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹308表示车轮转速。
从图3顶部起的第五曲线图是发动机扭矩对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机扭矩，并且发动机扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。轨迹310表示发动机扭矩。
从图3顶部起的第六曲线图是发动机转速对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机转速，并且发动机转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线312表示发动机转速。
从图3顶部起的第七曲线图是发动机功率对时间的曲线图。竖直轴线表示发动机功率，并且发动机功率沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线314表示发动机功率。
从图3顶部起的第八曲线图是第一电机扭矩(例如，第一电机40的扭矩)对时间的曲线图。竖直轴线表示第一电机扭矩，并且第一电机扭矩沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线316表示第一电机扭矩。
从图3顶部起的第九曲线图是第一电机转速(例如，第一电机40的转速)对时间的曲线图。竖直轴线表示第一电机转速，并且第一电机转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示时间，并且时间从曲线图的左侧向曲线图的右侧增加。迹线318表示第一电机转速。
在时间t10处，第一电机温度为中间水平，并且车轮扭矩请求处于较高水平。车轮扭矩处于较高水平，并且其匹配车轮扭矩请求。车轮转速处于中等水平，发动机扭矩处于较高水平，并且发动机转速处于较高水平。发动机功率处于较高的中间水平。第一电机扭矩处于较高水平，并且第一电机转速处于中间水平。当混合动力车辆在道路上行进并且道路具有正坡度时，可存在此类状况。替代地，当混合动力车辆可能正在牵引负载时，可存在所述状况。
在时间t10与时间t11之间，第一电机的温度增加。当第一电机的冷却容量无法与来自第一电机的热量输出保持同步时，在较高的第一电机扭矩输出水平下电机温度可能增加。其他车辆工况保持不变且恒定。
在时间t11处，第一电机温度已增加至阈值水平。请求的或命令的发动机转速根据第一电机温度而减小。发动机扭矩响应于请求的或命令的发动机转速而增加。第一电机(例如，40)的扭矩的减小响应于发动机扭矩的增加而开始。通过增加发动机扭矩和减小发动机转速，发动机功率输出可维持恒定，同时车轮扭矩请求恒定。此外，由于第一电机温度的增加使得过量的发动机功率不必存储在车辆的电池中，因此没有过量的发动机功率。另外，由于发动机扭矩增加以维持发动机功率，因此车轮扭矩维持恒定，同时请求的车轮功率恒定。在请求的车轮扭矩恒定的同时车轮扭矩同样恒定。
在时间t11与时间t12之间，第一电机温度继续增加，并且随着请求的发动机转速(未示出)响应于增加的电机温度而减小，发动机转速减小。发动机扭矩增加以维持发动机功率，并且第一电机的扭矩输出进一步响应于减小的发动机转速和增加的发动机扭矩而减小。车轮扭矩请求与车轮扭矩和车轮转速一起保持恒定。电机转速同样恒定，因为随着第一电机的温度增加，车轮扭矩不变。
在时间t12处，电机的温度趋于平稳，并且第一电机扭矩的减小停止。发动机扭矩也停止增加，并且第一电机的扭矩停止减小。车轮扭矩请求保持恒定，并且车轮扭矩和车轮转速保持不变。电机转速保持恒定，并且发动机功率输出保持恒定。
以此方式，车轮扭矩可得以维持，使得车辆在电机温度增加的情况下不减速。另外，当请求的车轮扭矩恒定时，经由增加发动机扭矩和减小发动机转速，发动机功率输出可维持处于恒定水平。当作为第一电机40的温度的函数调整发动机转速时，车轮扭矩同样可保持恒定，并且车轮转速可保持恒定以提供请求的车轮功率。
现在参考图4A，示出了用于根据请求的发动机功率确定请求的或最优的发动机转速的映射图或函数402的曲线图400。映射图或函数402可凭经验或以分析方式来确定，并且可被选择来优化车辆目标(例如，发动机噪声、排放、燃料消耗等)。在一个示例中，可经由在测功机上操作发动机并针对请求的发动机功率量调整发动机转速和发动机负荷直到观察到请求的发动机功率的最低发动机燃料消耗量来确定映射图。映射图可响应于电机损失和其他车辆性能度量而进一步修改。记录在满足车辆性能目标时发动机产生请求的发动机功率的发动机转速。
曲线图400包括竖直轴线，竖直轴线表示请求的发动机转速，并且请求的或最优的发动机转速沿竖直轴线箭头的方向增加。水平轴线表示请求的发动机功率，并且请求的发动机功率沿水平轴线箭头的方向增加。可经由加速踏板位置和车辆速度来确定请求的动力传动系统功率。最大请求的发动机转速由水平虚线450指示。最大发动机功率由竖直虚线452指示。实线402表示请求的发动机功率与请求的或最优的发动机转速之间的关系。在一些示例中，还可经由另外的参数(例如，车辆速度等)来索引或参考映射图。
因此，对于包括发动机功率量的给定的请求参数集，仅产生单个请求的或优化的发动机转速。另外，对于每个请求的发动机功率，存在唯一请求的或优化的发动机转速。
现在转向图4B，示出了用于根据第一电机(例如，图1的40)的温度来确定请求的最大发动机转速减小的映射图或函数475的曲线图470。可经由在测功机上操作发动机并在发动机操作而没有过载工作或预点火的情况下将发动机转速调整到当前请求的发动机功率请求的最低值来凭经验确定映射图或函数475。
曲线图470包括竖直轴线，竖直轴线表示相对于最优发动机转速(N_opt)的最大发动机转速减小量(RPM)，并且最大发动机转速减小量沿竖直箭头的方向增加。水平轴线表示第一电机的温度，并且第一电机的温度沿水平轴线箭头的方向增加。
可通过经由当前马达/发电机温度对函数475进行索引或参考来确定最大发动机转速减小。例如，如果经由竖直线472给出当前第一电机温度，则对应的最大发动机转速减小由水平线474给出，水平线474与竖直线472在函数475处相交。因此，对于给定的第一电机温度，仅产生单个最大发动机转速减小值。
现在参考图5，示出了用于操作车辆的方法500的流程图。方法500的至少部分可实施为存储在非暂时性存储器中的可执行控制器指令。方法500可与图1的系统协作地操作。另外，方法500的部分可以是在物理世界中被采取来转变致动器或装置的操作状态的动作。图5的方法可作为存储在非暂时性存储器中的可执行指令结合到图1的系统中。
在502处，方法500确定车辆工况。车辆工况可包括但不限于请求的或期望的车轮功率、预期的电功率损失、附件负载功率、电池功率、环境温度、当前发动机转速和当前第一电机温度。可经由本文描述的各种传感器来确定车辆工况。在一个示例中，可经由加速踏板位置和车辆速度来确定请求的动力传动系统功率。特别地，加速踏板位置和车辆速度被应用来参考凭经验确定的车轮功率请求值的函数。对于每个车辆速度和加速踏板对，存在经由函数或表输出的唯一请求的车轮功率。
另外，方法500可从车辆工况确定各种车辆操作参数。例如，方法500可经由以下等式来确定请求的发动机功率：
Peng_req＝P车轮_req+P损失+P附件-P电池
其中Peng_req是请求的发动机功率，P车轮_req是请求的车轮功率，P损失是预期的电损失，P附件是电气附件负载(例如，转向、供暖和空调等)，以及P电池(例如，请求的电池充电或放电功率)。方法500前进到504。
在504处，方法500从发动机功率需求确定最优发动机转速(例如，N_opt)。在一个示例中，方法500根据请求的发动机功率来索引或参考表或函数(例如，参见图4)，并且所述表或函数针对请求的发动机功率输出优化的发动机转速。方法500前进到506。
在506处，方法500确定使第一电机扭矩(例如，电机40的扭矩)最小化的发动机转速。在一个示例中，可经由以下等式来确定使第一电机扭矩最小化的发动机转速：
Figure BDA0002819702950000171
其中N_mot_temp是使第一电机扭矩最小化的发动机转速，Peng_req是请求的发动机功率，并且Teng_max是当前发动机转速下的最大发动机扭矩。方法500前进到508。
在508处，方法500作为第一电机温度(例如，第一电机40的温度)的函数确定相对于最优发动机转速(N_opt)的最大发动机转速减小。可经由以下等式来确定最大发动机转速减小：
N_delta＝f(马达_temp)
其中N_delta是相对于最优发动机转速N_opt的最大发动机转速减小，f是返回最大发动机转速减小N_delta的函数，并且马达_temp是表示输入到函数f的第一电机温度的自变量。函数f可以是图4B所示的形式。方法500前进到510。
在510处，方法500确定发动机转速命令并使发动机以命令的转速操作。在一个示例中，可经由以下等式来确定命令的发动机转速：
Ncmd_eng＝max(N_mot_temp,N_opt-N_delta)
其中Ncmd_eng是发动机转速命令值。其他参数如先前所描述。经由将第二电机14的转速调整至与请求的发动机转速成比例的转速，发动机可以命令的发动机转速操作。方法500使发动机以命令的发动机转速操作。方法500还经由以下等式来确定请求的发动机扭矩：
Figure BDA0002819702950000181
其中Teng_req是请求的发动机扭矩。其他参数如先前所描述。经由调整发动机扭矩致动器(例如，节气门、燃料喷射器、火花正时等)将发动机扭矩调整至请求的发动机扭矩。调整第一电机40的扭矩，使得当发动机扭矩和控制发动机转速的第二电机14的扭矩与第一电机40的扭矩组合时，提供请求的车轮扭矩。可经由以下等式来确定请求的车轮扭矩：
Figure BDA0002819702950000191
其中T车轮_req是请求的车轮扭矩，P车轮_req是请求的车轮功率，并且N车轮是当前车轮转速。可经由以下等式来求解第一电机的扭矩：
GR2·Mot_gen1_tor＝T车轮-GR1·T环形齿轮
其中T车轮是车辆车轮(例如，36)处的扭矩，GR1是环形齿轮与车轮之间的齿轮比，包括任何主减速比，T环形齿轮是环形齿轮扭矩，所述环形齿轮扭矩取决于由第二电机14提供的反作用扭矩，所述反作用扭矩又取决于发动机扭矩以及命令的发动机转速变化的量，并且GR2是第一马达/发电机40与车轮之间的齿轮比，并且Mot_gen1_tor是第一电机40的扭矩。方法500前进到退出。
以此方式，命令的发动机转速可以是第一电机40的温度的函数。随着第一电机40的温度增加，最优发动机转速可减小并且发动机扭矩可增加，使得满足请求的发动机功率。当第一电机40的温度增加时，对于恒定的车轮功率请求，发动机输出功率量可保持不变，使得不需要将另外的发动机功率存储到车辆的电池。这可允许车辆的动力传动系统保持恒定的发动机功率输出，只要请求的车轮功率恒定即可。另外，本方法不作为第一电机40的温度的函数限制第一马达/发电机40的最大扭矩，使得第一马达/发电机40可在第一电机的当前转速下递送其全扭矩容量，如果经由车辆的人类驾驶员请求这种操作的话。
因此，图5的方法提供了一种用于操作车辆传动系的方法，其包括：经由控制器将发动机的转速从最优发动机转速调整至作为第一电机的温度的函数的转速。所述方法包括：其中所述最优发动机转速是发动机燃料消耗为发动机功率请求的最低量的发动机转速。所述方法包括：其中调整所述发动机的所述转速包括减小所述发动机的所述转速。所述方法还包括：在调整所述发动机的所述转速的同时增加所述发动机的扭矩输出，以便在请求的发动机功率恒定时维持发动机功率输出。所述方法包括：其中所述发动机的所述转速经由调整第二电机的转速来调整。所述方法包括：其中所述第一电机直接联接到变速驱动桥，并且其中所述第二电机直接联接到行星齿轮组。所述方法包括：其中所述行星齿轮组直接联接到所述变速驱动桥。
图5的方法还提供了一种用于操作车辆传动系的方法，其包括：经由控制器调整发动机操作以使第一电机的扭矩最小化，同时维持发动机功率和车轮扭矩。所述方法包括：其中所述发动机的所述转速经由调整第二电机的转速来调整。所述方法包括：其中调整所述发动机的所述扭矩包括随着所述第一电机的温度增加而增加所述发动机的扭矩。所述方法包括：其中调整所述发动机的所述转速包括减小所述发动机的所述转速。所述方法包括：其中基于所述请求的发动机功率来调整所述发动机的所述扭矩包括将所述请求的发动机功率除以所述发动机的所调整的转速。所述方法包括：其中所述第一电机直接联接到变速驱动桥。
在另一个表示中，图5的方法提供了一种用于操作车辆传动系的方法，其包括：经由控制器将发动机的转速调整至所述发动机的使所述第一电机的扭矩最小化的转速，同时维持基本上恒定的车轮扭矩(例如，车轮扭矩与平均车轮扭矩相差不到5％)。所述方法包括：其中基于所调整的发动机转速来调整所述发动机扭矩，以维持发动机功率等于恰好在调整所述发动机的所述转速之前的发动机功率。所述方法包括：在调整所述发动机的所述转速的同时响应于恒定的车轮功率来维持车轮功率。
应注意，本文所包括的示例性控制和估计例程可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文所公开的控制方法和例程可作为可执行指令存储在非暂时性存储器中，并且可由包括控制器结合各种传感器、致动器和其他发动机硬件的控制系统来执行。本文所描述的具体例程可表示任何数量的处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)中的一种或多种。因此，所展示的各种动作、操作和/或功能可按所展示的序列执行、并行执行，或者在一些情况下省略。同样地，处理次序不一定是实现本文所描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述提供的。所展示的动作、操作和/或功能中的一者或多者可根据所使用的特定策略而重复地执行。此外，所描述的动作、操作和/或功能可图形地表示将要编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂时性存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种发动机硬件部件结合电子控制器的系统中执行指令来实施。
应了解，本文所公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些特定实施例不应被视为具有限制意义，因为许多变型是可能的。例如，以上技术可应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其他发动机类型。本公开的主题包括本文中公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非明显的组合和子组合。
如本文所使用，除非另有指定，否则术语“大约”被解释为意指所述范围的±5％。
以下权利要求特别地指出被视为新颖且非明显的某些组合和子组合。这些权利要求可指代“一个”要素或“第一”要素或其等同物。这些权利要求应理解为包括一个或多个这样的要素的结合，既不要求也不排除两个或更多个这样的要素。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可通过修正本权利要求或通过在此申请或相关申请中呈现新的权利要求来要求保护。此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被视为包括在本公开的主题内。
根据本发明，一种用于操作车辆传动系的方法包括：经由控制器将发动机的转速从最优发动机转速调整至作为第一电机的温度的函数的转速。
在本发明的一个方面，所述最优发动机转速是发动机燃料消耗为发动机功率请求的最低量的发动机转速。
在本发明的一个方面，调整所述发动机的所述转速包括减小所述发动机的所述转速。
在本发明的一个方面，所述方法包括：在调整所述发动机的所述转速的同时增加所述发动机的扭矩输出，以便在请求的发动机功率恒定时维持发动机功率输出。
在本发明的一个方面，所述发动机的所述转速经由调整第二电机的转速来调整。
在本发明的一个方面，所述第一电机直接联接到变速驱动桥，并且其中所述第二电机直接联接到行星齿轮组。
在本发明的一个方面，所述行星齿轮组直接联接到所述变速驱动桥。
根据本发明，提供了一种车辆系统，其具有：第一电机，所述第一电机直接联接到第二齿轮组；第二电机，所述第二电机直接联接到行星齿轮组，所述行星齿轮组直接联接到所述第二齿轮组；发动机，所述发动机联接到所述行星齿轮组；以及控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令致使所述控制器增加所述发动机的扭矩输出并减小所述发动机的转速，以在请求的发动机功率输出恒定并且所述第一电机的温度高于所述发动机的最优转速减小的温度时维持恒定的发动机功率输出。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，作为所述第一电机的温度的函数调整所述发动机的转速。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，将所述发动机的转速调整至使所述第一电机的扭矩最小化的转速。
根据一个实施例，使所述第一电机的扭矩最小化的所述转速是基于当前发动机功率请求和在当前发动机转速下的最大发动机扭矩。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，致使所述控制器调整节气门的位置以增加所述发动机的扭矩输出的另外的指令。
根据一个实施例，上述发明的特征还在于，致使所述控制器在维持车轮扭矩的同时减小所述第一电机的扭矩的另外的指令。
根据一个实施例，所述发动机的所述转速经由调整所述第二电机的转速来减小。
根据本发明，一种用于操作车辆传动系的方法包括：经由控制器调整发动机操作以使第一电机的扭矩最小化，同时维持发动机功率和车轮扭矩。
在本发明的一个方面，调整发动机操作包括经由调整第二电机的转速来调整所述发动机的转速。
在本发明的一个方面，调整发动机操作包括随着所述第一电机的温度增加而增加所述发动机的扭矩。
在本发明的一个方面，调整所述发动机的所述转速包括减小所述发动机的所述转速。
在本发明的一个方面，增加所述发动机的所述扭矩是基于请求的发动机功率除以所述发动机的所调整转速。
在本发明的一个方面，所述第一电机直接联接到变速驱动桥。

Claims (14)

1.一种用于操作车辆传动系的方法，其包括：
经由控制器将发动机的转速从最优发动机转速调整至作为第一电机的温度的函数的转速。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述最优发动机转速是发动机燃料消耗为发动机功率请求的最低量的发动机转速。
3.如权利要求1所述的方法，其中调整所述发动机的所述转速包括减小所述发动机的所述转速。
4.如权利要求1所述的方法，其还包括：在调整所述发动机的所述转速的同时增加所述发动机的扭矩输出，以便在请求的发动机功率恒定时维持发动机功率输出。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述发动机的所述转速经由调整第二电机的转速来调整。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一电机直接联接到变速驱动桥，并且其中所述第二电机直接联接到行星齿轮组。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述行星齿轮组直接联接到所述变速驱动桥。
8.一种车辆系统，其包括：
第一电机，所述第一电机直接联接到第二齿轮组；
第二电机，所述第二电机直接联接到行星齿轮组，所述行星齿轮组直接联接到所述第二齿轮组；
发动机，所述发动机直接联接到所述行星齿轮组；以及
控制器，所述控制器包括存储在非暂时性存储器中的可执行指令，所述可执行指令致使所述控制器增加所述发动机的扭矩输出并减小所述发动机的转速，以在请求的发动机功率输出恒定并且所述第一电机的温度高于所述发动机的最优转速减小的温度时维持恒定的发动机功率输出。
9.如权利要求8所述的车辆系统，其还包括：作为所述第一电机的温度的函数调整所述发动机的转速。
10.如权利要求8所述的车辆系统，其还包括：将所述发动机的转速调整至使所述第一电机的扭矩最小化的转速。
11.如权利要求10所述的车辆系统，其中使所述第一电机的扭矩最小化的所述转速是基于当前发动机功率请求和在当前发动机转速下的最大发动机扭矩。
12.如权利要求8所述的车辆系统，其还包括：致使所述控制器调整节气门的位置以增加所述发动机的扭矩输出的另外的指令。
13.如权利要求8所述的车辆系统，其还包括：致使所述控制器在维持车轮扭矩的同时减小所述第一电机的扭矩的另外的指令。
14.如权利要求8所述的车辆系统，其中所述发动机的所述转速经由调整所述第二电机的转速来减小。
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