CN114312740A - 具有速率受限的能量管理扭矩的混合动力车辆控制 - Google Patents

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CN114312740A
CN114312740A CN202111148391.8A CN202111148391A CN114312740A CN 114312740 A CN114312740 A CN 114312740A CN 202111148391 A CN202111148391 A CN 202111148391A CN 114312740 A CN114312740 A CN 114312740A
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亚历克·博尔豪斯
贾斯廷·旁汉斯
D·M·史密斯
李闵堀
约书亚·尼古拉斯·德瓦尔特
安德鲁·E·伯特
法扎尔·阿拉曼·赛义德
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

本公开提供了“具有速率受限的能量管理扭矩的混合动力车辆控制”。一种用于控制具有发动机和牵引马达的混合动力车辆的系统和方法包括：在与基于系统效率选择的操作点处操作所述发动机；响应于驾驶员需求扭矩与和所述操作点相关联的发动机扭矩之间的差值而操作所述电机以提供电机扭矩；以及响应于所述驾驶员需求扭矩的变化速率而限制所述电机扭矩的变化速率。电机扭矩速率限制可以响应于驾驶员需求扭矩的变化速率以及所述驾驶员需求扭矩是在增加还是在减少而连续变化。

Description

具有速率受限的能量管理扭矩的混合动力车辆控制
技术领域
本公开涉及管理由混合动力车辆中的牵引马达和发动机供应的扭矩。
背景技术
混合动力电动车辆包括发动机和电机，所述电机可以作为牵引马达操作以推进车辆。当发动机操作时，动力传动系统控制器可以尝试在发动机的最有效的操作点处操作发动机以最大化总体动力传动系统效率，同时控制经由电机提供的能量管理扭矩以供应满足驾驶员需求的动力传动系统输出扭矩。虽然可以快速调整电机扭矩以补偿驾驶员需求的瞬变，但是当驾驶员需求扭矩相对稳定时，扭矩在相对较短的时间段内的显著变化可能会影响车辆操控性。
发明内容
一种用于控制具有发动机和牵引马达的混合动力车辆的系统和方法包括：以与基于当前发动机转速和系统效率选择的操作点相关联的发动机扭矩操作发动机，所述当前发动机转速和系统效率可以至少包括发动机燃料效率；响应于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值而操作电机以提供电机扭矩；以及响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机扭矩的变化速率。电机扭矩速率限制可以响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而连续变化。可以基于驾驶员需求扭矩是增加还是减少来选择或改变速率限制。
在一个实施例中，一种车辆包括：发动机；电机，其通过第一离合器选择性地联接到发动机；阶梯传动比变速器，其通过第二离合器选择性地联接到电机；以及控制器。控制器被编程为以与基于系统效率或发动机燃料效率、当前发动机转速和驾驶员需求扭矩选择的操作点相关联的发动机扭矩操作发动机。控制器被编程为响应于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值来操作电机以提供电机扭矩，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机扭矩的变化速率。控制器可以响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而将电机扭矩的变化速率限制为第一速率，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为负而将电机扭矩的变化速率限制为第二速率。速率限制可以从存储在可由控制器访问的存储器中的查找表中检索，并且至少由驾驶员需求扭矩的变化速率编索引。可以基于驾驶员需求扭矩的变化速率以及驾驶员需求扭矩是增加还是减少来从查找表中检索速率限制。如果驾驶员需求扭矩在增加，则控制器可以从第一查找表中检索速率限制，并且如果驾驶员需求扭矩没有在增加，则可以从第二查找表中检索速率限制。
实施例可以包括一种车辆，所述车辆具有：发动机；牵引电池；电机，其通过第一离合器选择性地联接到发动机并电联接到牵引电池；自动阶梯传动比变速器，其具有多个可选择的离散齿轮比和变矩器，所述变速器通过第二离合器选择性地联接到电机；以及控制器。控制器可以被编程为至少部分地基于驾驶员需求扭矩、当前发动机转速和牵引电池的荷电状态而至少控制发动机歧管气流来以与选定的发动机操作点相关联的发动机扭矩操作发动机。控制器还可以被编程为响应于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值来控制流到电机和从电机流出的电流以提供电机扭矩，并且基于驾驶员需求扭矩的变化速率来限制电机扭矩的变化速率。控制器可以被编程为从存储在与控制器通信的存储器中的查找表中检索速率限制。查找表可以由驾驶员需求扭矩的变化速率编索引。驾驶员需求扭矩可以对应于加速踏板的位置。控制器可以被编程为响应于驾驶员需求扭矩增加而从第一查找表中检索速率限制，并且响应于驾驶员需求扭矩减小而从第二查找表中检索速率限制。
实施例还可以包括一种用于控制具有发动机和联接到牵引电池的电机的车辆的方法。所述方法至少部分地由车辆控制器执行，并且包括响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机的电流的变化速率。所述方法可以包括在基于燃料消耗、当前发动机转速、驾驶员需求扭矩和牵引电池的荷电状态选择的操作点处操作发动机。所述方法还可以包括基于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值来控制电机的电流以提供电机扭矩。驾驶员需求扭矩可以对应于加速踏板位置。所述方法可以包括响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而从第一查找表中检索速率限制，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为负而从第二查找表中检索速率限制。所述方法还可以包括响应于驾驶员需求扭矩的变化速率的量值以及驾驶员需求扭矩的变化速率是正还是负而从查找表中检索速率限制。
根据本公开的实施例可以提供相关联的优点。例如，本公开提供了一种用于通过以下措施来管理由电机提供的能量管理扭矩以允许系统效率增加的系统和方法：允许能量扭矩的快速变化以在对应的驾驶员需求快速变化期间将发动机维持在有效操作点，同时增加控制系统在不伴随驾驶员需求变化的情况下平稳地管理动力传动系统模式转变的能力，以避免操控性降级，同时还降低噪声、振动和粗糙性(NVH)。
当结合附图理解时，根据优选实施例的以下详细描述，本公开的上述优点和其他优点和特征将显而易见。
附图说明
图1是具有利用能量管理扭矩速率限制的模块化动力传动系统配置的混合动力电动车辆的示意图。
图2示出了响应于驾驶员需求而选择发动机操作点并确定电机的期望能量管理扭矩的控制策略。
图3示出了用于响应于驾驶员需求的变化速率而对能量管理扭矩变化进行动态速率限制的系统或方法的操作。
图4示出了用于对能量管理扭矩变化进行动态速率限制的系统或方法的操作。
图5示出了相对于针对驾驶员需求的快速变化采用慢速滤波器的先前策略的能量管理扭矩的动态速率限制的操作。
图6示出了相对于针对稳定的驾驶员需求的操作模式变化采用快速滤波器的先前策略的能量管理扭矩的动态速率限制的操作。
具体实施方式
本文中描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以不同方式采用实施例的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解，参考附图中的任一附图示出和描述的各个特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于特定应用或实现方式来说可能是希望的。
参考图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。部件在车辆内的物理布局和取向可以变化。HEV 110包括动力传动系统112。动力传动系统112包括驱动变速器系统116的发动机114，所述变速器系统可以被称为模块化混合动力变速器(MHT)系统。如下文将进一步详细描述的，在各个实施例中，变速器系统116可以包括电机(诸如电动马达/发电机(M/G)118)、相关联的牵引电池120、变矩器122和多阶梯传动比变速器或齿轮箱124。齿轮箱124还可以通过具有一个或多个电动马达的自动化机械变速器来实施，以基于当前车辆和环境工况或模式来选择多个离散齿轮比中的一个。
发动机114和电机118是车辆110的两个驱动源。发动机114通常表示动力源，所述动力源可以包括内燃发动机(诸如汽油发动机、柴油发动机或天然气动力发动机)或燃料电池。发动机114产生发动机动力和对应的发动机扭矩，其在发动机114与电机118之间的分离离合器126至少部分地接合时被供应到电机118。电机118可以由多种类型的电机中的任何一种来实施，例如，诸如永磁同步马达。电机118也可以被称为牵引马达，因为其可以作为电动马达操作以向车轮142提供扭矩。电力电子器件156按照电机118的要求调节由牵引电池120提供的直流(DC)电力，如下文将描述的。例如，电力电子器件可以向电机118提供三相交流电(AC)。
当分离离合器126至少部分地接合时，从发动机114到电机118的动力流或从所述电机到发动机114的动力流是可能的。例如，分离离合器126可以接合，并且电机118可以作为发电机操作以将由曲轴128和电机轴130提供的旋转能量转换成电能以存储在牵引电池120中。如下面更详细描述的，电机118可以作为马达操作以增加提供给输出轴136的扭矩，或者作为发电机操作以减小提供给输出轴136的扭矩，以允许发动机114以期望的发动机转速和扭矩操作点操作以实现特定的系统目标，例如，诸如燃料效率。分离离合器126也可以脱离以将发动机114与动力传动系统112的其余部分隔离，使得电机118可以充当HEV 110的唯一驱动源。轴130延伸穿过电机118。电机118连续地可驱动地连接到轴130，而发动机114仅在分离离合器126至少部分地接合时可驱动地连接到轴130。当分离离合器126接合时，发动机114的转速与电机118的转速之间存在固定的转速关系。
电机118经由轴130连接到变矩器122。因此，当分离离合器126至少部分接合时，变矩器122连接到发动机114。变矩器122包括固定到电机轴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之间提供液压联接。当泵轮比涡轮旋转得更快时，变矩器122将动力从泵轮传输到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的量值一般取决于相对速度。当泵轮转速与涡轮转速的比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的若干倍。还可以提供变矩器旁通离合器134，其在接合时摩擦地或机械地联接变矩器122的泵轮和涡轮，从而允许更有效的动力传递。变矩器旁通离合器134可以作为起步离合器(也被称为下游离合器或第二离合器)操作以提供平稳的车辆起步。替代地或组合地，可以在电机118与齿轮箱124之间提供类似于分离离合器126的起步离合器，以用于不包括变矩器122或变矩器旁通离合器134的应用。在一些应用中，分离离合器126通常被称为上游离合器，并且起步离合器134(其可以是变矩器旁通离合器)如先前所述通常被称为下游离合器。
齿轮箱124可以包括齿轮组(未示出)，所述齿轮组通过诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件的选择性接合而以不同的齿轮比选择性地放置，以在齿轮箱124的输入与输出之间建立期望的多个离散或阶梯传动比。摩擦元件可通过换挡计划来控制，所述换挡计划连接和分离齿轮组的某些元件以控制输出轴136与输入轴132之间的齿轮比。基于各种车辆和环境工况，齿轮箱124通过相关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(PCU)150)自动地从一个传动比换挡到另一个传动比。然后，齿轮箱124将动力传动系统输出扭矩提供到输出轴136。齿轮箱124可以被理解为在电机118的转速与车辆牵引轮142的转速之间提供可选择的固定转速关系。
应理解，与变矩器122一起使用的液压控制的齿轮箱124仅仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例。接受来自发动机和/或马达的输入扭矩并且然后以不同的离散传动比向输出轴提供扭矩的任何多传动比齿轮箱与本公开的实施例一起使用是可接受的。例如，齿轮箱124可以通过自动化机械(或手动)变速器(AMT)来实施，所述变速器包括一个或多个伺服马达以使换挡拨叉沿着换挡导轨平移/旋转来选择期望的齿轮比。如本领域普通技术人员通常所理解的，AMT可以用于例如具有较高扭矩需求的应用中。
如图1的代表性实施例所示，输出轴136连接到差速器140。差速器140经由连接到差速器140的相应车桥144驱动一对车轮142。差速器向每个车轮142传输大致相等的扭矩，同时诸如当车辆转弯时允许轻微的转速差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置来将扭矩从动力传动系统分配到一个或多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可以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。尽管被示出为一个控制器，但是PCU 150可以是较大控制系统的一部分，并且可以由整个车辆110中的各种其他控制器(诸如车辆系统控制器(VSC))来控制。因此应理解，动力传动系统控制单元150和一个或多个其他控制器可以统称为“控制器”，所述控制器响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器，以控制诸如起动/停止发动机114、控制电流以操作电机118来提供车轮扭矩或对电池120充电、选择或安排变速器换挡等功能。控制器150可以包括与各种类型的非暂时性计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括呈例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)形式的易失性和非易失性或持久性存储装置。KAM是可以用于在CPU断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以使用许多已知存储器装置中的任一种来实施，所述存储器装置诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电、磁性、光学或组合存储器装置，所述数据中的一些表示由控制器使用来控制发动机、电机、或各种其他车辆系统和部件的可执行指令。
控制器经由输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和致动器通信，所述I/O接口可以实现为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。替代地，可以在将特定信号供应给CPU之前使用一个或多个专用硬件或固件芯片来调节和处理所述特定信号。如图1的代表性实施例中总体所示，PCU 150可以向和/或从发动机114、分离离合器126、电机118、起步离合器134、变速器齿轮箱124和电力电子器件156传达信号。虽然未明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到在上文标识的子系统中的每一者内可以由PCU 150控制的各种功能或部件。可以使用由控制器执行的控制逻辑、代码、或软件算法直接地或间接地致动以限制根据本公开的电机扭矩的变化速率的参数、系统和/或部件的代表性示例包括：燃料喷射正时、速率和持续时间；节气门位置(用于针对气体发动机应用控制真空或歧管气流)；火花塞点火正时(用于火花点火发动机)；进气/排气门正时和持续时间；前端附件驱动(FEAD)部件(诸如交流发电机、空调压缩机)；电池充电器；再生制动；电力电子器件；电机操作；用于分离离合器126、起步离合器134和变速器齿轮箱124的离合器压力等。通过I/O接口传达输入的传感器可以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)、车辆速度(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)、排气氧(EGO)或其他排气成分浓度或存在、进气流量(MAF)、变速器挡位、传动比或模式、变速器油温(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器34状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)、电机电流或扭矩、或牵引电池荷电状态。
由PCU 150执行的控制逻辑或功能可以由一个或多个附图中的流程图或类似的图来表示。这些附图提供了可以使用一个或多个处理策略(诸如，事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)来实施的代表性控制策略、算法和/或逻辑。因此，示出的各种步骤或功能可以按示出的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，可重复执行示出的步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理次序不一定是实现本文所述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可能主要以由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)执行的软件实施。当然，根据特定应用，控制逻辑可以在一个或多个控制器中以软件、硬件或软件与硬件的组合实施。当以软件实施时，控制逻辑可以提供于一个或多个非暂时性计算机可读存储装置或介质中，所述非暂时性计算机可读存储装置或介质存储有表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据。计算机可读存储装置或介质可包括利用电存储、磁性存储和/或光学存储来保存可执行指令和相关联校准信息、操作变量等的多种已知物理装置中的一种或多种。
车辆驾驶员使用加速踏板152来提供推进车辆的驾驶员需求扭矩、动力或驱动命令。一般来说，压下和释放踏板152产生加速踏板位置信号，所述信号可以由控制器150解译为分别需要增大功率或减小功率。例如，诸如当在巡航控制中操作时，或者当在自主车辆应用中使用时，一些车辆应用和/或操作模式可以使用除踏板152之外的输入来确定驾驶员需求扭矩。控制器150命令来自发动机114和/或电机118的扭矩以提供驾驶员需求扭矩。控制器150还控制齿轮箱124内的换挡的正时，以及分离离合器126和变矩器旁通离合器134的接合或分离。与分离离合器126一样，变矩器旁通离合器134可以在接合位置与脱离位置之间的范围内调节。除了由泵轮与涡轮之间的液力联接产生的可变滑移之外，这还在变矩器122中产生可变滑移。替代地，取决于特定应用，变矩器旁通离合器134可以在不使用调制后的操作模式的情况下操作为锁定或打开。
为了用发动机114驱动车辆，分离离合器126至少部分地接合以将发动机扭矩的至少一部分通过分离离合器126传递到电机118，然后从电机118传递通过变矩器122和齿轮箱124。电机118可以补充或吸收由发动机114产生的扭矩，使得发动机114可以在选定的发动机转速/扭矩操作点处或附近操作。
为了利用电机118作为唯一动力源来驱动车辆，除了分离离合器126将发动机114与动力传动系统112的其余部分隔离之外，动力流保持相同。在此期间可以停用或以其他方式关闭发动机114中的燃烧以节省燃料。牵引电池120通过布线154将存储的电能传输到可以包括例如逆变器的电力电子器件156。电力电子器件156将来自电池120的DC电压转换成将由电机使用的AC电压。PCU 150命令电力电子器件156将来自电池120的电压转换为提供给电机118的AC电压，以向轴130提供正或负扭矩。该操作模式可以被称为“纯电动”操作模式。
在任何操作模式中，电机118可以充当马达并且为动力传动系统112提供驱动力。替代地，电机118可以充当发电机并将来自动力传动系统12的动能转换成电能以存储在电池120中。例如，当发动机114正在为车辆110提供推进动力时，电机118可以充当发电机。电机118可以另外在再生制动时间期间充当发电机，在再生制动中，来自旋转的车轮142的旋转能量通过齿轮箱124被传递回来并被转换成电能以存储在电池120中。
应理解，图1中示出的示意图仅是代表性的，且并不意图进行限制。设想了其他配置，其利用发动机和马达两者的选择性接合以通过变速器传递扭矩。例如，可以使电机118偏离曲轴128，可以提供附加的马达来起动发动机114，和/或可以将电机提供在变矩器122与齿轮箱124之间。在不偏离本公开的范围的情况下，可以设想其他配置。
当以混合动力模式操作时，控制器150可以将驾驶员动力请求的一部分分配给发动机114，并且将一部分分配给电机118，以在基于期望目标或参数(诸如总体系统效率、最低燃料消耗、电池电荷维持、电池电荷消耗或电池充电模式，和/或一个或多个目标或参数的组合)选定的发动机操作点操作发动机114。例如，控制器150可以选择在提供电池充电的同时使燃料消耗最小化或者具有较高燃料消耗和相关联的发动机扭矩(并且可以包括使用过量发动机扭矩进行电池充电)的发动机操作点，以使系统效率最大化。在其他混合动力车辆配置中，可以独立地控制马达转速和发动机转速以在马达和发动机之间分配驾驶员功率请求。在此类配置中，控制器改变马达扭矩、马达转速、发动机扭矩和发动机转速以适应驾驶员功率请求。在图1所示的配置中，当分离离合器126接合以在混合动力模式下操作时，曲轴128和轴130以共同的速度旋转。
如图1中总体示出并且在下文更详细地解释，在一个或多个实施例中，车辆110包括：发动机114；电机118，其通过第一离合器126选择性地联接到发动机114；阶梯传动比变速器124，其通过第二离合器134选择性地联接到电机118；以及控制器150，其被编程为在被选择为使总体效率最大化或实现任何其他目标(诸如使发动机燃料消耗最小化)的操作点处操作发动机114。本领域普通技术人员将认识到，相对于基于与操作电机118相关联的损耗而使发动机效率最大化或使发动机燃料消耗最小化，在一些工况下，使总体系统效率增加或最大化可能导致发动机114的燃料消耗更高。控制器150响应于驾驶员需求扭矩与和选定的操作点相关联的发动机扭矩之间的差值来操作电机118以提供电机扭矩，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机扭矩的变化速率。在一个或多个实施例中，发动机操作点基于由当前车辆速度和选定的变速器齿轮比确定的当前发动机转速来确定命令的发动机扭矩。
参考图1和图2，示出了用于控制发动机114和电机118的控制逻辑。如在200处所指示，接收驾驶员扭矩请求τd。驾驶员扭矩请求τd230等于驾驶员功率请求除以当前车辆速度。驾驶员功率请求可以对应于加速踏板152的位置，或者可以由控制器152或另一个控制器自动生成，诸如当以巡航控制操作时，或者当应用于自主车辆时。如在210处所指示，还接收当前发动机转速ωe。在操作212处获得当前发动机转速ωe和驾驶员需求扭矩230的对应发动机扭矩τopt，以实现期望的系统操作目标，诸如使发动机燃料消耗最小化、使电池消耗最小化、使系统效率最大化等。操作212可以包括从存储在存储器中的查找表中检索值，所述值表示被校准以在给定发动机转速ωeτopt下提供期望特性的发动机扭矩的期望特性曲线214，其中发动机转速基于当前车辆速度和变速器齿轮比来确定。期望的特性可以是例如峰值系统效率或最低燃料消耗。期望的特性还可以包括排放减少，或各种其他特性，或特性的组合。
出于说明的目的，操作212被表示为具有发动机的操作区的图表，所述操作区包括由最大发动机扭矩曲线218界定的多个系统效率等值线216。可以通过车辆测试、计算机模拟或其他适当的方法来校准期望的特性曲线和等值线。如果期望特性是系统效率，则效率曲线和等值线将取决于发动机制动比燃料消耗、马达效率图、电池荷电状态(SOC)、动力传动系统效率和其他因素。所述操作可以体现在查找表、方程、算法或其他方法中。然后将接近或实现期望特性的选定发动机扭矩τopt提供给操作220。在操作220处，确定与选定的发动机操作点相关联τopt的发动机扭矩τd与驾驶员扭矩请求之间的差值。所得的差值是由
Figure BDA0003286294270000121
表示的期望的电机扭矩。将命令发动机114提供等于τopt的期望的发动机扭矩
Figure BDA0003286294270000122
并且将命令电机118提供等于
Figure BDA0003286294270000123
的扭矩。可以基于驾驶员扭矩请求的变化速率对电机扭矩的任何变化进行速率限制，如本文更详细地描述的。可以基于电池荷电状态(SOC)来调整或修改选定的发动机操作点。例如，当SOC低于相关联的阈值时，可以选择扭矩高于驾驶员需求扭矩的发动机操作点来提供电池充电。同样地，当电池SOC超过相关联的阈值时，可以选择扭矩低于驾驶员需求扭矩的发动机操作点以进一步减少燃料消耗或提高总体系统效率。
取决于发动机的特定类型，命令发动机提供期望的发动机扭矩可以包括控制各种车辆系统或致动器。例如，对于火花点火式汽油发动机，控制器可以控制节气门以控制真空或进气歧管气流、火花点火正时、燃料喷射计量和正时等。对于压缩点火柴油发动机，控制器可以控制燃料喷射计量和正时等。命令电机提供期望的能量管理扭矩可以包括控制从电池供应给作为马达操作的电机的电流以增加输出扭矩，或者控制从作为发电机操作的电机供应给电池的电流以减小输出扭矩。
图3示出了根据本公开的各种实施例的用于基于驾驶员需求扭矩的变化速率来对由电机提供的能量管理扭矩的变化进行速率限制的系统或方法的操作。系统300在310处接收当前驾驶员需求扭矩并如在312处所表示计算驾驶员需求扭矩的变化速率。这可以包括计算与先前值的差除以经过时间，计算驾驶员扭矩值在预定时间内的一阶导数，和/或其他数学或统计运算以提供在期望的经过时间内驾驶员需求扭矩的变化速率的量度，所述经过时间可以基于特定实现方式或应用而变化。导数或差值计算或运算也可以用于提供驾驶员需求扭矩的变化是增加还是减少的指示。在一个实施例中，计算一阶导数以提供驾驶员需求扭矩的变化速率，其中正值指示扭矩正在增加，而负值指示扭矩正在减小。
驾驶员需求扭矩的变化速率用于确定由电机提供的发动机管理扭矩的速率限制，如总体在316、318处表示的。在所示实施例中，所选择的能量管理扭矩速率限制可以是不同的，这取决于驾驶员需求扭矩是如316处所表示的那样增加还是如318处所表示的那样减小。在一个实施例中，如果驾驶员需求扭矩正在增加，则使用由驾驶员需求扭矩的变化速率编索引的第一查找表316来检索能量管理扭矩速率限制，并且如果驾驶员需求扭矩正在减小，则由驾驶员需求扭矩的变化速率编索引的第二查找表318用于检索能量管理扭矩速率限制。当然，可以通过添加由驾驶员需求扭矩变化是正/增加还是负/减少编索引的另一个维度来组合查找表。类似地，可以单独使用方程或通过从查找表中获得参数以在方程中使用来计算速率限制/阈值(诸如在外推或内插或更复杂的运算中进行)来计算能量管理扭矩速率限制。类似地，速率限制可以选自多个离散值中的一个，或者可以响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而连续变化。
将选定或计算的能量管理扭矩速率限制应用于能量管理扭矩320，如框330处所表示的。如332处所表示的应用于阶梯变化的代表性速率限制可以产生如334处所表示的速率受限的扭矩，以及如340处所表示的输出为速率受限的能量管理扭矩。然后，通过控制电机电流，使用速率受限的能量管理扭矩来命令电机的扭矩输出。如前所述，能量管理扭矩可以为正以相对于发动机扭矩增加输出扭矩，或者可以为负以相对于发动机扭矩减小输出扭矩，使得发动机在选定的发动机扭矩和发动机转速操作点处或附近操作。
存储在诸如在316、318处表示的一个或多个查找表内的速率限制值可以用于响应于驾驶员需求扭矩的较快变化而提供较高的速率限制，同时响应于驾驶员需求扭矩的较慢变化而提供较低的速率限制。类似地，可以对值进行校准以提供阈值，使得仅当驾驶员需求扭矩的变化速率低于阈值时才应用能量管理扭矩速率限制。阈值可以表示稳定状态或缓慢变化的驾驶员需求扭矩。当驾驶员需求扭矩快速变化时，对应的值可以提供更高或无界的速率限制，使得电机扭矩可以快速补充发动机扭矩以尝试维持发动机在选定的操作点处操作。参考图5和图6示出并描述了代表性系统操作。
图4示出了根据本公开的各种实施例的用于控制车辆的代表性系统或方法的操作。基于如410处所表示的当前发动机转速和驾驶员需求扭矩来选择发动机操作点以实现期望的操作特性，诸如系统效率或燃料效率。如先前所描述的，驾驶员需求扭矩可以对应于加速踏板位置。如412处所表示的，确定驾驶员需求扭矩的变化速率。例如，可以通过计算期望时间段内的一阶导数或通过将初始值与最终值之间的差值除以经过时间来确定变化速率。框412还可以包括将变化方向确定为增加/正或减少/负。
然后，基于驾驶员需求扭矩与选定发动机操作点处的发动机扭矩之间的差值来确定能量管理扭矩，如414处所表示的。基于驾驶员需求扭矩的变化速率以及可选地驾驶员需求扭矩是增加还是减小来确定能量管理扭矩速率限制，如416处所表示的。可以基于驾驶员需求扭矩的变化速率以及可选地还基于驾驶员需求扭矩是在增加还是在减小来从查找表中检索能量管理扭矩速率限制，如418处所表示的。在一个实施例中，框418表示：响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而从第一查找表中检索速率限制，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为负而从第二查找表中检索第一速率限制。
然后可以将所确定的速率限制应用于能量管理扭矩速率，如420处所表示的。在一个实施例中，当驾驶员需求扭矩的变化速率低于相关联的阈值时，应用能量管理扭矩速率限制，所述相关联的阈值可以与稳态驾驶员需求扭矩相关联。然后，如422处所表示的，控制发动机和电机以输送相关联的发动机扭矩和能量管理扭矩。因此，发动机可以在410处基于总体系统效率或一个或多个促成因素(诸如燃料消耗、驾驶员需求扭矩)并且任选地基于牵引力的荷电状态选择的操作点处操作。发动机控制可以包括控制发动机歧管气流，而电机控制可以包括控制电机电流，如424处所表示的。
如图1至图4中总体所示的，一种用于控制具有发动机114和联接到牵引电池120的电机118的车辆110的方法可以包括：由车辆控制器150响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机118的电流的变化速率。
将快速速率限制或快速滤波器应用于能量管理扭矩可能导致在变矩器的泵轮处的扭矩出现大的不平衡。一般来说，电机能够响应于命令而产生几乎瞬时的扭矩，而发动机扭矩响应受到气流和燃料加注动力学的限制。当使用高速率限制或快速滤波器时，这可能导致发动机与电机之间的致动器扭矩传递的不匹配延迟，这可能影响可操控性和NVH。使用慢速滤波器或下限速率可能导致发动机在瞬态泵轮扭矩请求期间偏离期望的操作点。先前的控制策略已经选择了试图平衡这些冲突或竞争属性的能量管理扭矩的速率限制。根据本公开的实施例提供了校准或调谐能量管理扭矩速率限制以减少在一些工况下可能原本由折衷解决方案引起的操控性和NVH问题的能力。
图5示出了根据本公开的用于响应于驾驶员需求扭矩相对于对能量管理扭矩应用慢速滤波器或下限速率的先前策略的快速变化而进行车辆控制的代表性系统或方法500的操作。驾驶员需求扭矩由线510表示，发动机扭矩由线512、530表示，并且能量管理扭矩由线514、532表示。驾驶员需求扭矩510的快速减小导致能量管理扭矩514的对应减小。然而，因为能量管理扭矩具有下限速率或慢速滤波器，所以发动机扭矩也必须减小以满足驾驶员需求扭矩，使得发动机偏离选定的操作点并且当扭矩反转方向时，还可能在520处产生动力传动系统扭矩扰动。使用根据本公开的实施例的应用于能量管理扭矩的动态或可选择的速率限制响应于驾驶员需求扭矩的较高变化速率而应用较高速率限制，从而导致能量管理扭矩更快地减小，如532处所表示的，这允许发动机扭矩保持相对恒定，如530处所表示的，以减少或消除任何明显的动力传动系统扭矩扰动。
图6示出了根据本公开的用于响应于稳定的驾驶员需求扭矩相对于对能量管理扭矩应用快速滤波器或高速率限制的先前策略的模式变化而进行车辆控制的代表性系统或方法600的操作。例如，代表性操作模式改变可以是从电池电荷消耗模式改变到电荷维持模式或充电模式。例如，其他模式改变可以包括驾驶员对经济模式、运动模式或正常模式的选择。驾驶员需求扭矩由线610表示，发动机扭矩由线612、630表示，并且能量管理扭矩由线614、632表示。在模式改变期间稳定或不变的驾驶员需求610可能导致能量管理扭矩614的对应减小。然而，因为能量管理扭矩具有高速率限制或慢速滤波器，所以能量管理扭矩的快速减小发动机扭矩导致发动机扭矩的对应增加以维持驾驶员需求扭矩，使得发动机偏离选定的操作点并且还可能在620处产生动力传动系统扭矩扰动。使用根据本公开的实施例的应用于能量管理扭矩的动态或可选择的速率限制响应于驾驶员需求扭矩的较低变化速率而应用较低速率限制，从而导致能量管理扭矩较慢地减小，如632处所表示的，这允许发动机扭矩更慢地增加，如630处所表示的，以减少或消除任何明显的动力传动系统扭矩扰动。
根据本公开的一个或多个实施例可以包括相关联的优点，诸如在操作点处操作发动机以提高总体系统效率，同时使用与电机相关联的发动机管理扭矩来适应驾驶员需求瞬变。在不伴随驾驶员需求的变化时限制能量管理扭矩的变化速率提供平稳的动力传动系统模式转变，以维持可接受的操控性，同时减少原本与在稳定的驾驶员需求下由于发动机/马达扭矩不匹配而引起的负荷变化相关联的发动机噪声波动。
本文所公开的过程、方法或算法可以能够输送到处理装置、控制器或计算机/由其实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有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、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，所述形式包括但不限于持久地存储在诸如ROM装置等不可写存储介质上的信息和可改动地存储在诸如RAM装置、闪存装置和/或其他固态存储装置等可写存储介质上的信息。所述过程、方法或算法也可以以软件可执行对象或代码来实施。替代地，可以使用合适的硬件部件或硬件、固件和软件部件的组合整体地或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置。
虽然上文描述了代表性实施例，但是这些实施例并不意图描述由权利要求涵盖的所有可能形式。在说明书中使用的措词是描述用词而非限制用词，并且应理解，可以在不背离本公开的情况下做出各种改变。如前所述，各个实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的所要求保护的主题的其他实施例。尽管各个实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但本领域普通技术人员应认识到，可以折衷一个或多个特征或特性来实现期望的总体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场适销性、外观、包装、大小、服务能力、重量、可制造性、便于组装等。因此，就一个或多个特性而言，在任何实施例被描述为不及其他实施例或现有技术实现方式期望的程度上，这些实施例不在本公开的范围之外并且对于特定应用或实现方式可能是所期望的。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：发动机；电机，其通过第一离合器选择性地联接到发动机；阶梯传动比变速器，其通过第二离合器选择性地联接到电机；以及控制器，其被编程为以与至少基于发动机燃料效率和当前发动机转速选择的操作点相关联的发动机扭矩操作发动机；响应于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值而操作电机以提供电机扭矩；以及响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机扭矩的变化速率。
根据实施例，控制器被编程为基于驾驶员需求扭矩的变化速率来从存储在可由控制器访问的存储器中的查找表中检索电机变化速率限制。
根据实施例，查找表包括与驾驶员需求扭矩增加相关联的第一值和与驾驶员需求扭矩减小相关联的第二值。
根据实施例，电机扭矩的变化速率的限制随着驾驶员需求扭矩的变化速率增加而增加。
根据实施例，控制器还被编程为响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而将电机扭矩的变化速率限制为第一速率，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为负而将电机扭矩的变化速率限制为第二速率。
根据实施例，控制器还被编程为使用从存储在可由控制器访问的存储器中的查找表中检索并至少由驾驶员的变化速率编索引的速率限制来限制电机扭矩的变化速率，其中基于驾驶员需求扭矩是在增加还是在减少来选择查找表。
根据实施例，控制器还被编程为通过基于驾驶员需求扭矩的变化速率以及驾驶员需求扭矩是在增加还是在减小来从查找表检索变化速率速率限制，来限制电机扭矩的变化速率。
根据实施例，控制器还被编程为如果驾驶员需求扭矩在增加，则通过从第一查找表中检索速率限制来限制电机扭矩的变化速率，并且如果驾驶员需求扭矩没有在增加，则通过从第二查找表中检索速率限制来限制电机扭矩的变化速率。
根据一个实施例，第二离合器包括变矩器离合器。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：发动机；牵引电池；电机，其通过第一离合器选择性地联接到发动机并电联接到牵引电池；自动阶梯传动比变速器，其具有多个可选择的离散齿轮比，所述变速器联接到电机；以及控制器，其被编程为至少控制发动机歧管气流以与至少部分地基于驾驶员需求扭矩和牵引电池的荷电状态选择的发动机操作点相关联的发动机扭矩操作发动机；响应于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值而控制流到电机和从电机流出的电流以提供电机扭矩；并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而将电机扭矩的变化速率限制为第一速率；并且响应于驾驶员需求扭矩的变化率为负而将电机扭矩的变化速率限制为第二速率。
根据实施例，控制器被编程为从存储在与控制器通信的存储器中的查找表中检索第一速率和第二速率。
根据实施例，查找表可以由驾驶员需求扭矩的变化速率编索引。
根据实施例，本发明的特征还在于加速踏板，其中驾驶员需求扭矩对应于加速踏板的位置。
根据实施例，控制器被编程为响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而从第一查找表中检索第一速率，并且响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为负而从第二查找表中检索第二速率。
根据本发明，一种用于通过车辆控制器控制具有发动机和联接到牵引电池的电机的车辆的方法包括：在基于系统效率、驾驶员需求扭矩和当前发动机转速选择的发动机扭矩操作点处操作发动机；以及响应于驾驶员需求扭矩的变化速率而限制电机的电流的变化速率。
在本发明的一个方面，所述方法包括：在基于燃料消耗、驾驶员需求扭矩和牵引电池的荷电状态选择的操作点处操作发动机。
在本发明的一个方面，所述方法包括：基于驾驶员需求扭矩与和操作点相关联的发动机扭矩之间的差值来控制电机的电流以提供电机扭矩。
在本发明的一个方面，驾驶员需求扭矩对应于加速踏板位置。
在本发明的一个方面，所述方法包括：响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为正而从第一查找表中检索速率限制；以及响应于驾驶员需求扭矩的变化速率为负而从第二查找表中检索速率限制。
在本发明的一个方面，所述方法包括：基于驾驶员需求扭矩的变化速率的量值以及驾驶员需求扭矩的变化速率是正还是负而从查找表中检索速率限制。

Claims (12)

1.一种车辆，其包括：
发动机；
牵引电池；
电机，其通过第一离合器选择性地联接到所述发动机并且电联接到所述牵引电池；
自动阶梯传动比变速器，其具有多个可选择的离散齿轮比，所述变速器联接到所述电机；以及
控制器，其被编程为：
至少部分地基于驾驶员需求扭矩和所述牵引电池的荷电状态而至少控制发动机歧管气流来以与选定的发动机操作点相关联的发动机扭矩操作所述发动机；
响应于所述驾驶员需求扭矩与和所述操作点相关联的所述发动机扭矩之间的差值来控制流到所述电机和从所述电机流出的电流以提供电机扭矩；并且
基于所述驾驶员需求扭矩的变化速率来限制所述电机扭矩的变化速率。
2.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器还被编程为：
响应于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率为正，将所述电机扭矩的所述变化速率限制为第一速率；并且
响应于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率为负，将所述电机扭矩的所述变化速率限制为第二速率。
3.如权利要求2所述的车辆，其中所述控制器被编程为从存储在与所述控制器通信的存储器中的查找表中检索所述第一速率和所述第二速率。
4.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器被编程为从具有由所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率编索引的查找表的存储器中检索所述电机扭矩的所述变化速率的所述限制。
5.如权利要求4所述的车辆，其还包括加速踏板，其中所述驾驶员需求扭矩对应于所述加速踏板的位置。
6.如权利要求1所述的车辆，其中所述控制器被编程为响应于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率为正而将所述电机扭矩的所述变化速率限制为从第一查找表中检索的第一速率，并且响应于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率为负而将所述电机扭矩的所述变化速率限制为从第二查找表中检索的第二速率。
7.一种用于控制车辆的方法，所述车辆具有发动机和联接到牵引电池的电机，所述方法包括通过车辆控制器：
在基于系统效率、驾驶员需求扭矩和当前发动机转速选择的发动机扭矩操作点处操作所述发动机；以及
响应于所述驾驶员需求扭矩的变化速率来限制所述电机的电流的变化速率。
8.如权利要求7所述的方法，其还包括通过所述车辆控制器：
在基于燃料消耗、所述驾驶员需求扭矩和所述牵引电池的荷电状态选择的操作点处操作所述发动机。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括通过所述车辆控制器：
基于所述驾驶员需求扭矩与和所述操作点相关联的所述发动机扭矩之间的差值来控制所述电机的所述电流以提供电机扭矩。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述驾驶员需求扭矩对应于加速踏板位置。
11.如权利要求7所述的方法，其还包括通过所述车辆控制器：
响应于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率为正，从第一查找表检索速率限制；以及
响应于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率为负，从第二查找表检索所述速率限制。
12.如权利要求7所述的方法，其还包括通过所述车辆控制器：
基于所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率的量值以及所述驾驶员需求扭矩的所述变化速率是正还是负而从查找表中检索速率限制。
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