控制车辆动力传动系的方法 |
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| 申请号 | CN201310164786.6 | 申请日 | 2013-05-07 | 公开(公告)号 | CN103386979A | 公开(公告)日 | 2013-11-13 |
| 申请人 | 福特全球技术公司; | 发明人 | 法扎尔·阿拉曼·塞伊德; 马克·斯蒂芬·耶马扎基; 弗朗西斯·托马斯·康诺利; 邝明朗; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种控制车辆动 力 传动系的系统和方法。所述系统和方法在瞬时事件期间设定所需的 变速器 输入 扭矩 。组合式地设定所需的牵引 电动机 扭矩和所需的 发动机 扭矩以满足所需的变速器输入扭矩。所述系统和方法包括：估计在瞬时事件期间提供所需的 发动机扭矩 时的延迟期间的实际发动机扭矩。基于实际发动机扭矩和所需的变速器输入扭矩之间的差异来命令瞬时牵引电动机扭矩。命令的瞬时电动机扭矩对提供所需的发动机扭矩时的延迟进行补偿，从而防止瞬时事件期间的扭矩扰动。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种控制车辆动力传动系的方法，所述方法包括： |
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| 说明书全文 | 控制车辆动力传动系的方法[0001] 本申请要求于2012年5月7日提交的第61/643,740号美国临时申请的权益并要求于2013年3月14日提交的第13/829,701号美国申请的优先权，在此通过引用包括它们公开的全部内容。 技术领域[0002] 本公开涉及混合动力车辆动力传动系中的扭矩填充和扭矩协调。 背景技术[0003] 混合动力电动车辆动力传动系包括发动机和电动机，其中，由发动机产生的扭矩（或动力）和/或由电动机产生的扭矩（或动力）可以通过变速器而被传递到车辆驱动轮以推进车辆。牵引电池向电动机提供能量，以使电动机产生用于推进车辆的（正）电动机扭矩。电动机可以（例如，在车辆的再生制动期间）向变速器提供负电动机扭矩，并因此可用作电池的发电机。发动机也可以向变速器提供负发动机扭矩，以提供用于制动车辆的发动机制动。 [0005] 根据本公开的一个或多个实施例，提供了一种控制车辆动力传动系的方法。所述方法包括：在瞬时事件期间设定所需的变速器输入扭矩。组合式地设定所需的牵引电动机扭矩和所需的发动机扭矩，以满足所需的变速器输入扭矩。所述方法包括：估计在瞬时事件期间提供所需的发动机扭矩时的延迟期间的实际发动机扭矩。基于估计的实际发动机扭矩和所需的变速器输入扭矩之间的差异来命令瞬时牵引电动机扭矩。命令的瞬时牵引电动机扭矩对提供所需的发动机扭矩时的延迟进行补偿，从而防止瞬时事件期间的扭矩扰动。 [0006] 在另一实施例中，所述方法还包括：在延迟之后，命令牵引电动机扭矩从瞬时牵引电动机扭矩变为所需的牵引电动机扭矩，以实现稳态条件。 [0007] 在进一步的实施例中，命令瞬时牵引电动机扭矩的步骤包括：在第一延迟时段期间将瞬时牵引电动机扭矩设定为所需的变速器输入扭矩。还在第二延迟时段期间命令牵引电动机扭矩从所需的变速器输入扭矩变为所需的牵引电动机扭矩，以实现稳态条件。 [0008] 在又一实施例中，所述方法还包括：在第二延迟时段期间命令发动机扭矩从实际发动机扭矩变为所需的发动机扭矩。 [0010] 在进一步的实施例中，设定所需的牵引电动机扭矩的步骤包括：基于电池容量和牵引电动机速度来确定所需的牵引电动机扭矩。 [0011] 在另一实施例中，设定所需的发动机扭矩的步骤包括：基于所需的牵引电动机扭矩和发动机扭矩限制来确定所需的发动机扭矩。 [0012] 在又一实施例中，估计实际发动机传递扭矩的步骤包括：基于先前的发动机延迟响应来设定实际发动机传递扭矩。 [0013] 在再一实施例中，所述方法还包括：基于在所需的变速器输入扭矩的稳态条件期间设定发动机功率和高电压电池功率之间的最佳的平衡，来确定所需的牵引电动机扭矩和所需的发动机扭矩，以组合式地满足所需的变速器输入扭矩。 [0014] 根据本公开的一个或多个其他的实施例，提供了一种车辆。所述车辆包括变速器及用于将输入扭矩提供到变速器的牵引电动机和发动机。控制器与电动机和发动机通信。控制器被构造为：命令电动机施加扭矩以补偿在发动机于瞬时事件期间提供所需的发动机扭矩时的延迟。电动机扭矩使瞬时事件期间的扭矩扰动最小化。 [0015] 电动机扭矩基于实际传递的发动机扭矩和所需的变速器输入扭矩之间的差异。 [0016] 控制器被构造为：在延迟之后，命令电动机扭矩变为所需的电动机扭矩，以实现稳态条件，其中，所需的发动机扭矩和所需的电动机扭矩组合式地提供所需的变速器输入扭矩。 [0017] 控制器被构造为命令电动机施加扭矩包括控制器被构造为：在第一延迟时段期间将电动机扭矩设定为所需的变速器输入扭矩；在第二延迟时段期间命令电动机扭矩从所需的变速器输入扭矩变为所需的电动机扭矩，以实现稳态条件。 [0018] 在另一实施例中，控制器被构造为：基于先前的发动机延迟响应来估计实际发动机扭矩。 [0019] 根据本公开的一个或多个另外的实施例，提供了一种混合动力车辆动力传动系控制方法。所述方法包括：命令牵引电动机施加扭矩，以补偿在发动机提供所需的发动机扭矩时的延迟，从而满足在瞬时事件期间改变的变速器输入扭矩请求。牵引电动机扭矩使瞬时事件期间的扭矩扰动最小化。 [0020] 牵引电动机扭矩基于实际传递的发动机扭矩和所需的变速器输入扭矩之间的差异。 [0021] 所述方法还包括：在延迟之后，命令牵引电动机扭矩变为所需的电动机扭矩，以实现稳态条件，其中，所需的发动机扭矩和所需的电动机扭矩组合式地提供所需的变速器输入扭矩。 [0022] 所述方法还包括：在第一延迟时段期间将牵引电动机扭矩设定为所需的变速器输入扭矩；在第二延迟时段期间命令牵引电动机扭矩从所需的变速器输入扭矩变为所需的电动机扭矩，以实现稳态条件。 [0023] 所述方法还包括：在第二延迟时段期间命令发动机扭矩从实际发动机扭矩变为所需的发动机扭矩。 [0025] 图1是根据本公开的实施例的示例性混合动力车辆动力传动系的框图； [0026] 图2A示出了对驾驶员需求的改变的车辆的变速器输出响应的示例； [0027] 图2B示出了基于图2A中的所需的变速器输出的命令的变速器输入的示例； [0028] 图2C示出了基于图2A中的所需的变速器输出的实际的变速器输入的示例； [0029] 图3是示出了根据本公开的实施例的方法的流程图； [0030] 图4A示出了采用图3中示出的方法的对驾驶员需求的改变的命令的变速器输出响应的示例； [0031] 图4B示出了基于图4A中的所需的变速器输出的命令的变速器输入的示例； [0032] 图4C示出了基于图4A中的所需的变速器输出的实际的变速器输入的示例。 具体实施方式[0033] 这里公开了本发明的详细的实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例仅是可以以各种形式和可选择的形式实施的本发明的示例。附图不必须是按照比例绘制的；可能夸大或最小化了一些特征以示出特定的组件的细节。因此，这里公开的具体的结构性和功能性细节不应被解释为是进行限制，而仅应被解释为用于教导本领域技术人员不同地使用本发明的代表性的基础。 [0034] 图1示出了根据本公开的实施例的混合动力车辆动力传动系10的示意图。车辆动力传动系10包括发动机12以及在图1中示出的实施例中作为牵引电动机或电动机-发电机（M/G）14的电机。M/G14被构造为将扭矩传递到发动机12或传递到车辆车轮16。每个车轮16可以包括摩擦制动装置18。 [0035] M/G14使用第一离合器20（即，分离离合器或上游离合器）而被连接到发动机12。第二离合器22（即，起动离合器或下游离合器）将M/G14连接到变速器24，变速器24的所有的输入扭矩必须流过起动离合器22。起动离合器22可以受控而使包括M/G14和发动机 12的动力系26与变速器24、差速器28和车辆驱动轮16隔离。尽管离合器20、22被描述和示出为液压离合器，但是也可以使用诸如机电离合器的其他类型的离合器。可选择地，离合器22可被变矩器和旁路离合器替代。 [0036] 在图1中示出的实施例中，变速器24设置在M/G14和车辆驱动轮16之间。M/G14可以作为电动机操作，以将扭矩提供到车辆车轮16，M/G14也可以作为发电机操作，接收来自发动机12和/或车辆车轮16的扭矩，因而给电池32充电。 [0037] 虽然图1示出了混合动力车辆动力传动系构造的一个示例，但是也可以预期各种其他的混合动力构造。对于全串联型混合动力动力传动系系统，发动机可以操作以产生适于一个或多个电动机使用的一种形式的能量。例如，在全串联型混合动力电动车辆的情况下，发动机可以经电动机/发电机而产生电能，该电能可以被用于向电动机供电，以推进车辆。对于并联型混合动力推进系统，发动机和一个或多个电动机可以彼此独立地操作。作为一个示例，发动机可以操作，以向驱动轮提供扭矩，同时电动机可以选择性地操作，以添加或移除传递到车轮的扭矩。作为另一示例，发动机可以在电动机不操作的情况下操作，或者电动机可在发动机不操作的情况下操作。此外，除了图1中的实施例之外，还应预期到的是，混合动力电动车辆可以具有串联型混合动力动力传动系系统或并联型混合动力动力传动系系统，或可以具有它们的组合，以共同地产生电能和输出扭矩。 [0039] 在一些实施例中，车辆动力传动系10也可以包括（例如，通过带或齿轮传动）操作性地连接到发动机12的起动电动机30。起动电动机30可以用于在不添加来自M/G14的扭矩的情况下提供扭矩以起动发动机12。这允许上游离合器20在发动机12起动期间隔离M/G14，并可以消除或减少在扭矩从M/G14传递到发动机12以帮助发动机起动的情况下将另外出现的扭矩扰动。 [0040] M/G14与电池32通信。电池32可以是高电压电池。M/G14可以被构造为例如当驾驶员需要负车轮扭矩时通过动力传动系再生制动等在再生模式下给电池32充电。在一个示例中，诸如对于具备从外部电网给电池再充电的能力的插电式混合动力电动车辆（PHEV），电池32被构造为连接到外部电网，外部电网在充电站处向电插座提供能量。 [0041] 在一些实施例中，变速器24是自动变速器，并以现有的方式被连接到驱动轮16，且变速器24可以包括差速器28。车辆动力传动系10还设置有一对有非驱动轮，然而，在可选的实施例中，分动器和第二差速器可以被用于正驱动所有的车辆车轮。 [0042] M/G14和离合器20、22可以位于电动机发电机箱34内，电动机发电机箱34可包含于变速器24的箱中，或者可选择地，电动机发电机箱34是车辆动力传动系10内的单独的箱。变速器24具有给车辆动力传动系10提供各种传动比的齿轮箱。变速器24的齿轮箱可以包括离合器和行星齿轮组，或在本领域中已知的离合器和齿轮系的其他布置。 [0043] 使用变速器控制单元（TCU）36来控制变速器24，以按照一定的换档规律（诸如出厂换档规律）进行操作，该换档规律连接和断开齿轮箱内的元件以控制变速器输出和变速器输入之间的比。TCU36还用于控制M/G14、离合器20、22及电动机发电机箱34内的任何其他组件。 [0044] 发动机12的输出轴连接到分离离合器20，分离离合器20进而连接到M/G14的输入轴。M/G14的输出轴连接到起动离合器22，起动离合器22进而连接到变速器24。在图1中示出的实施例中，车辆动力传动系10的动力系26的组件顺序地彼此串联地定位。 [0045] 发动机控制单元（ECU）38被构造为控制发动机12的操作。车辆系统控制器（VSC）40在TCU36和ECU38之间传输数据。VSC还与用于检测发动机12和变速器24的操作状况的各种传感器（例如，节气门位置传感器、空气质量流量传感器、氧传感器、歧管压力传感器或者用于确定驾驶员输入及电池32和M/G14的操作状况的任何其他动力传动系传感器）通信。 [0046] VSC40还可与制动控制器42通信或者VSC40还可包括制动控制器42。制动控制器42可与各种传感器（包括制动踏板传感器、加速踏板传感器或轮速传感器或任何其他制动系统传感器）连接。制动控制器42可控制和操作用于使车轮16机械制动的摩擦制动器18。制动控制器42还可控制再生制动系统48。再生制动系统可包括由HEV的车轮16驱动以及驱动HEV的车轮16的M/G14和电池32。 [0047] 用于车辆动力传动系10的控制系统44可包括任意数量的控制器，并可被集成到单个控制器中，或者可具有各种控制模块。控制器中的一些或全部控制器可通过控制器局域网（CAN）或其他系统进行连接。控制系统44可被构造成在多个不同条件中的任意条件下控制变速器24的各种组件、电动机发电机总成34、起动电动机30及发动机12的操作。例如，控制系统44可以以最小化或消除扭矩扰动及对驾驶员的冲击的方式控制各种系统和组件的操作。 [0048] 在正常的动力传动系条件下，VSC40解释驾驶员的需求（例如，加速减速需求），然后基于驾驶员需求、动力传动系限制和电池限制来确定车轮扭矩命令。另外，VSC40确定每个动力源需要提供多少扭矩，以满足驾驶员的扭矩需求，保持电池32的充电状态，并实现发动机12的操作点（扭矩和速度）。 [0049] 一些混合动力电动车辆的构造可控制发动机12、变速器24、M/G14或它们的任意组合，以在接到操作者的制动请求期间提供动力传动系制动。制动请求可包括在制动事件期间使车辆制动的任何操作者请求。因此，来自操作者的制动请求可包括针对更大的制动踩下制动踏板50或者在阶梯制动事件或更小的制动事件期间仅仅松开加速踏板52。 [0050] 如上面所讨论的，当M/G14提供动力传动系制动时，M/G14产生负扭矩，以在制动时段期间使车辆减速。进而，M/G14通过使车辆制动而产生可传递到电池32的电能（例如，电荷（Q）或电流（I））。当M/G14用作发电机时，车辆的动能或势能转换成电能，以使车辆制动。该操作可被称为再生制动。在HEV中，动力传动系再生制动还可被认为是动力传动系制动的一种类型。 [0051] MHT动力传动系的一个目的在于通过协调发动机12和M/G14的扭矩来提供驾驶员需求扭矩。因为期望的驾驶员需求扭矩的传递需要发动机12和M/G14的扭矩之间的协调，所以发动机12的扭矩的任何不正确的估计可能导致驾驶员扭矩需求的失配甚至可能导致扭矩孔（torque hole）。因此，当输出轴扭矩与驾驶员需求不对应或者输出轴扭矩显著降低时，可能产生所谓的扭矩孔。大的扭矩孔可能会被车辆乘员感知成不良的动力传动系性能或不舒适的换档。 [0052] 图2A示出了混合动力车辆动力传动系对驾驶员需求的改变的可能的响应。驾驶员可以通过踩下加速踏板来要求扭矩的突然增加或扭矩的阶梯式增加，如图2A中的标号70处所示。然而，因为发动机的较慢的响应时间，使得传递的变速器输出扭矩72与驾驶员需求不对应。需求的扭矩和传递的扭矩之间的差异被认为是扭矩孔74。 [0053] 如图2B中所示，控制器可以通过命令发动机扭矩76的相似的增加以及电动机扭矩78的增加来响应于驾驶员需求70。电动机可以非常快速地响应于这样的命令的扭矩的增加，如图2C中的标号80处所示。然而，在内燃发动机传递增加的扭矩之前存在显著的延迟82。如图2C中所示，在延迟84的持续长达时间teng1的第一部分期间，发动机扭矩82根本没有改变。 [0054] 在延迟86的持续长达时间teng2的第二部分期间，发动机扭矩88逐渐改变为新的值。延迟时间teng1和延迟时间teng2均依赖于发动机速度。在这样的时间间隔期间，传递的变速器输出扭矩72实质上小于驾驶员的需求的扭矩70，造成扭矩扰动74或扭矩孔。许多驾驶员会发现这样的延迟的反应和扭矩扰动使得车辆的驾驶乐趣降低。 [0055] 图3示出了协调发动机和变速器扭矩以提高混合动力车辆动力传动系对驾驶员需求的改变的响应的方法的流程图。以规则的时间间隔tloop来重复这样的过程。可以将驾驶员扭矩请求τdrv_req确定为（例如）加速踏板位置（pedal position）的函数： [0056] τdrv_req=f(v,pedal position) [0057] 在框110处计算为满足驾驶员需求τdrv_req所需的总变速器输入扭矩τin_req。这样的计算考虑了输出轴速度ωout、驾驶员请求τdrv_req、系统的扭矩限制τsys、变速器速比和估计的变速器损失τtrans_loss。 [0058] τdrv_req=flt(τdrv_req_unf,tdrv_req)+τtrans_loss [0059] τin_drv_req=τdrv_req*ωout/ωeng [0060] 其中，flt是滤波函数，τdrv_req是滤波时间常数。如果τdrv_req小于下限τsys_min或者大于上限τsys_max，则将其限制在相应的下限和上限之间，且其与相应的下限或上限之间的差异是变速器机械损失τtrans_loss。 [0061] 所需的变速器输入扭矩τin_req被认为是稳态条件。在稳态条件下，发动机12和M/G14组合式地提供扭矩，以满足所需的变速器输入扭矩τin_req。发动机12和M/G14在稳态条件期间基于设定发动机功率和高电压电池功率之间的最佳的平衡来提供扭矩。 [0062] 在框112处计算所需的变速器输入扭矩的由M/G14提供的部分。期望的牵引电动机扭矩或在变速器输入轴处的电扭矩τin_elec_req考虑了电动机速度ωmot、估计的电动机效率以及电池的与期望的充电状态相对比较的当前的充电状态。例如，如果当前的电池的充电低于期望的电池的充电，则将请求负扭矩，从而M/G14用作发电机以给电池充电。 [0063] τin_elec_req=Pbatt_req/ωeng [0064] 其中，Pbatt_req是从电池32或基础能量管理策略请求的功率。如果τin_elec_req小于牵引电动机14的诸如下限τmot_min_lim的扭矩限制，或者大于上限τmot_max_lim，则将电动机扭矩τmot限制在相应的下限和上限之间。 [0065] 在图3中的框114中，计算所需的变速器输入扭矩的由发动机提供的部分。可以从驾驶员输入轴扭矩请求τdrv_req和变速器处的电扭矩τin_elec_req来计算期望的发动机扭矩请求τin_eng_req，如下： [0066] τin_eng_req=τdrv_req-τin_elec_req [0067] τin_eng_req=flt(Teng_req_unf,teng_req_cal) [0068] 期望的发动机扭矩τin_eng_req也考虑到发动机12的上限和下限。 [0069] 在响应于驾驶员需求的改变的瞬时事件期间，发动机12可能不能立即地响应于新的期望的发动机扭矩。结果，实际传递的扭矩与所需的发动机扭矩τin_eng_req不同。 [0070] 在框116处计算估计的实际传递的发动机扭矩τeng_est。估计的实际传递的发动机扭矩τeng_est考虑到提供所需的发动机扭矩τin_eng_req时的延迟。 [0071] 可以在两个延迟阶段中确定估计的实际传递的发动机扭矩τeng_est。第一延迟teng1通过使用来自前一循环的τeng_req的值而被处理为纯延迟。可以通过基于发动机速度ωeng的查找表来确定回顾的循环的次数k。 [0072] k=teng1/tloop=f(ωeng) [0073] τeng_delay(n)=τeng_req(n-k) [0074] 使用滤波函数和可以通过基于发动机速度的查找表而确定的时间常数teng_est来计算延迟的第二部分。 [0075] teng_est=f(ωeng) [0076] τeng_est=flt(Teng_dly,teng_est) [0077] 可选择地，在不脱离所述方法的其余部分的情况下，估计的实际发动机扭矩τeng_est可通过其他的手段来计算或利用传感器来测量。 [0078] 最后，可以在框118处计算请求的电动机扭矩τmot_req。可以通过从所需的总变速器输入扭矩减去估计的实际发动机扭矩τeng_est来确定请求的电动机扭矩τmot_req。 [0079] τin_mot_req=τin_drv_req–τeng_est [0080] τin_mot_req=flt(τmot_req_unf,τmot_req_cal) [0081] 因此，命令的电动机扭矩τmot_req与期望的电动机扭矩的差异在于所需的发动机扭矩τin_eng_req和估计的实际发动机扭矩τeng_est之间的差异。 [0082] 图4A至图4C示出了当实施在图3中描述的过程以最小化扭矩孔时的混合动力车辆动力传动系的响应。如图4A中所示，响应于驾驶员需求150的改变，可以利用图3中公开的方法来实现传递的变速器输出扭矩152。 [0083] 如图4B中所示，在发动机响应于增加的扭矩请求之前的发动机延迟时间间隔156期间，命令的电动机扭矩158增加，从而总的传递的电动机扭矩非常接近驾驶员需求150或与驾驶员需求150基本相同。因牵引电动机的快速响应，使得在图4C中示出的来自电动机的实际变速器输入扭矩160与命令的电动机扭矩158基本相同。 [0084] 命令的发动机扭矩162也响应于驾驶员需求150而增加。如图4C中所示，因发动机响应慢，所以在第一延迟时间间隔156期间，来自发动机的实际变速器输入扭矩164没有快速增加或保持相对不变。 [0085] 在延迟的第二部分166期间，至变速器的发动机扭矩168逐渐增加。同时，在第二延迟时段166期间，命令的电动机扭矩170减小，所以使得至变速器的实际电动机扭矩172减小。 [0086] 在第二延迟时段166期间，协调并组合至变速器的发动机扭矩168和电动机扭矩172，从而使驾驶员需求的扭矩150和变速器输出的实际传递的扭矩152总体上保持相等和一致。这消除了可能已被驾驶员感觉到的任何扭矩扰动，并可以制造使驾驶员可以感受更多驾驶乐趣的混合动力车辆。 [0087] 虽然在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并非意在描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性的词语而非限制性的词语，并且理解到的是，可以进行各种改变而不脱离本发明的精神和范围。此外，各种实施性实施例的特征可以被组合，以形成本发明的进一步的实施例。 |
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