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用于控制混合动力车辆的驾驶性能的控制器和方法

阅读：505发布：2023-03-02

专利汇可以提供用于控制混合动力车辆的驾驶性能的控制器和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本文中的各种实施例提供一种用于控制混合动力车辆的驾驶性能的控制器 110和方法。所述车辆依赖于输出转矩(o)驱动，所述输出转矩(o)对应于包括内燃(IC) 发动机 106和辅助发动机102的至少两个发动机的所产生的输出。控制器110被配置成根据参考转矩(r)、驾驶员需求(d)、比例增益126和时间常数124计算控制变量(y)。控制器110基于所述控制变量(y)和所述参考转矩(r)计算所述输出转矩(o)，并且基于所述控制变量(y)控制致动器 130以获得所述输出转矩(o)并且从而控制所述车辆的所述驾驶性能。控制器110通过仅根据驾驶员请求的需求提供滤波来实现平滑的驾驶性能。，下面是用于控制混合动力车辆的驾驶性能的控制器和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于控制混合动力车辆的驾驶性能的控制器(110)，所述车辆依赖于输出转矩(o)驱动，所述输出转矩(o)对应于包括内燃(IC)发动机(106)和辅助发动机(102)的至少两个发动机的所产生的输出，所述控制器(110)被配置成：
根据参考转矩(r)、驾驶员需求(d)、比例增益(126)和时间常数(124)计算控制变量(y)，
基于所述控制变量(y)和所述参考转矩(r)计算所述输出转矩(o)，并且
基于所述控制变量(y)控制致动器(130)以获得所述输出转矩(o)并且从而控制所述驾驶性能。
2.根据权利要求1所述的控制器(110)，其中，在所述控制变量(y)的计算之前，至少根据所述比例增益126和所述参考转矩(r)反算所述时间常数124，使得所述输出转矩(o)产生与前一计算步骤中相同的值。
3.根据权利要求2所述的控制器(110)，其中，所述反算在所述比例增益(126)和所述参考转矩(r)中的任一者变化时执行。
4.根据权利要求1所述的控制器(110)，包括用于处理所述比例增益(126)的比例模块(112)和用于处理所述时间常数(124)的积分模块(114)，其中，所述积分模块(114)是低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的控制器(110)，其中，所述致动器(130)是选自包括如下的群组中的至少一者：燃料喷射器、火花塞、节气门致动器、排气再循环(EGR)阀和可变气门机构(VVT)。
6.一种用于控制混合动力车辆的驾驶性能的方法，所述车辆依赖于输出转矩(o)驱动，所述输出转矩(o)对应于包括内燃(IC)发动机(106)和辅助发动机(102)的至少两个发动机的所产生的输出，所述方法包括以下步骤：
通过控制器(110)根据参考转矩(r)、驾驶员需求(d)、比例增益(126)和时间常数(124)计算控制变量(y)；
通过所述控制器(110)基于所述控制变量(y)和所述参考转矩(r)计算所述输出转矩(o)，以及通过所述控制器(110)基于所述控制变量(y)控制致动器(130)以获得所述输出转矩(o)并且从而控制所述车辆的所述驾驶性能。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在计算所述控制变量(y)之前，至少根据所述比例增益(126)和所述参考转矩(r)反算所述时间常数(124)，使得所述输出转矩(o)产生与前一计算步骤中相同的值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述重新计算在所述比例增益126和所述参考转矩(r)中的任一者变化时执行。
9.根据权利要求6所述的方法，包括用于处理所述比例增益(126)的比例模块(112)和用于处理所述时间常数(124)的积分模块(114)，其中，所述积分模块(114)是低通滤波器。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述致动器(130)是选自包括如下的群组中的至少一者：燃料喷射器、火花塞、节气门致动器、排气再循环(EGR)阀和可变气门机构(VVT)。

说明书全文

用于控制混合动力车辆的驾驶性能的控制器和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于控制车辆的驾驶性能的控制器和方法。

背景技术

[0002] 根据现有技术DE102004032343，公开一种用于控制内燃发动机中的过程的方法。所述用于控制内燃发动机中的过程的方法需要依赖于至少一个第一和一个第二参数计算控制变量(y)。在计算所述控制变量之前，至少从比例增益和所述控制变量开始的时间常数的反算按如下方式发生：产生与前一计算阶段相同的控制变量。控制变量的计算至少从比例增益和从反算获得的时间常数实现。包括独立权利要求，以用于一种借助于所提出的方法来控制内燃发动机中的过程的设备。
附图说明

[0003] 参考以下附图描述本公开的实施例：图1示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力车辆中的IC发动机的驾驶性能的系统的详细框图；
图2示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的基本系统图；
图3示出根据本发明的用于控制混合动力车辆中的IC发动机的驾驶性能的方法；
图4示出根据本发明的实施例的控制驾驶性能的详细方法；
图5示出根据本发明的实施例的驾驶性能控制的不同场景；
图6根据本发明的实施例通过波形示出本发明的操作，并且
图7根据本发明的实施例通过波形示出在具有和不具有控制器的情况下对驾驶性能的分析。

具体实施方式

[0004] 图1示出根据本发明的实施例的用于控制混合动力车辆中的IC发动机的驾驶性能的系统的详细框图。控制器110控制混合动力车辆的驾驶性能。所述车辆依赖于输出转矩(o)驱动，所述输出转矩(o)对应于包括内燃(IC)发动机106和辅助发动机102的至少两个发动机的所产生的输出。控制器110被配置/调适成根据参考转矩(r)、驾驶员需求(d)、比例增益126和时间常数124计算控制变量(y)。控制器110基于所述控制变量(y)和所述参考转矩(r)计算所请求的输出转矩(o)，并且然后基于所述控制变量(y)控制致动器130以获得所述输出转矩(o)并且从而控制车辆的驾驶性能。IC发动机106靠汽油、柴油、灵活燃料、压缩天然气(CNG)和其它类型的燃料中的任一者运行。

[0005] 在控制变量(y)的计算之前，控制器110至少根据比例增益126和参考转矩(r)反算时间常数124，使得输出转矩(o)产生与前一计算步骤中相同的值。所述反算/重新计算当在比例增益126和参考转矩(r)中的任一者中存在变化时执行。

[0006] 控制器110包括比例模块112和积分模块114。比例模块112处理比例增益126。积分模块114处理时间常数124。积分模块114是低通滤波器。比例模块112和积分模块114可以被调适为程序或调适为单独的硬件电路。控制变量(y)例如是控制IC发动机106所需的燃料量和/或空气供应。

[0007] 解释关于图1的本发明的工作。当驾驶员按压加速器踏板122时（这指示驾驶员需求(d)），然后所述驾驶员需求(d)基于操作策略120被拆分成针对辅助发动机102的需求请求或参考转矩(r)和针对IC发动机106的需求请求。操作策略120由单独的控制单元或者由控制器110自身实施/执行。系统限制116在接合点118处应用于针对IC发动机106 ICE的需求请求以形成最终的有限需求或发动机需求(x)。使用不同传感器128来检测或感测各种车辆参数或系统参数，例如发动机速度、车辆速度、档位（gear position）等等。基于从传感器128识别的各种系统状态，根据预先限定的查找表计算比例增益126。控制器110基于比例增益126和发动机需求(x)计算控制变量(y)的第一部分。所述第一部分由控制器110的比例模块112计算。使用由传感器128检测到的控制状态的反算、参考转矩(r)和比例增益126计算时间常数124。然后使用积分模块114来与时间常数124一起处理发动机需求(x)以产生控制变量(y)的第二部分。比例增益126和时间常数124由单独的控制单元或者由相同的控制器
110计算。所述单独的控制单元（如果使用）与控制器110通信以提供比例增益126和时间常数124的值。控制变量(y)的第一部分和第二部分两者在接合点108处组合以形成所述控制变量(y)。控制器110致动致动器130以通过IC发动机106实现所述控制变量(y)。IC发动机
106和辅助发动机102两者的输出在接合点104处组合以产生系统/车辆的输出转矩(o)。

[0008] 致动器130是选自包括如下的群组中的至少一者：燃料喷射器、火花塞、节气门致动器、排气再循环(EGR)阀和可变气门机构(Variable Valve Train，VVT)等等。燃料喷射器实现燃料喷射量的控制。火花塞实现提前或延迟空气燃料混合物的点火的控制。节气门致动器实现空气量的控制。EGR阀实现对排气在不同操作点处的再循环的控制以帮助驾驶性能。VVT还实现对IC发动机106的进气阀和排气阀的控制。

[0009] 根据本发明的实施例，控制器110是驾驶性能滤波器，其原则上被设计成仅针对驾驶员需求(d)提供滤波。控制器110是发动机控制单元(ECU)中的主要驾驶性能部件。控制器110通过对驾驶员需求转矩提供滤波来形成对IC发动机106的转矩需求。在混合系统中，由于系统中的额外动力源，驾驶员需求在IC发动机106和辅助发动机102之间拆分。由于混合结构和各种操作模式，尽管驾驶员需求(d)恒定，对IC发动机106提出的要求也可以改变。例如：混合动力车辆中的电池的充电导致IC发动机106上的额外负载，这不是驾驶员需求(d)。
驾驶性能滤波器仅分离与驾驶员需求相关的那些改变并且对其提供滤波。

[0010] 图2示出根据本发明的实施例的混合动力车辆的基本系统图。所述基本系统图由附图标记200指示。加速器踏板122是用于指定驾驶员需求(d)的输入装置。在混合动力车辆中，驾驶员需求(d)被拆分成对IC发动机106和辅助发动机102的需求。辅助控制器220处理辅助发动机102的参考转矩(r)，并且控制器110处理对IC发动机106的发动机需求(x)。组合输出转矩(o)被输送到车轮210。控制器110由标注进一步示出以描述工作以计算/运算控制变量(y)的内部单元。比例增益126和时间常数124由相应框示出。比例增益126和时间常数124分别由比例模块112和积分模块114与发动机需求(x)一起处理。

[0011] IC发动机106中的操作通过（但不限于）控制元件（即，比例模块112和积分模块114）的离散时间实施方案实现。根据系统200的操作点，控制器110的系数（称为控制元件（即，比例增益126和时间常数124）的参数）被调适成实施控制器110的动作。控制器110也称为有源喘振控制器。当控制参数改变时，在输出转矩(o)上观察到跃变。类似地，当IC发动机
106用于混合配置中时，参考转矩(r)上的改变引起控制元件的输入上的跃变。在仅具有IC发动机106的车辆上未观察到所述跃变或颤动，因为低通滤波器对信号进行滤波，并且然后进一步传送其。然而，在混合动力车辆中观察到跃变，因为虽然对发动机需求执行滤波，但是来自辅助发动机102的输出已经被输送，因此导致颤动/跃变。在混合动力车辆中不期望最终输出处的跃变。例如，改变参考转矩(r)，同时驾驶员需求(d)和控制参数保持不变。

[0012] 根据本发明的实施例，提供控制器110仅用于对驾驶员需求(d)进行滤波，并且相应地控制对应的发动机需求。控制器110忽略因混合动力车辆内的电负载而发生的需求变化。

[0013] 根据本发明的实施例，辅助发动机102是电动机器（例如电动马达）和液压机器（例如液压马达）中的任一者。在另一实施例中，第三发动机与IC发动机106和辅助发动机102一起使用。在三个发动机的情况下，将可以使用以下组合。一个IC发动机106和两个电动机器，一个IC发动机106和两个液压机器，一个IC发动机106以及一个电动机器和一个液压机器，两个IC发动机106和一个液压机器，或两个IC发动机106和一个电动机器。

[0014] 图3示出根据本发明的用于控制混合动力车辆中的IC发动机的驾驶性能的方法。提供用于控制混合动力车辆的驾驶性能的方法。所述车辆依赖于输出转矩(o)驱动，所述输出转矩(o)对应于包括IC发动机106和辅助发动机102的至少两个发动机的所产生的输出。
所述方法包括：步骤302，其包括通过控制器110根据参考转矩(r)、驾驶员需求(d)、比例增益126和时间常数124计算控制变量(y)。步骤304包括通过控制器110基于控制变量(y)和参考转矩(r)计算输出转矩(o)。步骤306包括通过控制器110基于控制变量(y)控制致动器130以获得输出转矩(o)并且从而控制混合动力车辆的驾驶性能。

[0015] 在计算控制变量(y)之前，实施步骤308。步骤308包括至少根据比例增益126和参考转矩(r)反算时间常数124，使得输出转矩(o)产生与前一计算步骤中相同的值。所述反算/重新计算在比例增益126和参考转矩(r)中的任一者变化时执行。所述方法使用比例增益126和时间常数124确定控制器110的传递函数行为。

[0016] 比例模块112被调适成用于处理比例增益126，并且积分模块114用于处理时间常数124。积分模块114是低通滤波器。此外，致动器130是选自包括如下的群组中的至少一者：燃料喷射器、火花塞、节气门致动器、EGR阀和VVT。

[0017] 图4示出根据本发明的实施例的控制车辆的驾驶性能的详细方法。步骤402包括在控制器110的输入处检测驾驶员需求(d)的变化。仅在存在变化时，才实施步骤404。步骤404包括检测参考转矩(r)的变化。如果参考转矩(r)无变化，则实施步骤406，否则实施步骤408。步骤406包括检测比例增益126和时间常数124是否有变化。仅在存在变化时，才实施步骤410，否则实施步骤440。步骤410包括考虑控制参数（即，比例增益126和时间常数124）的变化实施反算，随后实施包括计算控制变量(y)的步骤440。

[0018] 步骤408包括检测比例增益126和时间常数124的变化。如果检测到变化，则实施步骤430，否则实施步骤420。步骤420包括考虑参考转矩(r)的变化实施反算，随后实施包括控制变量(y)的计算的步骤440。

[0019] 步骤430包括考虑参考转矩(r)和已改变的控制参数（即，比例增益126和时间常数124）实施反算，并且然后实施计算控制变量(y)的步骤440。

[0020] 在另一方法中，不管在参考转矩(r)、比例增益126和时间常数124中是否检测到变化，都始终实施状态变量的反算。

[0021] 图5示出根据本发明的实施例的驾驶性能控制的不同场景。第一行集502内的两个行表示参考转矩(r)和比例增益126的各种状态。第二行集504内的三个行表示在不使用本发明或者没有控制器110和所述方法的情况下混合动力车辆上的时间常数124、控制变量(y)和输出转矩(o)的状态。第三行集506内的三个行表示在使用本发明或控制器110和所述方法时时间常数124、控制变量(y)和输出转矩(o)的状态。因此，图5描绘本发明的工作原理并且提供在不使用本发明的情况下的比较研究。

[0022] 考虑第一列集512的两个列下的状态，在第一行集502中，参考转矩(r)并不改变，而比例增益126从高到低改变（减小）并且从低到高改变（增加）。根据第二行集504，时间常数124并不改变，而控制变量(y)具有与比例增益126相同的效果，并且输出转矩(o)也是如此。此处，输出转矩(o)不得改变。然而，在使用本发明的情况下，根据第三行集506，时间常数124与比例增益126的变化相反地改变。从而，确保控制变量(y)并不改变，并且因此输出转矩(o)并不改变。实现消除跃变的目的。

[0023] 考虑第二列集514的两个列下的状态，在第一行集502中，参考转矩(r)改变（即，增加或减小），并且比例增益126保持不变。根据第二行集504，时间常数124和控制变量(y)并不改变，而输出转矩(o)具有与参考转矩(r)相同的效果。此处，同样不期望输出转矩(o)的变化。然而，在使用本发明的情况下，根据第三行集506，时间常数124与参考转矩(r)的状态相反地改变，并且控制变量(y)也是如此。这确保输出转矩(o)并不改变，从而提供无跃变的驾驶性能输出或体验。

[0024] 考虑第三列集516的两个列下的状态，在第一行集502中，参考转矩(r)和比例增益126两者都改变（即，增加或减小）。在无本发明的情况下，在第二行集504下，时间常数124并不改变，但是控制变量(y)和输出转矩(o)具有与对应的参考转矩(r)相同的效果。具体来说，输出转矩(o)经历不成比例的大变化，这是完全不期望的。然而，在使用本发明的情况下，在第三行集506下，时间常数124与参考转矩(r)的状态相反地改变，并且控制变量(y)也是如此。此处，时间常数124经历不成比例的大变化。这确保输出转矩(o)并不改变，从而提供无跃变的输出。

[0025] 根据本发明，提供一种用于仅对混合动力车辆中的驾驶员需求进行滤波的方法。在图6和图7中示出和解释通过实施所述方法获得的响应。

[0026] 图6根据本发明的实施例通过波形示出本发明的操作。表示出第一曲线图610和第二曲线图620。在两个曲线图中，X轴602用合适单位（例如毫秒(ms)）表示时间，并且Y轴604用合适单位（例如牛顿米(Nm)）表示转矩。为清楚理解起见，必须与第一曲线图610一致地解读第二曲线图620。第一曲线图610和第二曲线图620两者的t1至t6是一致的。第一曲线图610的点t1至t6与第二曲线图620的点t1至t6共线。

[0027] 在第一曲线图610中，呈实线的第一曲线606表示驾驶员需求(d)。呈点划线的第二曲线608表示转矩输出，即，辅助发动机102的参考转矩(r)。呈虚线的第三曲线612表示发动机需求(x)的状态。如由第一曲线606所表示的，驾驶员需求(d)在时间t2处上升并且在时间t5处下降。在时间t2之前并且在时间t5之后，驾驶员需求(d)为零。换句话说，驾驶员需求(d)在时间t2之前为零，并且在时间t2和t5之间为非零。在相同时间期间，辅助发动机102的参考转矩(r)在时间t1处增加，在t3处减小，然后在t4之前保持为零，随后减小到负转矩，并且然后在t6处增加回到零。类似地，IC发动机106的发动机需求(x)以零开始，但是在t1处减小，并且当辅助发动机102正供应必需转矩时对电池充电。发动机需求(x)然后在t2处增加到IC发动机106和辅助发动机102的组合输出转矩匹配驾驶员需求(d)的点。发动机需求(x)在t3处进一步增加以通过辅助发动机102补偿参考转矩(r)的下降。当辅助发动机102作为发电机驱动并且充当负载时，发动机需求(x)在t4处进一步增加。在t5处，来自IC发动机106的发动机需求(x)因驾驶员需求(d)的减小而减小到仅用于操作辅助发动机102的值，并且稍后在辅助发动机102停止时减小到零。

[0028] 在第二曲线图620中，为简单起见未示出驾驶员需求。第二曲线图620表示在滤波由控制器110完成之后向IC发动机106请求的发动机需求(x)。第四曲线614表示在不使用控制器110的情况下的发动机需求(x)。第五曲线616表示在使用控制器110的情况下的发动机需求(x)。第四曲线614在结合第三曲线612看时指示在发动机需求(x)的每一次变化时的滤波，而不管是否存在驾驶员需求(d)，即在t1和t2之间、在t2和t3之间、在t3和t4之间、在t4和t5之间、在t5和t6之间等等。这导致混合动力车辆的驾驶性能的跃变或颤动。然而，当结合第三曲线612看第五曲线616时，控制器110仅在存在驾驶员需求变化的那些时间间隔中对发动机需求(x)进行滤波，即，在t2和t3之间，在t5和t6之间。控制器110确保在不希望的时间间隔中去除滤波并且向驾驶员提供平滑驾驶性能体验。

[0029] 图7根据本发明的实施例通过波形示出在具有和不具有控制器的情况下对驾驶性能的分析。第三曲线图710表示混合动力车辆的预期或理想驾驶性能响应。第四曲线图720表示在具有和不具有控制器110的情况下混合动力车辆的驾驶性能响应。X轴602用合适单位表示时间，并且Y轴604用合适单位表示转矩。

[0030] 在第三曲线图710中，第一曲线606与图6中解释相同。第一曲线606进一步用圆圈标记。第六曲线702针对驾驶员需求(d)表示预期驾驶性能响应。用十字标记第六曲线702以清楚地与第一曲线606区分开。在第四曲线图720中，为简单起见省略第一曲线606。第七曲线704表示在没有控制器110的情况下的驾驶性能响应。总共看到四个不同峰值，这导致向混合动力车辆提供跃变或颤动。然而，在使用控制器110时，看到类似于第六曲线702的预期响应的响应。第八曲线706描绘向IC发动机106请求的发动机需求(x)。第八曲线706用浅色并且用十字标记示出，而第七曲线704用深色和三角形标记示出以清楚地区分这两条曲线。

[0031] 根据本发明，通过根据参考转矩(r)、比例增益126和时间常数124的反算来改善混合动力车辆中采用的IC发动机106的控制性能。特别地，尽管控制器110的各种参数（例如，比例增益126和时间常数124）阶跃变化，也能够实现控制变量(y)的连续行为。另外，尽管各种参数（例如比例增益126）保持不变，也可实现控制变量(y)的阶跃行为。本发明将比例增益126、参考转矩(r)和发动机需求(x)中的任一者的变化视为施加在先前计算的控制变量(y)上的已改变的边界条件。对于这些计算，使用适当的逆传递函数。传递函数根据控制参数确定先前计算的控制变量(y)并且操纵所述控制变量(y)。因此，确保控制变量(y)的后续计算被调整到所期望的行为。尽管参考转矩(r)和控制参数（即，比例增益126和时间常数124）变化，本发明也使得系统的总输出响应保持相同。

[0032] 根据本发明的实施例，控制器110在混合动力车辆中提供转矩协调。转矩从内部转矩水平改变为离合器或甚至车轮转矩水平。使得控制器110能够将突然的转矩变化考虑到喘振阻尼中。突然的转矩变化不仅可以来自电动马达，还可以来自电气附件，例如空调器(AC)、加热器、信息娱乐系统、刮水器等等。存在其它/类似可能性，如从驾驶员转矩需求到电能的中间变化作为主要参数，但是最后，车轮处的所需求的转矩必须通过多个发动机输送出去。控制器110按如下方式确保车辆中的不同发动机/能量源（例如在电池加载/恢复期间）的能量输送和消耗的协调：车轮处输送的转矩对应于驾驶员的需求，而与额外功率消耗和传输定量无关。本发明提供完整解决方案。

[0033] 应理解，在以上描述中解释的实施例仅是说明性的，并且并不限制本发明的范围。设想许多此类实施例以及在说明书中解释的实施例中的其它修改和变化。本发明的范围仅受权利要求的范围限制。

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