混合动力系系统牵引和稳定性调节过程的发动机转矩控制的制作方法

专利名称：混合动力系系统牵引和稳定性调节过程的发动机转矩控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力系系统的控制系统。
背景技术：
本部分的叙述仅仅是提供与本发明相关的背景资料，并且可能不构成现有 技术。
已公知的混合动力系结构可以包括多种转矩生成装置，其包括内'燃机和例 如电机的非燃烧机器，这些转矩生成装置通过变速器装置将转矩传递给输出构 件。 一种典型的混合动力系包括双模式、复合，、电动机械变速器，其采用 从雌为内燃机的原动机动力源接收牵弓瞎矩的输入构件和输出构件。所述输
出构件可以连接至u用于传递牵弓瞎矩给汽车的动力传动系统。作为马达或者发 电机运行的机器可以产生输入到所述变速器的转矩，所述转矩独立于内燃机所 产生的转矩输入。所述机器可以将通过车辆动力传动系统传递的车辆动能转换 为可储存在贮能装置中的能量。控制系统监控来自车辆和驾驶员的各种输入，
并且提供所述混合动力系的运行控制，包括控制变速器工作状态和换挡，控
制转矩生成装置，以及在所述C:能装置和机器当中调节功率互换以便管理所述
，器的包括转矩和转速在内的输出。

发明内容
一种内燃机被机械连接到混合动力变速器上以传递机械动力给输出构件。
一种用于控制所述内燃机的方法，包括基于加速踏板的驾驶员输入确定加速 输出转矩请求，以及确定轴转矩响应类型。基于所述加速输出转矩请求确定从 发动机至幌合动力变速器的伏选输入转矩。基于所述加速输出转矩请求和轴转 矩响应类型，确定来自可以与混合动力变速器一起起作用的发动机的输入转矩 容许范围。当 输入转矩处于来自发动机的输入转矩容许范围之内时，控制发动机以满足优选输入转矩。当优选输入转矩处于来自发动机的输入转矩容许 范围之外时，控制发动机处于来自发动机的输入转矩容许范围之内。


下面将结合附图ffl51实例对一个或多个实施例进行描述，在所述附图中 图1是根据本发明的一种典型混合动力系的原理图2是根据本发明的控制系统和混合动力系的一种典型结构的原理图； 图3和4是根据本发明的控制模式的示意流程图；并且 图5和6是根据本发明的曲线图。
具体实施例方式
现在参考附图，其中所述展示的目的只是为了阐明特定的典型实施例，而
不是为了对其进行限制，图1和2示出了一种典型的混合动力系。图1示出了 根据本发明的所述典型混合动力系，其包括连接到发动机14的双模式、复合分 解、电动机械混合动力变速器10和包括第一和第二电机(M3 -A')56、 CMG -B')72 的低转速大车转巨机械。所述发动机14和低转速大车转巨机械，即第一和第二电 机56、 72，各自产生可以被传输到变速器IO的动力。由发动机14以及第一和 第二电机56、 72所产生并且被传输到 器10的动力用输入和马达转矩以及 车键来描述，其中所述输ASl马达转矩在这里分别用力、TA和Tb表示，所述 车键在这里分别用N！ 、 NA和NB表示。
所述典型的发动机14包括选择性地运行在若干状态以便经由输入轴12传递 转矩给变速器10的多缸内燃机，并且可以是火花点火或者压縮点火发动机。发 动机14包括可操作地连接到变速器10的输入轴12的曲轴(未示出)。转速传感 器11监测输入轴12的转速。由于在发动机14和变速器10之间的输入轴12上 设置的转矩消耗构件，例如,泵(未示出)和/或辦巨管理装置(未示出)，来自发 动机14的包括$键和输出$魏的功率输出可以不同于变速器10的输A3I度Nj 和输入转矩TI。
所述典型的 器10包括三个行星齿轮组24、 26和28，以及四个选择性 可接合的转矩传递装置，即离合器C170、 C2 62、 C3 73和C4 75。这里，离合 器指的是任何一种摩擦转矩传递装置，包括例如单一或者复合圆盘离合器或组 件、带式离合器以及制动器。J腿为由变速離制模土^(下文称为TCM')17控制 的ffi控制回路42被用作控制离合^R态。离合器C2 62和C4 75优选为包括液压作用的旋转摩擦离合器。离合器CI 70和C3 73优选为包括可以选择性地 固定到变速箱68上的液压控制固定装置。每一个离合器C1 70、 C2 62、 C3 73 和C4 75优选为受液压作用，经由液压控制回路42选择性地接收加压的液压流 体。
第一和第二电机56、 72优选为包括三相交流电机，每个都包括定刊未示出) 和转子(未示出)，以及相应的分相器80和82。所述每个电机的电机定子被固定 到变速箱68的外部，并且包括定子铁心，所述定子铁心具有从其中延伸出来的 绕成线圈的电绕组。第一电机56的转子支撑在经由第二行星齿轮组26连接到 轴60的毂衬齿轮上。第二电机72的转子固定地连接到筒形轴毂66上。
每一个分相器(resolver) 80和82优选为包括带有分相器定子(未示出)和分 相器转子(未示出)的可变磁阻装置。所述分相器80和82适当的设置并且安装在 第一和第二 56和72中的相应一个上。分相器80和82中相应--个的定子连接 到第一和第二电机56和72其中一个的定子上。所述分相器转子连接至湘应第 一和第二电机56和72的转子。每一个分相器80和82可通讯地(signally)和可操 作地(operativdy)连接到^I器功率变换器控制模t^(下文称为TPIM ')19 ，并且 各自检测和监测分相器转子相对于分相器定子的轮转位置，从而监控第一和第 二电机56和72中相应一个的轮转位置。另外，判断来自分相器80和82的信 号输出，以分别提供第一和第二电机56和72的,，即Na和Nb。
所述 器10包括例如轴的输出构件64，其可操作±&^接到 (未示出) 的动力传动系统90，以便提供例如到车轮93的输出功率，其中一个雜如图l 所示。所述输出功率M:输出转速N。和输出转矩T。，示。 器输出轴转 速传感器84监测所述输出构件64的转速和旋转方向。每一个车轮93优选为装 有适于监测 $^的传感器94,以便确定用于制动控制、牵引性能调节和车 辆加速控制的车速、独立车轮车键和相对车速，其中所述传感器94的输出由根 据图2所示的分布式控制模块系统的控制模块来监控。
来自发动机14的输入转矩以及来自第一和第二电机56、 72的马达转矩(分 别为TI、 TA和TB )通过来自燃油或者存储在电能存储装置(下文称为'ESD ')74 中电势的能量转换而产生。所述ESD 74经由直流电输送导体27高压直流电连 接到TPM19。所述输送导体27包括接触器开关38。当所述接触器开关38关 闭时，在正常运行时电流可以在ESD 74和TPM19之间流动。当所述接触器开关38打开时，在ESD 74和TPIM19之间的电流流动中断。响应于满足马达转 矩TA和TB的第一和第二电机56、 72的转矩命令，TPIM19 ffl31输送导体29在 它和第一电机56之间往返传递电能，并且同样地TPIM19 Mil输送导体31在 它和第二电机72之间往返传递电能。根据ESD 74是否处于充电或者放电状态 来确定流入和流出ESD74的电流。
所述TPM19包括一对功率变换戮未示出)和相应的发动机控制模i哉未示 出)，所述发动机控制模块设置成接收车统命令并且由此控制变流微态，用于 提供电机驱动或者回收功能以满足预定马达转矩Ta和TB。所述功率变换器包括 已公知的补偿三相功率电子装置，并且每一个都包括多个绝缘栅双极晶体管(未 示出)，所述绝缘栅双极晶体管用于通过高频转换将来自ESD 74的直流电功率 转换为激励第一和第二电机56、 72中相应一个的交流功率。所述绝缘栅双极晶 体管形成为设置成接收控制命令的开关式电源。通常的三相电机的每一相都有 一对绝缘栅双极晶体管。控制所述绝缘栅双极晶体管的状态以提供电机驱动机 械动力产生或者电力回收功能。所述三相变流器经由直流电输送导体27接收或 者提供直流电功率，并且在它和三相交流功率之间进行转换，所述三相交流功 率经由输送导体29被传导给作为马iiii行的第一和第二电机56、 72，或者经由 输送导体31由作为发电机运行的第一和第二电机56、 72产生。
图2是所述分布式控制模块系统的示意性方框图。在下文中描述的部件包 括整,辆控制结构的子集，并且提供图1所示典型混合动力系的协作系统控 制。所述分布式控制模块系统综合处理相关的信息和输入，并且执行算法以控 制各个致动器从而实现控制目标，其包括与燃料经济性、排放物、性能、驾驶 性能和硬件设备的防护相关的目标，其中所述硬件设备包括ESD74的电池以及 第一和第二电机56、 72。所述分布式控制模块系统包括发动机控制模i哉下文 称为ECM')23、 TCM17、蓄电池组控制模i超下文称为BPCM')21、制动控制模 ^(下文称为BrCM ')22和TPM19。混合动力控制模i哉下文称为TiCP ')5提供对 所述ECM 23、 TCM 17、 BPCM21 、 BiCM 22和TPIM 19的管理控制和协调。 用户界面(TJT)13可操作地连接到多个装置，fflil这些装置车辆驾驶员进行控制 或者指示所述电动机械混合动力系的运行。所述装置包括确定驾驶员转矩请求 的加速踏板113('AP ')、驾驶员制动踏板112('BP ')、，器档位选择器114(卩RNDL ')和车M航控制(未示出)。所述变速器档位选择器114可以具有离散数量的驾驶员可选位置，包括使输出构件64育,向前和反向的旋转方向。
上述控制模块经由局域网(下文称为'LAN')总线6同其它的控制模块、传感 器和致动器通讯。所述LAN总线6允许在各个控制模i央之间的操作参数状态和 致动器命令信号的结构化通讯。采用的具体通信协议是专门的。所述LAN总线 6和适当的协议保证在上述控制模块以及提供例如防抱死制动、牵引力调节和车 辆稳定性等功能的其它控制模块之间的稳定通信和多控制模块接口 。可以使用 多种通讯总线来改善通讯速度以及提供相当水平的信号冗余度和完整性。在个 别控制模块之间的通讯还可以利用直接耦合来进行，例如串行外围接口('SPI ') 总线(未示出)。
所述HCP5提供混合动力系的管理控制，用于协调ECM23、TCM 17、TPM 19和BPCM21的运行。以来自用户界面13和包括ESD 74在内的混合动力系的 各铺入信号为基础，HCP 5确定各传令，包括驾驶员转矩请求、送往动 力传动系统90的输出转矩命令('TCMD')、输入转矩命令、变速器10使用的转 矩输送离合器C170、 C2 62、 C3 73、 C4 75的离合器转矩(TCL');以及第一和 第二电机56、 72的特矩命令Ta和Tb。所述TCM17可操作iik^接到液压控制 回路42，并且提供包括监控M压力传感欷未示出)以及生成并传送控制信号 到各个螺线管(未示出)的各种功能，从而控制包含在所述液压控制回路42之内 的压力开关和控制阔。
所述ECM 23可操作地连接到发动机14,并且用于M多个离散的线路获 得来自传感器的数据以及控制发动机14的致动器，为简单起见所述多个离散的 线路用集成双向接口电缆35表示。所述ECM 23接收来自HCP 5的输入转矩命 令。以监控的发动机转速和负载为基础，ECM23确定在该点处及时提供给， 器10的实际输入转矩T!，其被传递给HCP5。 ECM23监测来自转速传感器11 的输入以确定送至输入轴12的发动机输入速度，其被转换为变速器输入速度 N!。ECM23监测来自传感戮未示出)的输入以确定其它发动机操作参数的状态， 包括例如歧管压力、发动机冷却液温度、环境气温和环境压力。例如，发动机 载荷可以M歧管压力或者通皿测加速踏板113的驾驶员输入来确定。ECM 23产生并且传送命令信号以控制发动机致动器，包括例如者殿有示出的燃料喷 射器、点火模块和节流控制模±央。
TCM17可操作地连接到，器10，并且监测来自传感器(未示出)的输入以确定 器操作参数的状态。TCM 17产生并且传送命令信号以控制变速器
10，包括控制液压控制回路42。从TCM17到HCP5的输入包括每一个离合器 即C170、 C2 62、 C3 73和C4 75的估算离合器转矩，以及输出构件64的旋转 输出速度N。。其它的致动器和传感器可能用来提供从TCM 17到HCP 5的用于 控制目的的附加信息。如下文所述，TCM17监测来自压力开效未示出)的输入， 并且选择性地致动液压控制回路42的压力调节螺线管(未示出)和移位螺线管(未 示出)，以便选择性地^M]各个离合器C170、 C2 62、 C3 73和C4 75，从而实现
各个变速器操作范围状态。
BPCM21可通讯i腿接至lJ传SI(未示出)以监测ESD74，包括电流和电压 参数的状态，从而提供ESD74的表示电池参数状态的信息给HCP5。所述电池 的参数状态优选为包括蓄电池充电状态、电池组电压、蓄电池温度和由范围
Pbalmin到Pbat—max表示的有效蓄电池动力o
BrCM 22可操作地连接到每一个车轮93上的摩擦制动戮未示出)。BrCM 22监测对制动踏板112的驾驶员输入，并且产生控制信号以控制摩擦制动器， 并且发送控制信号给HCP5以据此操作第一和第二电机56、 72。
每一个控制模块ECM 23、 TCM 17、 TPM 19、 BPCM 21和BrCM 22 为通用数字计算机，其包括微处理器或者中央处理器、包括只读存储戮1lOM') 的存储介质、随机存取存储^(TIAM')、电可编程序只读存储戮EPROM')、高 速时钟、模数转树'A/D')和数模转树TD/A')电路、输入输出电路和装置('I/0')、以 及适当的信号调节和缓冲电路。每一个控制模块具有一组控制算法，包括存储 在其中一个存储介质上并且执行以提供每个计算装置的相应功能的常驻程序指 令和标定。在所述控制模i央之间的信息传謝，为利用LAN总线和SPI总线 来完成。所述控制算法在预定周期内执行，因此每个算法每个周期至少被执行 一次。利用预置的标定，存储在非易失性存储器装置中的算法通过其中一个中 央处理器执行，以监测来自传感體的输入并且执行控制和诊断禾聘从而控制 致动器的运行。定期执行所述周期，例如在混合动力系正在进行的工作期间的 * 3.125、 6.25、 12.5、 25禾口 100毫秒。或者，可以响应某个事件的发生而执 行算法。
如下面的表1所示，所述典型的混合动力系选择性地运行在几个操作范围 状态的其中之一，所鹏作范围状态可以通过发动机状态和魏器状态来描述，其中所述发动机状态包括发动机工作状教'ON')和发动机熄火状銜'OFF ')中的
一个，所述变速^:态包括多个固定档位和连续可变运行模式。
表l
说明描述发动机状态变速器操作范围状态所使用的离合器Ml一Eng一OffOFFEVT模式lCI 70
Ml一Eng一OnONEVT模式1CI 70
GlON固定传动比1CI 70C4 75
G2ON固定传动比2CI 70C2 62
M2—Eng一OffOFFEVT模式2C2 62
M2 Eng—OnONEVT模式2C2 62
G3ON固定传动比3C2 62C4 75
G4ON固定传动比4C2 62C3 73
在上表中列出了每一个变速器操作范围状态，并且显示了某个特定地离合
器C170、 C2 62、 C3 73和C4 75应用于每个操作范围状态。仅仅为了"固定'第 三行星齿轮组28的外齿轮构件，通过4吏用离合器CI 70选择了第一连续可变模 式，即EVT模式1或者Ml 。发动机状态可以是ON (Ml—Eng—On ')或者OFF (M一Eng一Off )其中之一。为了将轴60连接到第三行星齿轮组28的托架上，通 过只使用离合器C2 62选择了第二连续可变模式，即EVT模式2或者M2 。发 动机状态可以是ON(M2_Eng_On ')或者OFF (M2—Eng_Off')其中之一。对本说 明书来说，当发动机状态为OFF时，发动机输A3I度等于零转激併^RPM ')， 即发动机曲轴没有旋转。固定档位操作提供了变速器10的输入-输出速度即M /No的固定比率运行。通过使用离合器Cl 70和C4 75选择了第一固定档位运行 ('G1 ')。通过^OT离合器CI 70和C2 62选择了第二固定档位运行('G2 ')。通过使 用离合器C2 62和C4 75选择了第三固定档位运行('G3 ')。M使用离合器C2 62 和C3 73选择了第四固定档位运行('G4 ')。由于行星齿轮24、 26和28中齿轮比 的减少，输入-输出 的固定比率运行随着固定档位运行的增加而增加。第一 和第二电机56和72的各自特速Na、Nb取决于由离合器限定的机构的内旋转， 并且与在输入轴12处测量的输AiI度成正比。响应于通过用户界面收集的对加速踏板113和制动踏板112的驾驶员输入， HCP 5和其它控制模块中的一个或多个确定转矩命令，从而控制转矩致动器以
满足在输出构件64处用于传递到动力传动系统90的驾驶员转矩请求。所述转 矩致动器ite为包括转矩生成装置，例如发动机14和包括在该实施例中的第一 和第二电机56、 72在内的低转速大转矩机械。所述车魏致动器优选为还包括转 矩传递装置，包括该实施例中的变速器10。以来自用户界面13和包括ESD 74 在内的混合动力系的输入信号为基础，HCP 5确定驾驶员转矩请求、从，器 10送往动力传动系统90的命令输出转矩、来自发动机14的输入转矩、用于变 速器10的转矩输送离合器C1 70、 C2 62、 C3 73、 C4 75的离合器转矩；以及如 下所述的分别用于第一和第二电机56、 72的马达转矩。
最终的车辆加速可以受其它因素的影响，包括例如道路负载、道路坡度和 质量。基于混合动力系的各种运行特性，确定变速器10的所述操作范围状 态。这包括如前所速通过加3im板113和制动踏板112与用户界面13通讯的驾 驶员转矩请求。所述操作范围状态可以根据混合动力系转矩要求来判定，所述 混合动力系转矩要求由在电能生成模式或者转矩生成模式中操作第一和第二电 机56、 72的命令所引起。通过最优化算法或者基于驾驶员动力需要、蓄电池充 电状态、发动机14以及第一和第二电机56、 72的能量效率确定最佳化效率的 程序，可以确定所述操作范围状态。基于执行最佳化程序的结果，所述控制系 统管理来自发动机14以及第一和第二电机56、 72的转矩输入，从而使系统效 率最优化，以便管理燃料经济性和蓄电池充电。此外，可以基于元件或者系统 中的故障确定操作。HCP5监观啭矩生成装置，并且响应于在输出构件64处为 满足驾驶员车转巨请求的期望输出转矩而确定来自，器10所需的功率输出。根 据i^说明显而易见地，ESD 74以及第一和第二电机56、 72电可操作地连接 以便在彼jfet间的功率流动。此外，发动机14、第一和第二电机56、 72以及电 动机械变速器10是机械操作地连接，以便在彼此之间输送功率从而产生送到输 出构件64的功率流。
图3示出了一个控制系统结构，其用于控制和管理具有多个转矩生成装置 的混合动力系系统中与,和功率流相关的信号，下面将参考图1和2的混合 动力系系统以及上述控制模块中的以可执行算法和标定形式的其余部分进行描 述。所述控制系统结构适用于具有多个转矩生成装置的各种混合动力系系统，包括例如具有单个电机的混合动力系系统以及具有多个电机的混合动力系系 统。所述控制系统结构包J腿往战田M尤化控制方對'战略控制')310的多个输入， 所述战略优化控制方案310根据输出速度和驾驶员转矩请求确定优选的输AiI
度CNi—Des')和tt^的操作范围状銜'期望混合范围状态')，并且根据包括蓄电池 功率极限以及发动机14、，器10、第一和第二电机56和72的响应极限在内 的混合动力系的其它工作参数进行最优化。所述战略优化控制方案310 为 M31HCP5在每个100毫秒周期和每个25毫秒周期内执才亍。
战略优化控制方案310的输出用于执行换档和发动机启动/停止控制器方案 ('执行换档和发动机启动/停止')320，从而控制包括操作范围状态变更在内的变
速器操作变化('变速器命令')。这包括，如果tti^的操作范围状态不同于当ltrt喿
作范围状态，通过控制离合器C170、 C2 62、 C3 73和C4 75中的一个或多个在
使用中的变化以及其它的变速器命令，命令执行在操作范围状态方面的改变。 可以确定所述当前操作范围状态('实际混合范围状态')和输入速度曲幾NLProf
〕。基于在变速器操作范围状态变化期间的发动+鹏作命令和驾驶员转矩请求， 所述输入速度曲线魏输AiI度即将出现的时间-速率变化的一种推测，并且优 选为包括作为即将出现的周期的目标输Ait度的数量参数值。
战术控制方對战术控制与操作〕330在一个控制周期内反复执行，以便确定 用于运行发动机14的发动机命令('发动机命令')，其包括基于输出速度、输AiI 度和驾驶员车转巨请求的从发动机14到 器10的优选输入转矩，其中所述驾 驶员车转巨请求包括实时加速输出转矩请求、预测加速输出转矩请求、实时制动 输出转矩请求、预测制动输出转矩请求、轴转矩响应类型和变速器的当前操作 范围状态。所述发动机命令还包括包含全汽缸工作状态以及一部分发动机汽缸 停用和不供油的停缸工作状态之一在内的发动机状态，以及包含供油状态和断 油状态之一在内的发动机状态。优选为在ECM 23中确定包括发动机14的优 选输入转矩以及在发动机14和输入构件12之间起作用的当前输入转矩(T ')的 发动机命令。优选为在TCM 17中估算用于每一个离合器Cl 70、 C2 62、 C3 73 和C4 75的离合器转矩('Tcl')，包括当前使用的离合器和不使用的离合器。
输出和马达转矩确定方案('输出和马达转矩确定')340执行以确定来自动力 系的雌输出转矩('T(^cmd')。这包括确定马达转矩命^(TA'， Tb')以瑜送7輪 令输出转矩到变速器10的输出构件64，所述输出构件64舰控制在该实施例中的第一和第二电机56、 72满足驾驶员转矩请求。所述实时加速输出转矩请
求、实时制动输出转矩请求、来自发动机14的当辦俞入转矩和估算j顿的离合 器转矩、变速器10的当前操作范围状态、输Ail度、输入速度曲线和轴转矩响 应类型被输入。所述输出和马达转矩确定方案340执行以便在其中一个周期的 每次重复期间确定马达转矩命令。所述输出和马达转矩确定方案340包括算法 代码，其在6.25毫秒和12.5毫秒周期内定期执行以确定雌的马达转矩命令。
当变速器档位选择器114的驾驶员选定位置命令车辆正向运行时，响应于 驾驶员对加速踏板113的输入，所述混合动力系被控制以传送输出转矩到输出 构件64，然后与动力传动系统90 —起作用从而在车轮上产生牵弓l转矩以向前推 动 。對以的，当 器档位选择器114的驾驶员选定位置命令 反向运 行时，响应于驾驶员对加3im板113的输入，所述混合动力系被控制以传送输 出转矩到输出构件64，然后与动力传动系统90 —起作用从而在车轮上产生牵弓I 转矩以反向推动 。
为，只要所述输出车转巨足够克服例如由于道路坡度、 空气动力载荷及其它负载而作用在车辆上的夕卜部载荷，繊车繊使 加速。
操作所述动力系系统包括在操作范围状态之间转换变速器操作，其可以包 括在换档期间转换到一个或多个中间操作范围状态，并且控制发动机运行以实 现目标输AM度。将发动机14的运行从当前3IE改变到目标输A3I度的能力 可以包括执行算法以确定可完成的或者优选的输入构件加速度变化率，例如，
包括实时超ttrlr入加速度曲线和预测超frlf入加速度曲线在内的优选加速度变 化率之一。这包括选择用于控制通过所述动力系系统的动力传送的独立可控制
参数。基于来自例如在一个实施例中的第一和第二电机56、 72的第一和第二 低转速大转矩机械的车欸巨输出，可以导出用于输入构件的加速度变化率的参数 方程。执行算法以同时求解所述参数方程并且确定用于输入构件的 加速度 变化率。可以控制发动机14的运行以实现输入构件12的雌加離变化率。
BrCM 22命令雜93上的摩擦制动器施加制动力，并且产生用于魏器 10的一K令，从而响应于对制动踏板112和加速FI板113的净驾驶员输入而 产生与动力传动系统90 —，作用的负输出量转矩。优选为所述使用的制动 力和负输出量转矩可以使 减速并且停止，只要它们足以克服车辆93的 动能。所述负输出量转矩与动力传动系统90 —起起作用，因此传递转矩给电 动机械变速器10和发动机14。 S31所述电动机械变速器10起作用的负输出量转矩可以被输送至嗨一和第二电机56、 72，从而产生存储在ESD 74中的电功率。
对加速足杳板113和制动踏板112的驾驶员输入分别包括可确定的驾驶员转 矩请求输入，后者包括实时加速输出转矩请求('实时加速输出转矩请求')、预测 加速输出转矩请求('预测加速输出转矩请求')、实时制动输出转矩请爽实时制动 输出转矩请求')、预测制动输出转矩请爽预测制动输出糊请求)和轴转矩响应 ('轴转矩响应类型)。这里，术语加速是指，当 器档位选择器114的驾 驶员选定位置命令车辆正向运行时，优选为导致增加车辆速度超过当前车辆速 度的驾驶员前冲力要求。术语'减速邻'律恸'是指雌为导致 速度低于当前车 辆速度的驾驶员请求。所述实时加速输出转矩请求、预测加速输出转矩请求、 实时制动输出转矩请求、预测制动输出转矩请求和轴转矩响应类型独立输入到 包括战略控制方案330的控制系统中。
所述实时加速输出转矩请求根据当前产生的对加速足杳板113的驾驶员输入 而确定，并且包括在输出构件64处产生优选为加速车辆的实时输出转矩的请求。 所述实时加速输出转矩请求是未定型的，但是可以通过在动力系控制以外影响 糊运行的事件来定型。这样的事件包括在用于防抱死的动力系控制、牵引力 调节和车辆稳定性控制中的车辆水平中断，其可用于对所述实时加速输出转矩 请 行定型或者速度限制。
所述预测加速输出转矩请求基于对加速踏板113的驾驶员输入而确定，并 且包括在输出构件64处的最优或者 输出转矩。在正常工作状态期间，例 如当没有命令防抱死制动、牵弓l力调节或者车辆稳定性中的任何一个，所述预 测加速输出,请求4她为等于实时加速输出车魏请求。当命令防抱死制动、 牵弓l力调节或者车辆稳定性中的任何一个时，所述预测加速输出车转巨请求与实 时加速输出转矩请求一起保持在优选的输出转矩，其中所述实时加速输出转矩 请求响应于与防抱死制动、牵引力调节或者车辆稳定性控制相关的输出转矩命 令而减少。
混合制动力矩包括在雜93处产生的摩擦制动力矩和在输出构件64处产 生的输出转矩的混合，所述输出转矩与动力传动系统90 —起作用响应于对制动 踏板112的驾驶员输入而使^减速。
所述实时制动输出车錄巨请求基于对制动踏板112的当前产生驾驶员输入而确定，并且包括在输出构件64处产生实时输出转矩的请求，其与动力传动系统 90 —起施加优选为使 减速的反作用转矩。所述实时制动输出转矩请求基于
对制动踏板112的驾驶员输入和控制摩擦制动器以产生摩擦制动力矩的控制信
号而确定。
所述预测制动输出转矩请求包括在输出构件64处的最优或者优选的制动输 出转矩，其响应于对制动踏板112的驾驶员输入，其中所述制动踏板112承受 在输出构件64处产生的与对制动踏板112的驾驶员输入无关的容许最大制动输 出转矩。在一个实施例中，在输出构件64处产生的所述最大制动输出转矩被 限制在-0,2g。当^S速度与对制动踏板112的驾驶员输入无关地接近零时，所 述预测律恸输出转矩请求可以逐步停止到零。依照用户的要求，在预测制动输 出转矩请求设置为零的情况下仍然可以处于工作状态，例如，当驾驶员将变速 器档位选择器114设置为倒档，以及当分动銜未示出)设置为四轮驱动低档。当 预测制动输出转矩请求设置为零的工作状态是其中由于车辆运行因素致使混合 制动不是4腿的状态。
所述轴转矩响应 包括一种输入状态，其用于M第一和第二电机56、 72对输出转矩响应进行定型和速度限制。轴转矩响应 的输入状态可以是激 活状态，雌为包括适当(pleasability)限制状态、最大运行状态和非活动状态。 当命令轴转矩响应 是撒活状态时，输出转矩命令是实时输出转矩。优选为 用于该响应类型的转矩响应尽可能的快。
预测加速输出转矩请求和预测制动输出转矩请求被输入到战略优化控制方 教'战略控制')310。所述战載化控制方案310确定变速器10的期望操作范围 状叙湖望混合范围状态')和从发动机14到变速器10的期望输A3I度CNi Des ')， 其构成了送往执行换档和发动机工作状态控制模式('执行换档和发动机启动/停 止')320的输入。
舰控制采用电子节流控制系统沐示出)的发动机节流阀的位置，包括打开 发动机节流阀以增加发动机转矩以及关闭发动机节流阀以降低发动机转矩，能 使送往发动机14的吸入空气质量改变，从而可以引起来自发动机14的输入转 矩的变化。ilil调整点火定时，包括使点火正时从平均最佳转矩点火正时延迟 以降低发动机转矩，可以引起来自发动机14的输入转矩变化。所述发动机状 态可以在发动机熄火状态和发动机工作状态之间变化，从而导致输入转矩的变化。所述发动机状态可以在全汽缸工作状态和一部分发动机汽缸不供油的停缸 工作状态之间变化。可以M^择性地使发动机14运行在供油状态和发动机 旋转但不供油的断油状态之一，从而改变发动机状态。可以通,择性地使用
和不使用离合器C170、 C2 62、 C3 73和C4 75，控制和实现变速器10从第一 操作范围状态到第二操作范围状态的执行换档。
参考图1和2的混合动力系系统以及图3的控制系统结构，图4详细示出 了用于控制发动机14运行的战术控制方案(战术控制与操作')330 。所述战略控 制方案330包括优选为同时执行的战略优化控制方案350和系统约束控制通路 360。所述战ffl^尤化控制方案350的输出是发动机状态控制方案370的输入。所 述发动机状态控制方案370和系统约束控制Mi 各360的输出是用于控制发动机 状态、实时发动机转矩请求和预测发动机转矩请求的发动机响应类型(engine reponsetype)确定方案(发动机响应鄉确定')380的输入。
当发动机14包括火花点火发动机时，fflil控制利用电子节流控制装置沐示 出)的发动机节流阀(未示出)的位置，可以通过控制发动机l4的吸入空气质量来 实现用输入转矩和输AiI度描述的发动机14的工作点。这包括打开节流阀以 增加发动机输入速度和输出转矩以及关闭节流阀以降低发动机输入速度和转 矩。M31调整点火定时，通常M使点火正时从平均最佳转矩点火正时延迟以 降低发动机转矩，可以实m^述发动+紅作点。
当发动机14包括压缩点火发动机时，发动机14的工作点可以通过控制喷 射燃油量来实现，并且可以通过使喷油正时从平均最佳转矩喷油正时延迟以降 低发动机转矩来调整。
可以通过使发动机状态在发动机熄火状态和发动机工作状态之间变化来实 现所述发动+几工作点。 M31控制发动机状态在全汽缸状态和一部分发动机汽缸 不供油和发动机气门停用的停缸状态之间，可以实现所述发动机工作点。所述 发动机状态可以包括其中发动机是旋转的但不供油以实施发动机制动的断油状 态。
所述战术优化控制方案350作用于基本稳态输入以选择优选的发动机状态， 并且确定从发动机14到变速器10的伏选输入转矩。所述输入来源于执行换档 和发动机工作状态控制方案320。所述战术优化控制方案350包括最佳化方案 ('战术最佳化')354，其确定用于使发动机14运行在全汽缸状教'，入转矩〕、
17停缸状态('停缸输入转矩')、全汽缸断油状态('全缸断油输入转矩')、断油停缸状 态(銜油停缸输入转矩')和J腿发动机状态(1雄发动机状态')的^iM俞入转矩。 送往所述最佳化方案354的输入包括变速器10的超前操作范围状銜'超前混合 运行状态')、预观鹏辦俞入加速度曲幾预测超繊入加鹏曲线')、針当前使
用离合器的离合器反作用转矩的预测范围('预测离合器反作用转矩Mm /Max ')、 预测蓄电池功率极限(预观瞎电池功率极P艮)、用于加速的预测输出转矩请爽预 测加速输出转矩请求')和用于制动的预测输出转矩请爽'预测制动输出转矩请 求〕。用于加速和制动的所述预测输出转矩i青求被合并，并且与轴转矩响应类 型一起经由预测输出转矩定型、搶波器352定型，从而得到输入到最佳化方案354 的预测净输出转矩请求(To Net Prdtd ')和预测加速输出车转巨请求(To Accel Prdtd 〕。变速器10的超前操作范围状态包括变速器10操作范围状态的时间换档超 前，其提供在操作范围状态控制变化和操作范围状态测量变化之间的响应时间 滞后。预测超1 入加速度曲线包括输入构件12的预测输入加速度曲线的时 间换档超前，其提供在预测输入加速度曲线的控制变化和预观懒入加速度曲线 的观糧变化之间的响应时间滞后。所皿佳化方案354确定使发动机14运行
在各种发动机状态的成本，包括发动机运行在供油和全汽缸状銜卩COST FULL FUEL ')、发动机运行在不供油和全汽缸状教卩COSTFUIiFCO')、发动+JUi行在供油和停缸 状銜卩COSTDEACFUEL ')以及发动机运行在不供油和停缸状教卩COSTDEAC FCO ')。运 行发动机14的J^成本与实际发动机状叙'实际发动机状态')、容许或者可允许 的发动机状态('允许发动机状态')一起被输入到稳定性分析方案('稳定性和标定
〕356，以便选择其中一个发动机状态作为优选的发动机状銜'优选的发动机状态
'》
发动机14在供油和断油的全汽缸状态以及供油和断油的停缸状态的优选输 入辦g被输入到发动机糊转换计算默发动机^转g转换')355 ，并且通过考虑在 发动机14和，器10之间弓l入的附加及其它负载，使其分别转换为全汽缸状 态和停缸状态的优选发动机辩巨('全发动机转矩和停缸发动机转矩')以及断油全 汽缸状态和断油停缸状态的优选发动机转矩('断油全发动机转矩邻'断油停缸发
动机转矩')。运行在全汽缸^R态和停缸状态的优选发动机转矩以及tm发动机
状态构成发动机状态控制方案370的输入。
运行发动机14的成本包括运行成本，其通常基于包括车辆驾驶性能、燃料经济性、排放物和蓄电池使用率在内的因素来确定。成本被分配到燃油和电力 消耗并与之相联系，并且与混合动力系的特定工作点有关。低运行成本通常与 高转换效率下的低燃料消耗、低蓄电池动力使用率和每个发动机转激负载工作 点的低排放物相联系，并且考虑到发动机14的当前工作状态。
优选的发动机状态以及全汽缸状态和停缸状态的优选发动机转矩被输入到
发动机状态控制方案370，其包括发动机状态机('发动机状态机')372。所述发动 机状态机372基于优选的发动机转矩和优选的发动机状态确定目标发动机$转巨(' 目标发动机转矩')和目标发动机状銜'目标发动机状态')。所述目标发动机转矩和 目标发动机状态被输入到转换过滤戮'转换过滤')374 ，其监测发动机状态中的任 何一种控制转换并且过滤目标发动机转矩以提供过滤目标发动机转矩('过滤目 标发动机转矩〕。发动机状态机372输出一^令，其表示停缸状态和全汽缸 状态其中之一的选辨DEAC选定')，并且表示发动机工作状态和减速断油状态 其中之一的选辨'FCO选定')。
停缸状态和全汽缸状态其中之一的选择以及发动机工作状态和减速断油状 态其中之一的选择、过滤目标发动机转矩、最小和最大发动机转矩被输入到发 动机响应类型确定方案380。
系统约束控制通路360确定在输入转矩上的约束，包括可以ffi31变速器10 起作用的最小和最大输入辩巨('混合最小输入车转E邻'混合最大输入转矩')。所述 最小和最大输入转矩基于对变速器10以及第一和第二电机56、 72的约束而确 定，所述约束包括在当前周期内影响变速器IO的功率以影响输入转矩的离合器 转矩和蓄电池功率极限。系统约束控制通路360的输入包括Sil加iim板113 测量的实时输出转矩请求('实时加速输出转矩请求')和M制动踏板112观糧的 实时输出转矩请救实时制动输出转矩请求')，它们被合并并且与轴转矩响应类 型一起经由实时输出转矩定型滤波徵'实时输出转矩定型')362定型，从而得到净 实时输出转矩('to Net Immed ')和实时加速输出转矩(toAccel Immed ')。所述净实 时输出转矩和实时加速输出转矩被输入至喲束方教输出和输入转矩约束')364。 约束方案364的其它输入包括变速器的超前操作范围状态、实时超| 入加速 度曲幾实时超lim入加速度曲线')、每个当前使用离合器的超前实时离合器反 作用转矩范围('超前实时离合器反作用转矩Mm /Max ')和包括PBAr_MN到 Pbat一max范围的有效蓄电池功^('蓄电池功率极限')。实时超fm入加鹏曲线
19包括输入构件12的实时输入加速度曲线的时间换档超前，其提供在实时输入加 速度曲线的控制变化和实时输入加速度曲线的测量变化之间的响应时间滞后。 超前实时离合器反作用转矩范围包括离合器的实时离合器反作用转矩范围的时 间换档超前，其提供在实时离合器转矩范围的控制变化和实时离合器反作用转 矩范围的测量变化之间的响应时间滞后。所述约束方案364确定变速器10的 输出转矩范围，然后确定可以基于上述输Ailil^il器10起作用的最小和最大 容许输入转矩('最小混合输入转矩'和'最大混合输入转矩')。由于上述输入的变
化，所述最小和最大容许输入转矩可以在正在it行的工作期间变化，包括经由 变速器14以及第一和第二电机56、 72 M3i电功率再生增加能量回收。
所述最小和最大容许输入转矩被输入到发动机 錄薛封奂计算器355，并皿 过考虑在发动机14和变速器10之间引入的附加及其它负载，被分别地转换为 最小和最大发动机转矩('最小混合发动机转矩'和'最大混合发动机转矩〕。
过滤目标发动机转矩、发动机状态机372的输出以及最小和最大发动机转 矩被输入到发动机响应 确定方案380，其输入发动机命令给ECM23用于控 制发动机状态、实时发动机转矩请求和预测发动机转矩请求。所述发动机命令 包括可以基于过滤目标发动机转矩确定的实时发动机转矩请求('实时发动机转 矩请求')和预测发动机转矩请求('预测发动机转矩请求')。其它的命令控制发动 机状态为发动机供油状态和减速断油状态('FCO请求')其中之一以及停缸状态 和全汽缸状教DEAC请求')其中之一。另外的输出包括发动机响应 ('发动 机响应类型')。当过滤目标发动机转矩在介于最小和最大发动机转矩的中间范 围之内时，发动机响应类型是非活动的。当过滤目标发动机转矩皿最小和最 大发动机转矩('最小混合发动机车转巨邻'最大混合发动机转矩')的约束之外时，发 动机响应类型是激活的，表明需要实时改变发动机转矩，例如通过发动机火花 控制和延迟来改变发动机转矩和输入转矩使其落入最小和最大发动机转矩的约 束内。
参考图1和2所述典型的动力系系统并且利用图3和4所述的控制系统， 图5和6图示了控审嗨合动力 器的发动机转矩输入的运行方法。本领域技 术人员可以将该方法应用于其它的动力系系统。
图5示出了所述动力系的运行，包括促使控制系统命令实时M^在输出构 件64处动力传动系统90的输出转矩的过程，优选为ffi31可以由牵弓(力调节过程或者车辆稳定性过程所引起的使轴转矩响应类型从非活动(inactive)状态到 活动(active)状态的变化来实现。这导致实时加速输出转矩请爽'实时加速输 出转矩请求)降低。系统约束控制通路360减少可以fflil变速器10起作用的最 大发动机转矩('最大混合发动机转矩')。当可以通过变速器10起作用的最大发 动机转矩变成小于由战略优化控制方案350输出的用于运行发动机14的优选发 动机转矩('优选发动机转矩')时，如点A所示，来自发动机响应类型确定方案380 的发动机响应类型输出使发动机响应类型从非活动变为活动。实时发动机转矩 请求输出(实时发动机转矩请求')与可以通过^I器10起作用的最大发动机辦巨 一起降低，并且可以ffiii激活的发动机管理方案来实现，包括延迟提前点火或 者提前燃油喷油正时以减少发动机转矩。当可以通过变速器10起作用的最大 发动机转矩小于用于运行发动机14的优选发动机转矩期间，该操作持续进行。 当可以通过变速器10起作用的最大发动机转矩大于用于运行发动机14的优选 发动机转矩，如点B所示，发动机响应类型变为非活动的，并且发动机操作使 $飲活的发动机管理方案中止。随后轴转矩响应 可以变成非活动的。当轴转 矩响应类型从活动状态变为非活动状态，实时和预测输出转矩请求变成等于用 于运行发动机14的优选发动机转矩。
图6示出了所述动力系的第二种运行，其中促使控制系统命令实时减少在输 出构件64处动力传动系统90的输出车錄巨的过程，优选为M可以由牵弓I力调 节过程或者车辆稳定性过程所弓胞的使轴转矩响应类型从非活动状态到活动状 态的变化来实现。实时加速输出转矩请爽实时加速输出转矩请求')降低。系 统约束控制通路360减少可以M31变速器10起作用的最大发动机转矩('最大混 合发动机转矩')。当可以3131变速器10起作用的最大发动机總巨保持大于从战 BM尤化控制方案350输出的用于运行发动机14 发动机$魏(' 发动机转 矩〕时，来自发动机响应类型确定方案380的发动机响应类型输出保持与实时发 动机转矩请求一样，并且发动机操作是未受影响的。通过输出和马达转矩控制 模式的控制，来自动力系系统的输出辩巨减少，并且通过其中一个电机消耗发 动机功率，优选为产生电功率。
在上文参考一个实施例描述了所述方法和系统，在该实施例中包括发动机 14以及机械连接到电动机械变速器10的第一和第二电机56、 72。可选的，所 述系统可以与具有单个电机的其它电动机械魏器系统(未示出)一起使用。可选的，所述系统可以与具有三个或更多电机的其它电动机械^I器系统(未示出) 一起使用。可选的，所述系统可以与利用转矩生成机器和储能装置的其它混合 动力传输系统(未示出)一起使用，例如液压机械混合动力传输。
应该理解落入本发明范围内的变型是被允许的。已经具体地参考所述优 选方案及其变型描述了本发明。其它人在阅读和理解了本说明书之后可以想到
另外的变型和修改。本发明的意图是包括落入本发明范围之内的所有这类变型 和修改。
权利要求
1. 用于控制机械连接到混合动力变速器以传送动力给动力传动系统的内燃机的方法，包括监测加速踏板和制动踏板的驾驶员输入；基于加速踏板的驾驶员输入确定实时和预测加速输出转矩请求；确定包括活动的和非活动的响应之一的轴转矩响应类型；基于所述预测加速输出转矩请求确定从发动机到混合动力变速器的优选输入转矩；基于所述实时加速输出转矩请求和轴转矩响应类型确定来自与混合动力变速器一起起作用的发动机的输入转矩容许范围；当优选输入转矩处于来自发动机的输入转矩容许范围之内时，运行发动机以满足优选输入转矩；以及当优选输入转矩处于来自发动机的输入转矩容许范围之外时，在来自发动机的输入转矩容许范围之内运行发动机。
2. 如权禾腰求l所述的方法，包括当命令进行牵弓l力调节过程和糊禾急定 性过程其中之一时将轴转矩响应，设置为活动的响应。
3. 如权利要求1所述的方法，其中基于加速踏板的驾驶员输入确定实时加 速输出转矩请求包括确定加速踏板的当前发生的驾驶员输入以产生实时输出转 矩。
4. 如权利要求1所述的方法，其中确定预测加速转矩请求包括在动力传动 系统处的ttit输出转矩。
5. 如权利要求1所述的方法，还包括经由混合动力变速器M动力回收增 加来自发动机的输入,容许范围，并且当 输入转矩处于来自发动机的输 入车转巨容许范围之外时，使发动机运行在来自发动机的输入转矩容许范围之内。
6. 如权利要求1所述的方法，还包括基于用于传送机械动力给混合动力变 速器的第二发电机的功率极限和混合动力变速器的转矩传送能力，确定可以与 混合动力变速器一起起作用的来自发动机的输入转矩容许范围。
7. 如权利要求l所述的方法，还包括i!31减少来自发动机的功率输出使发 动机运行在输入转矩容许范围之内。
8. 如权利要求7所述的方法，包括通过延迟发动机的提前点火来 >来自 发动机的功率输出。
9. 如权利要求7所述的方法，包括通过提前发动机燃油喷射的时间来M^ 来自发动机的功率输出。
10. 如权利要求1所述的方法，还包括M增加来自发动机的功率输出使发 动机运行在发动机转矩容许范围之内。
11. 用于控制连接到魏器装置的发动机的方法，所述变速器體用于将来 自发动机和第二动力生成装置的机械动力传送到输出构件，所述方、 ^括监测加速足沓板和制动踏板的驾驶员输入，以便确定实时加速转矩请求和预 测加速输出转矩请求；确定包括活动的和非活动之一的轴转矩响应类型；基于所述预测加速输出车錄巨请求确定从发动机到魏器的4雌输入转矩；基于所述加速输出转矩请求和轴转矩响应类型，确定来自可以通过变速器 起作用的发动机的输入转矩容许范围；当优选输入转矩处于来自可以通过变速器起作用的发动机的输入转矩容许 范围之内时，使发动机运行在tti^输入转矩；以及当ttif输入转矩处于来自可以通过变速器起作用的发动机的输入转矩容许 范围之外时，使发动机运行在来自发动机的优选输入车教巨容许范围之内。
12. 如权利要求11所述的方法，其中当轴转矩响应类型是非活动的，基于预 观咖速输出转矩请求确定来自可以通过变速器起作用的发动机的输入转矩容许 范围。
13. 如权利要求12所述的方法，其中当轴转矩响应鄉是活动的，基于实时 加速输出转矩请求确定来自可以通过 器起作用的发动机的输入转矩容许范围。
14. 如权禾腰求11所述的方法，还包括基于第二动力生成装置的功率极限和 变速器的转矩传送能力，确定来自可以通过变速器起作用的发动机的输入转矩容许范围。
15. 如权禾腰求14所述的方法，还包括选择性地〗顿^I器中的转矩传送离 合器，以及基于变速器的选择性使用的离合器的最大反作用转矩确定变速器的 车转巨传送能力。
16. 如权禾腰求11所述的方法，其中使发动机运行在来自发动机的输入转矩 容许范围之内包括控制发动机的提前点火以限制来自发动机的输出转矩。
17. 如权禾腰求11所述的方法，其中使发动机运行在来自发动机的输入转矩 容许范围之内包括控制发动机的燃油喷射时间以限制来自发动机的输出转矩。
18. 用于控制机械连接到变速器装置的内燃机的方法，所述变速器装置用于 在发动机和第二动力生成装置以及输出构件之间传送机械动力，所述方法包括:监测加iim板和制动踏板的驾驶员输入 基于所述加3im板的驾驶员输入确定加速输出糊请求；确定轴转矩响应类型；基于所述加速输出转矩请求确定从发动机到变速器装置的^M输入转矩； 基于所述加速输出转矩请求、制动力矩请求和轴辩巨响应类型，确定来自 可以与变速器装置一起起作用的发动机的最大输入转矩；当优选输入转矩小于来自可以与变速器装置一起起作用的发动机的最大输入转矩时，4M:动t;UE行在t^输入转矩；以及当优选输入转矩大于来自可以与变速器装置一起起作用的发动机的最大输 入转矩时，限制发动机运行在最大输入转矩。
全文摘要
一种内燃机被机械连接到混合动力变速器上以传递机械动力给输出构件。一种用于控制所述内燃机的方法，包括基于加速踏板的驾驶员输入确定加速输出转矩请求，以及确定轴转矩响应类型。基于所述加速输出转矩请求确定从发动机到混合动力变速器的优选输入转矩。基于所述加速输出转矩请求和轴转矩响应类型，确定来自可以与混合动力变速器一起起作用的发动机的输入转矩容许范围。当优选输入转矩处于来自发动机的输入转矩容许范围之内时，控制发动机以满足优选输入转矩。当优选输入转矩处于来自发动机的输入转矩容许范围之外时，控制发动机处于来自发动机的输入转矩容许范围之内。
文档编号B60W10/18GK101508289SQ20081019117
公开日2009年8月19日 申请日期2008年11月4日 优先权日2007年11月4日
发明者A·H·希普, W·布伦森 申请人:通用汽车环球科技运作公司