专利名称：用于混合动力电动车发动机稳定性控制的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于混合动力电动车的发动机稳定性控制的系统和方法。
背景技术：
车辆的驱动轮会在某些车辆操纵下抱死(lock-up)，例如在低摩擦表面上执行紧急制动操纵时。这又可触发防抱死制动系统(ABQ中的状态启动。为了将驱动轮解开，主动ABS控制器自动地发出高频制动压力脉冲命令。
发明内容
本发明提供一种用于在混合动力电动车辆上使用的方法，该车辆具有控制系统、 牵引电动机和发动机。发动机的驱动轴会在某些车辆操纵中反向转动。本发明因此包括在预定车辆操纵过程中自动地产生启动信号，且具体是在临界低摩擦系数的表面上进行紧急制动操纵过程中。该方法还包括注入或传递来自牵引电动机或来自多个牵引电动机(如果车辆如此构造的话)的向前馈送扭矩。向前馈送扭矩沿与发动机扭矩相同的方向传递，以防止驱动轴在该操纵中反向转动。一种混合动力电动车，包括内燃发动机，配置为经由发动机的驱动轴输出发动机扭矩；第一和第二牵引电动机；和控制系统。该控制系统配置为检测上述预定车辆操纵，并用于选择性地注入向前馈送扭矩，以防止驱动轴在该操纵中反向转动。用于混合动力车辆的控制系统，包括至少一个车辆控制模块，该模块与发动机和牵引电动机通讯。控制模块用于检测该预定车辆操纵，以响应于经检测的预定车辆操纵而产生启动信号，并将向前馈送的扭矩注入到传动系统，如上所述。本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从接合所附附图做出的对实施本发明的较佳模式的以下详细描述中得到容易的理解。
图1是具有分布式控制系统的混合动力电动车的示意图，该系统在临界车辆操纵过程中执行本控制方法；和图2是用于在临界车辆操纵中控制图1的混合动力电动车上发动机稳定性的方法的流程图。
具体实施例方式混合动力电动车辆10如图1所示，车辆10包括分布控制系统(distributed control system) 50，其配置为选择性地在预定的车辆操纵过程中控制内燃发动机12的稳定性。控制系统50经由一组控制信号(箭头40)通过执行方法100(见图2、来实现这一功能。控制系统50响应于代表预定车辆操纵的启动信号(箭头25)而执行方法100，如下详述。控制信号(箭头40)自动地由控制系统50的各部分产生和/或处理，并随后用于防止在该操纵中发生发动机旋转(engine spin)。预定车辆操纵可以实施为能触发防抱死制动系统(ABQ控制器21启动的任何车辆事件，或触发存在于另一车辆控制模块中的相当的ABS能力的任何车辆事件。预定车辆操纵可包括在具有临界低摩擦系数(μ)(即低μ表面)的道路表面上执行的紧急制动事件。典型的低μ表面包括潮湿、冰、油或沙砾覆盖的道路表面。如果在很滑而足以使得ABS 控制器21启动的表面上执行紧急制动操纵(例如司机强力地踏在制动踏板上)，则在这里该表面会被认为是临界低μ表面。通过沿发动机扭矩的方向将来自牵引电动机16和/或 1 8的向前馈送扭矩注入或传递到车辆的传动系统，控制系统50对这种操纵做出响应，以防止发生反向发动机转动，即驱动轴15的反向旋转。车辆10可包括发动机12、变速器14和牵引电动机16和18，牵引电动机操作为快速促动器。其他车辆实施例可以使用单个牵引电动机。变速器14可以选择性地被发动机12、牵引电动机16、牵引电动机18或任何其组合提供动力，这取决于变速器运行模式或状态，如通过换挡控制算法或逻辑(未示出)决定的。车辆10包括能量存储系统(energy storage system :ESS) 20，例如可充电电池组，其经由牵引功率逆变模块(traction power inverter module =TPIM) 22电连接到牵引电动机16和18。变速器14具有多种运行模式或状态，每种模式或状态具有相关的传动系统惯性水平。ESS20可以在车辆10运行过程中经由再生制动而被充电，或可以在配置为插电式混合动力电动车(plug-in hybrid electric vehicle)时在车辆空转时经由离车电源(未示出)选择性地充电。如本领域所理解的，功率逆变器将电功率从交流(AC)逆变为直流 (DC)，或反之亦然，以能使用多相AC永磁体或感应装置(即牵引电动机16和18)和DC电池(例如ESS20)。控制系统50用在车辆10上，以在发动机12、变速器14和每个牵引电机16和18 上保持控制。控制信号(箭头40)在需要时例如经由控制器局域网(Controller Area Network :CAN)、串行总线、数据路由器和/或其他合适的器件通讯到受影响的车辆系统。 控制系统50可以按照需要包括许多不同的车辆控制模块，以维持优化的控制，包括ABS 控制器21、制动控制模块(braking control module :BCM) 24、电动机控制处理器(motor control processor :MCP) 26 和沘、混合动力控制模块(hybrid control module :HCM)30, 发动机控制模块(engine control module :ECM) 32和电池或ESS控制模块34。为了简单和清楚，控制系统50在图1中显示为单个装置，尽管在本发明的范围内在功能性或结构上可以使用分开的控制器。图1的分布控制系统50的硬件可以包括一个或多个数字计算机或主机，每个具有微处理器或中央处理单元、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和数字-模拟(D/A)电路和输入/输出电路和装置(1/0)以及合适的信号调制和缓冲电路。存在于控制系统50中或易于被系统访问的每组算法或代码(包括参照图2说明如下的用于执行本方法100所需的任何算法或计算机代码)可存储在有形/非瞬时计算机可读存储器36中，并按照需要通过控制系统50的主机或其他合适的硬件部分执行，以提供所述的功能。发动机12能选择性地产生足够量或水平的发动机扭矩，用于使驱动轴15旋转。 输入组件11可以用于将发动机12连接到变速器14的输入构件13。输入组件11的具体构造可以随着车辆的设计改变。例如，输入组件11可以是离合器和阻尼器组件，其按照需要选择性地将发动机12与车辆传动系统连接和断开，或其可以是接地离合器(grounding clutch)或制动器，其在发动机不运行时选择性地对驱动轴15制动。每个牵引电动机16和18具有各自的电动机输出轴17和19。由此，到变速器14 的输入扭矩可以作为发动机扭矩由发动机12产生和传递和/或作为电动机扭矩由牵引电动机16、18产生和传递。来自变速器14的输出扭矩可以经由输出构件23传递到一组驱动车轮39。变速器14的实际构造可以根据车辆10的设计变化，且可以包括一个或多个行星齿轮组、电可变变速器、旋转离合器、制动离合器、液压或电机械启动部件等。如上所述，图1所示的分布控制系统50配置为执行本方法100(图2)，以例如在 ABS控制器21进入启动状态的操纵这样的临界车辆操纵中优化低车辆速度下的发动机稳定性。这种操纵可以实施为如上所述的临界低μ表面上的紧急制动、撞击诸如深坑这样的障碍物时的车轮抱死或使ABS控制器21变为启动的任何其他事件。这会导致启动信号(箭头25)的产生，不论来自ABS控制器21或另一控制模块中的哪一个。典型的ABS系统的主要部件包括定位为非常靠近每个驱动轮39的车轮速度传感器Μ，和任何需要的液压、电动和/或电机械的制动部件48。在一个可行实施例中，制动部件48可以包括制动盘、制动钳、制动鼓、制动垫、转子等，如本领域所理解的，以及任何流体或电机械启动装置。车轮速度传感器M共同地提供车轮速度信号(箭头5 到BCMM。当驱动车轮39的任一个接近抱死状态时，制动部件48被自动地控制，以独立地调制施加到每个车轮的制动压力，由此防止车轮抱死，或除非随后解锁任何抱死的车轮。图1所示的分布控制系统50还可以接收并处理各种其他输入信号，包括但不限于发动机12的输出扭矩和旋转速度，牵引电动机16和18的电动机扭矩、扭矩方向、旋转速度，油门或加速器的位置等。控制系统50以及具体地HCM30随后通过以取决于当前变速器运行策略的方式调谐发动机速度和电动机速度从而以最有效的方式启动作为目标的齿轮比或变速器运行模式或状态。参见图2，方法100可以被图1的控制系统50执行，以应对预定车辆操纵使得驱动车轮39抱死的情况，这又会启动ABS控制器21。大的电动机惯性会使得分布控制系统50 的任何ABS相关部分解锁驱动车轮39的能力复杂化。此外，在某些变速器低速运行模式下， 存在当执行预定车辆操纵时图1所示发动机12至少暂时地向回旋转或转动的可能性。本方法100由此被控制系统50执行，以防止这种发动机转动并由此在该操纵过程中保护发动机12。以步骤102开始，并参照图1所示和如上所述的车辆10的结构，分布控制系统50 收集最初的一组车辆信息。步骤102可以包括经由BCM M或其他合适的模块处理制动信号、车辆速度、和/或车轮速度，经由车轮速度信号52处理计算打滑，确定ABS控制器21的启动状态，变速器输出速度等。方法100随后前进到步骤104。在步骤104，控制系统50判断在步骤102收集的信息是否对应于预定的车辆操纵， 如在低μ表面上执行的临界紧急制动操纵。步骤104可以发生在BCMM中或其他合适的控制模块中，且可以包括将来自步骤102的信息与校准阈值比较。可在步骤104处被评估的其他因素包括与车辆速度和/或车轮速度相关联地快速减速变速器14的输入构件13，其中所述车辆速度和/或车轮速度在校准范围内其保持恒定或不会以这种快速制动表明的速率下降。如果预定的车辆操纵没有在步骤104处被检测，则方法100重复步骤102。否则， 方法100包括将步骤104的结果在串行数据链接上或其他合适的高速通讯通道上从BCMM 或其他控制模块(如果使用的话)传递到HCM30。方法100随后前进到步骤106。在步骤106，控制系统50计算向前馈送扭矩的合适量，并使用牵引电动机16和/ 或18将该向前馈送扭矩的合适量沿发动机扭矩的方向注入到发动机传动系统。在发动机 12相对于牵引电动机16和1 8的促动速度而言是慢速促动器(slow actuator)时，其会花费大量时间来产生足够的发动机扭矩。例如在低μ表面上的临界紧急制动事件之后紧接着有传动系统载荷这样的快速事件会导致发动机12在发动机能保护自己之前向回转动。 这在发动机12关闭时会特别有问题。由此在步骤106沿发动机扭矩的方向经由快速促动的牵引电动机16和/或18将扭矩注入到传动系统，以便防止发动机12向回转动，并由此控制发动机稳定性。向前馈送的扭矩的量例如可以取决于车辆速度、发动机速度、变速器运行模式或状态等来计算。向前馈送的扭矩可以使用经校准的增益或经由任何其他合适的方法计算。 方法100随后前进到步骤108。在步骤108、HCM30校验是否已经经过了经校准的持续时间。如果是，则向前馈送的扭矩终止，且方法100结束。如果否，则步骤106和108可以以闭合回路重复，直到已经经过了经校准的时间。虽然用于实施本发明的较佳模式已被详细描述，但是熟悉本发明涉及的领域的人将会得知用于在所附的权利要求的范围内实践本发明的各种可替换的设计和实施例。本申请要求于2010年10月6日提交的美国临时专利申请序号No. 61/390，353和于2011年2月17日提交的美国专利申请No. 13/(^9672的优先权和利益，且通过引用将它们的全部内容合并于此。
权利要求
1.一种用于控制混合动力电动车辆的方法，该车辆具有控制系统、牵引电动机和发动机，该发动机产生发动机扭矩，该方法包括在预定车辆操纵过程中经由控制系统产生启动信号，其中，预定车辆操纵是在具有临界低摩擦系数的表面上进行的临界紧急制动操纵；和经由控制系统发出命令以将来自牵引电动机的向前馈送扭矩沿与发动机扭矩相同的方向注入或传递到车辆的传动系统；其中，向前馈送的扭矩防止发动机的驱动轴在该预定车辆操纵中反向转动。
2.如权利要求1所述的方法，其中，控制系统包括防抱死制动系统(ABS)控制器，该方法还包括检测ABS控制器的启动状态；和至少部分响应于ABS控制器的经检测启动状态来产生启动信号。
3.如权利要求2所述的方法，其中，向前馈送的扭矩在校准的间隔逝去时自动终止。
4.如权利要求1所述的方法，其中，控制系统包括制动控制模块(BCM)、多个驱动轮和相同的多个车轮速度传感器，且其中，检测预定车辆操纵包括经由BCM使用来自车轮速度传感器的速度信号来计算每个驱动轮的打滑速度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，车辆包括一对牵引电动机，且其中向前馈送的扭矩经由一对牵弓I电动机每一个注入。
6.一种混合动力电动车辆，包括内燃发动机，配置为产生发动机扭矩；牵引电动机；和控制系统，其在预定车辆操纵中控制车辆的发动机稳定性，其中，预定车辆操纵是在具有临界低摩擦系数的表面上的紧急制动操纵；其中，控制系统配置为检测该预定车辆操纵，且用于发出命令以将向前馈送的扭矩经由牵引电动机沿发动机扭矩的方向注入或传递到传动系统，以在该操纵中防止发动机的驱动轴反向转动。
7.如权利要求6所述的车辆，其中，控制系统包括制动控制模块和电动机控制处理器， 该制动控制模块配置为检测该预定车辆操纵，且该控制处理器配置为注入向前馈送的扭矩。
8.如权利要求6所述的车辆，还包括多个车轮速度传感器，其中，控制系统配置为通过处理来自车辆速度传感器的速度信号而检测所述预定车辆操纵。
9.如权利要求6所述的车辆，其中，控制系统包括防抱死制动系统(ABS)控制器，且配置为至少部分地响应于检测ABS控制器的启动状态而产生启动信号。
10.如权利要求6所述的车辆，还包括一对牵引电动机，其中向前馈送的扭矩经由牵引电动机每一个注入。
全文摘要
一种用于控制混合动力电动车辆稳定性的方法，该车辆具有控制系统、牵引电动机和发动机。该方法包括在预定车辆操纵过程中产生启动信号。该预定车辆操纵是在具有低摩擦系数的表面上进行的临界紧急制动操纵。该方法还包括用控制系统处理启动信号，并使用牵引电动机发出命令以将向前馈送的扭矩注入或传递到车辆的传动系统。向前馈送的扭矩是沿与发动机扭矩相同的方向。该方法可包括响应于检测ABS控制器的启动状态而产生启动信号。一种混合动力电动车包括发动机、牵引电动机、配置为执行上述方法的控制系统。
文档编号B60W30/20GK102442306SQ20111029977
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年10月6日
发明者G.J.曼多扎, J-J.F.萨, P.古普塔, R.L.莫里斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司