在电气化车辆动力传动系中管理可用运行状态的方法
【专利摘要】一种管理电气化动力传动系中可用运行状态的方法，包括:识别多个运行状态；确定用于多个运行状态每一个的容许硬件运行速度范围；确定用于多个运行状态每一个的真正运行速度范围；确定用于多个运行状态每一个的理想运行速度范围，理想运行速度范围是容许真正运行速度范围的子集；如果电气化动力传动系的实际输出速度在用于多个运行状态中的一运行状态的理想运行速度范围内，则将该运行状态指定为理想允许的；和命令电气化动力传动系运行在被指定为理想允许的其中一个运行状态中。
【专利说明】在电气化车辆动力传动系中管理可用运行状态的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及在电气化车辆动力传动系中管理运行状态的方法。
【背景技术】
[0002] 机动化车辆包括动力传动系，其可操作为推进车辆和为车载车辆电子器件提供电 力。动力传动系或驱动系统通常包括发动机，其通过多速变速器为最终驱动系统提供动力。 在一些车辆中，发动机是往复运动活塞类型的内燃发动机。变速器可以被供应变速器流体 或变速器油，以润滑其中的部件。
[0003] 混合动力车辆利用多个替换的动力源，以推进车辆，使得对发动机动力的依赖最 小化。混合动力电动车（HEV)例如并入电能和化学能，且将其转换为机械功率，以推进车辆 和为车辆的任何系统提供功率。HEV通常采用一个或多个电机（电动机/发电机），其单独 运行或与内燃发动机合作，以推进车辆。电动车（EV)还包括用于推进车辆的一个或多个电 机和能量存储装置。
[0004] 电机将动能转换为电能，电能可以存储在能量存储装置中。来自能量存储装置的 电能可以随后转换回动能，用于推进车辆，或可以为电子器件、辅助装置或其他部件供电。
【发明内容】
[0005] -种管理电气化动力传动系中可用运行状态的方法，通过首先识别电气化动力传 动系的多个运行状态开始，其中每一个运行状态代表电气化动力传动系的不同物理构造。 电气化动力传动系配置为以在旋转输出速度下可旋转地驱动车辆车轮的方式运行。接下 来，方法包括确定用于多个运行状态每一个的容许硬件运行速度范围，容许硬件运行速度 范围通过第一硬件极限和第二硬件极限限定。另外，控制器可以确定用于多个运行状态每 一个的真正运行速度范围，真正运行速度范围是容许硬件运行速度范围的子集，且通过大 于第一硬件极限的第一真正极限和小于第二硬件极限的第二真正极限限定。理想运行速度 范围可以随后针对多个运行状态每一个确定，其中理想运行速度范围是容许真正运行速度 范围的子集，且通过大于第一真正极限的第一理想极限和小于第二真正极限的第二理想极 限限定。
[0006] -旦范围被确定，贝1J方法可以包括如果电气化动力传动系的实际输出速度在用于 多个运行状态中的一运行状态的理想运行速度范围内，则将该运行状态指定为理想允许 的；和命令电气化动力传动系在被指定为理想允许的其中一个运行状态中运行。
[0007] 在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理 解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 图1是混合动力电动车动力传动系的示意图。
[0009] 图2是确定电动力传动系中可用运行状态的方法的示意性流程图。
[0010] 图3是多个运行状态速度范围的示意性曲线图。
[0011] 图4是多个运行状态速度范围的示意性曲线图，在一个运行状态检测到故障。
[0012] 图5是多个运行状态速度范围的示意性曲线图。
[0013] 图6是多个运行状态速度范围的示意性曲线图，中间状态不可用。
[0014] 图7是确定电动力传动系中可用运行状态的方法的示意性流程图。
【具体实施方式】
[0015] 参见附图，其中相同的附图标记用于表示各种附图中相似或相同的部件，图1示 意性地示出了电动车动力传动系10。在一种构造中，车辆动力传动系10可以包括第一牵 引电动机12、第二牵引电动机14和能量存储系统16 (例如电池16)。从而车辆动力传动系 10可以配置为是混合动力电动车的动力传动系（HEV)、电池电动车的动力传动系（BEV)、或 增程式电动车的动力传动系（EREV)。这种车辆可在仅电（EV)模式下使用牵引电动机12、 14中之一或两者以适用于推进车辆的水平来产生扭矩。
[0016] 在一种构造中，第一和第二牵引电动机12、14可以通过变速器18而处于机械联 接。变速器18可以包括多个旋转齿轮、离合器和/或其他部件（即扭矩传递装置20)，其可 以选择性地、单独地或组合地将变速器输入轴22与变速器输出轴24联接。
[0017] 在一种构造中，变速器输入轴22可以选择性地联接第一牵引电动机12,且变速器 输出轴24可以选择性地联接第二牵引电动机14。在一种构造中，选择性联接可以通过一个 或多个摩擦离合器、扭矩转换器或其他联接装置（其可以与轴22、24整合）实现，以允许每 一个电动机12、14在变速器控制模块的命令下传递/接收扭矩。
[0018] 变速器18例如可以是电可变变速器（EVT)，从而输入轴22的输入特点和输出轴 24的输出特点经由连续可变速度比而不必相对于输入轴22具有固定比。例如，在一些实施 例中，即使在输入轴22处的输入速度为零，输出轴24处的输出速度也可以是正的。
[0019] 扭矩传递装置（共同显示在20)可以选择性地接合在变速器18中，以建立输入轴 22和输出轴24之间的不同的向前和倒车速度比或运行模式。从一个速度比或模式到另一 个的转变可以响应于车辆状况和操作者（司机）需求而发生。速度比通常限定为输入速度 除以变速器18的输出速度。由此，低档位级别具有高速度比，且高档位级别具有相对更低 的速度比。
[0020] 包括变速器18的电可变变速器可以设计为在固定档位（FG)模式和EVT模式两者 下运行。因为电可变变速器不限制为单速度传动比，所以，代替档位，不同运行状态可以称 为等级或模式。在运行在固定档位模式时，变速器18的输出轴24的旋转速度与输入轴22 的旋转速度成固定比例。电可变变速器还配置为用于机械地独立于最终驱动部而运行，由 此实现高扭矩连续可变速度比、电主导的起步、再生制动和发动机关闭的怠速和起步。
[0021] 在一些设计中，内燃发动机30,如图1以虚线所示的，可以用于经由发动机输出轴 32产生扭矩。从发动机输出轴32而来的扭矩可用于直接推动车辆动力传动系10 (即HEV 设计）或为发电机34提供功率（即EREV设计）。发电机34可以以让电池16充电的方式 向电池16输送电力（箭头36)。离合器和缓冲组件38可以用于选择性地将发动机30与变 速器18连接/断开。扭矩可以最终从第一和/或第二牵引电动机12、14和/或发动机30 经由第二牵引电动机14的输出部42 (和/或变速器18,如果第二电动机14省略的话）传 递到驱动车轮组40。
[0022] 每一个牵引电动机12、14可以实施为多相永磁体/AC感应电机，其额定为大约60 伏特到大约300伏特或更大，这取决于车辆设计。每一个牵引电动机12、14可以经由功率 转换模块（PIM) 44和高压总线条46 (应注意，为了清楚，延伸到第二牵引电动机14的高压 总线条的示意性显示从图1省略）电连接到电池16。PM44通常可以配置为用于将DC功 率转换为AC功率以及按照需要逆向转换。在牵引电动机12主动运行为发电机（例如通过 在再生制动事件期间获取能量或在被内燃发动机30驱动时）时，电池16可以选择性地使 用从第一牵引电动机12而来的扭矩而充电。在一些实施例中，例如插头式HEV (PHEV)，在车 辆动力传动系10怠速时，电池16可经由离车电源（未示出）充电。
[0023] 牵引电动机12、14二者、变速器18和发动机30可以与控制器50进行电子通 信。在一种构造中，控制器50可以例如包括用于控制发动机30运行的发动机控制模块 52 (ECM52)、用于控制牵引电动机12、14运行的混合动力控制模块54 (HCM54)和/或用于控 制变速器18运行的变速器控制模块56 (TCM56)。控制器50可以实施为一个或多个数字计 算机或数据处理装置，每一个具有一个或多个微控制器或中央处理单元（CPU)、只读存储器 (ROM)、随机访问存储器（RAM)、电可编程只读存储器（EEPR0M)、高速时钟、模拟-数字（A/ D)和数字-模拟（D/A)电路和任何所需的输入/输出（I/O)电路和/或信号调制和缓冲电 路。
[0024] ECM52、HCM54和TCM56可以实施为软件或硬件且可以彼此实体上分离或不分离。 在一种构造中，模块52、54、56可以是通过控制器50的同一物理结构执行的划分开的功能。 在另一构造中，每一个模块52、54、56可以归入其自身的硬件计算装置。无论如何，每个模 块52、54、56可以与其他模块52、54、56数字通信，以协调车辆动力传动系10的总体行为。 每一个模块52、54、56可以配置为自动地执行一个或多个控制/处理程序，其可以实施为与 模块52、54、56相关的软件或固件。应注意，出于清楚的目的，描述了"模块"的这种具体构 造。但是，实际上，在其中一个模块中描述的任何具体功能可以通过另一模块执行，或替换 地，所有功能可以简单地通过控制器50执行而不必单独区分模块。
[0025] 通常，如上所述的各种硬件部件可以选择性地接合邻近部件，以形成从一个或多 个扭矩源（即牵引电动机12、14和发动机30)到车辆驱动车轮40的扭矩传递路径。接合 的/脱开的部件、运转/未运转的扭矩源和扭矩产生模式/扭矩消耗模式（即用于电动机 12、14的）的每一个组合通常可以作为"运行状态"。
[0026] 在一种构造中，控制器50可以进一步包括状态管理模块58 (SMM58)，其可以位于 ECM52、HCM54和TCM56中任何一个中，或可以是分开的，大致如所示的。SMM58可以接收从 用户（例如从加速器踏板60)而来的扭矩请求，且确定最佳运行状态，以实现期望扭矩请 求。SMM58可以以预测方式选择运行状态，所述预测方式预测加速/减速的趋势，同时还防 止电车辆动力传动系10以会有损如上所述的各种电动机或变速器部件的完整性或寿命的 方式运行。
[0027] 每一个运行状态可以具有用于各种参数（例如速度、扭矩和温度）的相应的硬件 极限。如果在具体状态下动力传动系超过硬件极限运行，则系统中的一个或多个部件会有 显著增加的失效的可能性（即丧失其将扭矩从扭矩源传递到车辆车轮的能力）。通常，硬件 极限可以取决于物理因素，例如各部件设计、构造、润滑和/或布置。
[0028] 为了保护硬件极限被意外地超出，控制器50可以包括速度请求限幅器62,如果硬 件极限正被接近则其可以改变动力传动系10的行为和/或动力传动系10中产生/消耗的 扭矩量。速度请求限幅器62通常可以通过在将请求传递到ECM/HCM之前使得请求的扭矩 量饱和（saturate)而在软件中运行。以这种方式，如果硬件极限正被接近且速度请求限幅 器62必须介入则车辆的性能和/或响应性将被显著地影响。
[0029] SMM58可以包括优化程序64和可用状态识别器66。优化程序64可以从用户接收 扭矩请求和从可以实现期望响应的可用运行状态中选择最佳运行状态。可用运行状态的列 表可以通过可用状态识别器66产生，且可以用于优化程序64。
[0030] 图2示出了确定电动力传动系中可用运行状态的方法70。方法70可以例如通过 SMM58经由可用状态识别器66执行。方法70可以实施为软件程序，其可以最终通过控制器 50执行。方法可以在72通过识别可以存在于电动力传动系中的所有运行状态而开始。图 3示意性地示出了多个这样的运行状态92的曲线90,水平轴线94代表状态参数（例如速 度、扭矩、或温度），且出于清楚的目的，垂直轴线96仅仅用于表示状态。出于清楚的目的， 图3仅示出了用于每一个状态的1个参数的范围，但是实际上，本方法可以扩展到无限个参 数（η个参数）的情况。
[0031] 在清楚描述本方法70方面，图3的状态92将被类比为连续档位，但是实际上，且 如上所述的，状态事实上可以代表显著地更加复杂的系统的不连续状态。使用档位类比，图 3随后示出了六个不连续的档位（即状态98a-98f)，其可以沿曲线图90的垂直轴线96排 序，具有最高传动比（例如档位1)的档位显示为98a，且具有最低传动比的档位（例如档 位6)显示为98f。另外，在该类比中，水平轴线94可以代表最后的输出速度。如可以理解 的，在典型的变速器中的档位通常是连续的，意味着它们以有序的方式使用。换句话说，为 了从档位/状态98a转变到98c，常见的是使用中间档位/状态98b/经过中间档位/状态 98b转变。这种有序的方式例如可以在齿轮98a和98c共享共同硬件（其必须在接合新的 状态之前被重构）的情况下发生。
[0032] 对于多个运行状态90每一个，实际的硬件极限100以虚线显示，且通过速度请求 限幅器62施加的硬件极限102显示为在实际的硬件极限100以内。另外，"真正"极限104 可以通过系统在限幅器极限102中施加。这些"真正"极限104可以用于在系统被以故障 安全的方式被限制之前强制状态转变。换句话说，速度请求限幅器62是作为最后手段的限 幅器。真正极限104可以代表一状态中的期望的极端操作状态，且在通过给定安全因素限 定的硬件限幅器极限102以内。
[0033] 再次参见图2, 一旦所有运行状态在步骤72被识别，则控制器50可以随后在步骤 74调查各种状态，以确定在任何状态中是否存在在实体上会造成该状态不可用的故障。在 一个实施例中，控制器50可以通过与每一个相应状态相关的诊断传感器进行直接通信而 在步骤74执行故障检测。在另一实施例中，控制器50可以通过将某种已知或期望的行为 与系统实际的当前或过去行为进行比较而在步骤74以推理的方式执行故障检测。图4大 致示出了图3的档位系统，其中故障110已经在档位5 (状态98e)被检测，其会造成档位 6 (状态98f)不可运行或实体上不可用。
[0034] 再次参见图2, 一个故障检测已经在步骤74发生，在步骤76中控制器50可以随后 确定故障是否防止其他状态实体可用。例如，如图4所示，其中垂直线112代表当前车辆速 度94,故障110可以防止未来换挡到档位6 (状态98f)。换句话说，因为档位被排序，直接 地从档位4 (状态98d)换挡到档位6 (状态98f)而不使用档位5 (状态98e)是不可能的或 不实际的。该排序的特点与档位5 (状态98e)上的故障一起可以在当前速度112低于档位 5 (状态98e)的情况下使其不能最终上挡到档位6 (状态98f)。
[0035] 再次参见图2, 一旦所有状态（在步骤72确定）的列表已经被减少以消除故障状 态（在步骤74)和故障防止状态（在步骤76)，则在给定目标系统和/或车辆的当前运行条 件的情况下，控制器可以随后确定（在步骤78)剩余状态中哪一个是"真正被允许的"。如 在本文使用的，如果当前运行参数在一状态的所建立真正极限104以内，则该状态是被"真 正允许的"。例如，图5大致示出了图4的曲线图，出于清楚的目的，实际的硬件极限100和 硬件限幅器极限102被去除（仅留下了真正极限104)。在该曲线图装置，给定当前运行速 度112,档位1、2和3(状态98a、98b、和98c))是"真正被允许的"，而档位4(状态98d)不 是。
[0036] 一旦已经在步骤78确定哪个状态是"真正被允许的"，则在步骤80用于邻近状态 的任何真正极限可以映射（map)到当前启用的状态（见图2)。图5示出了将真正换挡极限 114"映射"到档位1(状态98a)，该极限114对应于档位2 (状态98b)的上极限。应注意， 图5是图4的档位1-3的放大视图。在需要中间运行状态时步骤80中真正极限的映射可 以是必要的，尽管可以具有不延伸到当前运行状态的真正极限的真正运行范围。
[0037] 例如，如图5大致示出的，车辆可以在点116运行在档位1 (状态98a)。在加速期 间，会希望控制器50从档位1上档到档位3 (状态98c)，尽管会需要经过档位2 (状态98b) 转变或有换挡到空挡的风险。例如如果档位/状态1和3要求同一硬件，而档位2被分离 以允许档位1/3的硬件有时间转变（例如双离合器变速器那样），则会存在这样的情况。如 果在经过映射的真正换挡极限114 (即进入范围118)后系统保持在档位1，则档位2 (状态 98b)将不再是"真正被允许的"且换挡会被限制。因此，真正换挡极限114变成档位1(状 态98a)的新的上真正极限。
[0038] 尽管前面的描述提供了确定一种方法以哪个运行状态在电动力传动系中是实际 被允许，如所述的，但是其未考虑任何滞后（lag)，这种滞后是从一个状态转变到另一时 固有的，其也未考虑在换挡优化期间可以考虑的其他期望性能特点。以这种方式，在步骤 82 (图2)，控制器50会施加各种"理想"换挡极限120,其可以通过余裕122而从真正极限 104或真正换挡极限114分离，如大致在图5示出的。
[0039] 将理想换挡极限120与真正极限104或真正换挡极限114分开的余裕122可以是 固定值或可以是一个或多个运行参数（例如速度，扭矩，加速度等）的函数。在任一情况下， 理想换挡极限120可以设定为使得，在给定参数的变化率以及实现状态转变所需的时间的 情况下，在转变期间真正极限104不会被违反。例如，如图5所示，如果速度112加速且控 制器50实现刚好在真正换挡极限114处换挡，则换挡所需的时间、加速度和与档位2 (状态 98b)的真正极限104的接近程度很可能使得真正极限被超过。
[0040] 在一个实施例中，理想换挡极限120可以仅仅是期望/预测的极限，其可以用于计 入被监测参数的加速/减速和换挡次数。在另一实施例中，其他因素可以计入，例如但不限 于换挡同步、动力传动系震动（powertrain jerk)、功率容量、动力传动系效率、电池充电/ 放电容量、电池充电状态和/或温度。
[0041] 如果没有随后的运行状态存在（例如在档位2(状态98b)上发生故障110,例如图 6所示），则在步骤84,控制器50可以不理会当前运行状态中的理想换挡极限120、真正换 挡极限114和/或真正极限104,以在速度请求限幅器62干预以在102处限制速度/扭矩 之前提供运行范围的轻微增加。
[0042] 图7示出了方法130,其类似于图2提供的方法。方法130通过识别所有运行状态 而开始于步骤132。方法130前进到步骤134,在该处控制器50可以计算（或从存储的查 找表查看）用于每一个状态的各硬件限幅器极限102,以及在步骤136计算状态的真正极限 104。该过程可以循环，直到已经针对每一个状态找到了这些值。
[0043] 在步骤138,控制器50可以确定具体状态是否真正被允许。如果不是，则方法130 可以在140得到结论，即状态还不能被理想地允许。但是，如果控制器50确定状态在138 被真正允许，则其随后可以在142询问是否存在可变换到也真正被允许的状态。如果是，则 在步骤144,邻近的真正换挡极限可以被映射到当前状态，且在步骤146,除了真正换挡极 限可以应用理想极限。如果在142没有状态可被转换到真正被允许的状态，则控制器50可 以在148不理会该具体运行状态的任何已应用的理想或真正极限。在步骤150,控制器可以 随后确定当前运行参数是否在理想极限中，所述理想极限是成功或理想换挡为邻近状态所 需的。如果极限被满足，则在152,邻近状态可以被认为是理想允许的。或者，在140,控制 器50可以得到结论，即状态不是理想允许的。该过程可以针对所有邻近状态和/或状态的 组合循环。最后，被认为是"理想允许的"任何状态可以随后被传递到优化程序64，在其中 最佳状态可以被选择，经由ECM52、HCM54和TCM56而被命令发生，其中其可以用于执行来自 用户的扭矩请求。
[0044] 尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得 知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。目的是上述和 在附图中所示的所有内容应被理解为仅是示例性的而不是限制性的。
【权利要求】
1. 一种管理电气化动力传动系中可用运行状态的方法，其包括： 识别电气化动力传动系的多个运行状态，每一个运行状态代表电气化动力传动系的不 同物理构造，且其中电气化动力传动系配置为以在旋转输出速度下可旋转地驱动车辆车轮 的方式运行； 确定用于多个运行状态每一个的容许硬件运行速度范围，容许硬件运行速度范围通过 第一硬件极限和第二硬件极限限定； 确定用于多个运行状态每一个的真正运行速度范围，真正运行速度范围是容许硬件运 行速度范围的子集，且通过大于第一硬件极限的第一真正极限和小于第二硬件极限的第二 真正极限限定； 确定用于多个运行状态每一个的理想运行速度范围，理想运行速度范围是容许真正运 行速度范围的子集，且通过大于第一真正极限的第一理想极限和小于第二真正极限的第二 理想极限限定； 如果电气化动力传动系的实际输出速度在用于多个运行状态中的一运行状态的理想 运行速度范围内，则将该运行状态指定为理想允许的；和 命令电气化动力传动系在被指定为理想允许的其中一个运行状态中运行。
2. 如权利要求1所述的方法，其中电气化动力传动系包括电动机、变速器和内燃发动 机，其中电动机和内燃发动机联接到变速器的输入轴，且其中车辆车轮联接到变速器的输 出轴，且其中电动机和内燃发动机协作以经由变速器以旋转输出速度驱动车轮； 其中电气化动力传动系进一步包括：发动机控制模块，其配置为控制内燃发动机的操 作；混合动力控制模块，其配置为控制电动机的操作；和变速器控制模块，其配置为控制变 速器的操作；和 其中命令电气化动力传动系在被指定为理想允许的其中一个运行状态中运行包括，将 请求提供到发动机控制模块、混合动力控制模块和变速器控制模块中的至少一个。
3. 如权利要求1所述的方法，如果旋转输出速度在用于各运行状态中任一个的确定硬 件运行速度范围以外，则防止电气化动力传动系在该运行状态下运行。
4. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在多个运行状态的第一运行状态中形成真正 换挡极限，真正换挡极限对应于多个运行状态的第二运行状态的第二真正极限。
5. 如权利要求4所述的方法，其中真正换挡极限在第一运行状态的第一真正极限和第 二真正极限之间，且其中真正换挡极限处于与第二运行状态的第二真正极限相同的旋转输 出速度。
6. 如权利要求5所述的方法，其中第一运行状态中的第二理想极限小于第一运行状态 中的真正换挡极限。
7. 如权利要求1所述的方法，进一步包括检测多个运行状态中至少一个运行状态中的 故障；和从多个识别的运行状态中去除至少一个有故障的运行状态。
8. -种管理电气化动力传动系中可用运行状态的方法，其包括： 识别会存在于电动力传动系中的第一多个运行状态； 识别第一多个运行状态中的正用于以输出速度驱动车辆车轮的第一运行状态； 确定第一多个运行状态中的第二运行状态中的故障，该故障防止第二运行状态用于驱 动车辆车轮； 确定第二运行状态中的故障是否防止第一多个运行状态中的第三运行状态用于驱动 车辆车轮； 识别可用于驱动车辆车轮的第二多个运行状态； 从第二多个运行状态确定第三多个运行状态，其中车辆车轮的输出速度在用于第三多 个运行状态中每一个运行状态的第一输出速度范围以内； 从第三多个运行状态确定第四多个运行状态，其中车辆车轮的输出速度在用于第四多 个运行状态中每一个运行状态的第二输出速度范围以内； 其中通过用于第四多个运行状态的每一个运行状态的第一余裕，第一输出速度范围处 于极端硬件限制的运行范围内；和其中通过用于第四多个运行状态的每一个运行状态的第 二余裕，第二输出速度范围处于第一输出速度范围内；和 如果第四运行状态可用，则将电气化动力传动系从第一运行状态转变到从第四多个运 行状态选择的第四运行状态。
9. 如权利要求8所述的方法，其中车辆车轮的输出速度加速，且其中在输出速度超过 第一运行状态的第二输出速度范围之前发生转变。
10. 如权利要求8所述的方法，进一步包括将来自第四运行状态的换挡极限映射到第 一运行状态，换挡极限在与用于第四运行状态的第二输出速度范围的边界重合的输出速度 下发生。
【文档编号】B60W20/00GK104118426SQ201410171560
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2013年4月26日
【发明者】A.H.希普, K.Y.金, S.V.拉多, J.詹克扎克 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司