用于在车轮打滑事件期间控制混合动力车辆的系统和方法

用于在车轮打滑事件期间控制混合动力车辆的系统和方法
【专利摘要】一种用于在车轮打滑事件期间控制混合动力车辆的系统和方法，所述混合动力车辆具有：变速器，结合到车辆车轮；内燃发动机；行星齿轮组，结合到发动机和差动输出轴以驱动车辆车轮；牵引电动机，通过齿轮结合到差动输出轴和行星齿轮组；发电机，结合到行星齿轮组并电结合到牵引电动机；牵引电池，结合到发电机和牵引电动机；至少一个控制器，与发动机、牵引电动机和发电机通信，所述系统和方法包括：响应于车轮打滑事件将发动机速度限制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速度极限，以防止当车轮打滑事件结束时发电机速度超过相应阈值。
【专利说明】用于在车轮打滑事件期间控制混合动力车辆的系统和方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及在长持续时间的车轮打滑事件期间控制混合动力电动车辆（HEV)以 当恢复牵引力时限制发电机速度。

【背景技术】
[0002] 用于机动车辆的牵引力控制被熟知。牵引力控制可利用各种策略以在车轮打滑事 件期间减少车轮打滑。一种方法利用车辆防抱死制动系统来检测和控制车轮打滑事件。在 一些条件下也可减小发动机扭矩以减少车轮打滑。不同的HEV动力传动系统中的车轮打滑 事件可表明在传统的车辆动力传动系统中未遇到的独特的操作条件。例如，一些HEV动力 传动系统使用单一传动比齿轮布置以将驱动车轮分别连接到主要可作为牵引电动机和发 电机运转的第一电机和第二电机。内燃发动机也可结合到驱动车轮和电机。在这种布置中， 牵引电动机的速度与车轮的速度成比例，发电机的速度与车轮速度及发动机速度成比例。 对于给定车辆速度，当发动机关闭时发电机速度将是最高的。由于车轮速度、发电机速度和 发动机速度之间的关系，而使得牵引电动机使驱动车轮运转的全电驱动模式中的操作可被 限制为与最大期望发电机速度对应的车辆速度（或车轮速度）。
[0003] 车轮打滑事件可由于不同操作条件或策略而发生。例如，粗糙的或光滑的道路条 件，或车辆的激进操作会导致一个或更多个车轮打滑或离开地面长达诸如1至2秒或更长 的延长时间。这导致打滑车轮比持续保持牵引力的车轮更快旋转。当打滑车轮恢复牵引 力时，车轮速度的突然降低会导致一个或更多个连接的动力传动系统组件的速度对应的增 加。


【发明内容】

[0004] 一种用于在车轮打滑事件期间控制混合动力车辆的系统和方法，包括控制器，控 制器在车轮打滑事件期间将发动机速度限制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速 度极限，以防止当车轮打滑事件结束时发电机速度超过相应阈值。
[0005] 在一个实施例中，一种混合动力车辆包括：变速器，结合到车辆车轮；内燃发动 机，可运转以输出扭矩来驱动车辆；行星齿轮组，结合到发动机和差动输出轴以驱动车辆车 轮；牵引电动机；发电机，与行星齿轮组和牵引电动机互相连接；牵引电池，结合到发电机 和牵引电动机；至少一个控制器，与发动机、发电机和牵引电动机通信。控制器被构造为： 在车轮打滑事件期间将发动机速度限制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速度极 限，以防止当车轮打滑事件结束时发电机速度超过相应阈值。
[0006] 实施例可包括一种用于控制混合动力车辆的方法，该混合动力车辆具有结合到车 辆车轮的发动机、电动机和发电机，该方法包括：在车轮打滑事件期间将发动机速度限定为 基于电动机速度和发电机速度的发动机速度极限，以当车轮打滑事件结束时限制发电机速 度。在本实施例中，该方法可包含控制器，该控制器被构造为：当车轮打滑事件被检测时或 当车轮打滑事件超过预定时间的持续时间时，将发动机速度限制为最大发动机运转速度和 基于发电机速度的发动机速度极限中较低的一个。控制器也可被构造为基于齿轮传动比和 进行牵引的车辆车轮的角速度而检测车轮打滑事件，该齿轮传动比通过电动机和差动输出 轴的输入而被确定。
[0007] 在一个实施例中，所述系统和方法可在车轮打滑事件的持续时间内将发动机速度 限制为可调节的定值。车轮打滑事件可响应于至少一个车轮的角速度比一个或更多个其 它车轮的角速度超出预定量或值而被检测或触发。相似地，车轮打滑事件可响应于两个车 轮之间的角速度的差超过相应阈值而被检测或触发。车轮打滑事件也可基于来自诸如防抱 死制动系统或牵引力控制系统的车辆子系统的消息或信号而被开启或触发。在各种实施例 中，发动机速度仅在车轮打滑事件超过对应时间的持续时间之后才被限制。
[0008] 实施例包括一种用于控制混合动力车辆的系统或方法，该混合动力车辆具有：车 辆车轮，通过齿轮一直结合到牵引电动机；发电机；发动机，响应于车轮打滑事件将发动机 速度限制为与最大发电机速度对应的值，所述最大发电机速度基于在车轮打滑事件的结 束，当车轮恢复牵引力时预期的车轮速度。发动机速度可响应于电动机的角加速度超过相 应阈值或响应于基于牵引电动机速度确定的车辆速度而被限制。牵引电动机速度可基于多 个车轮速度而被确定。发动机速度可响应于长持续时间的车轮打滑事件而被限制为最大发 动机运转速度和基于发电机速度的发动机运转速度中较低的一个。在车轮打滑事件被检测 之后，控制器可在车轮打滑事件的持续时间内将发动机速度限制设定为可调节的定值。车 轮打滑事件可响应于来自诸如防抱死制动系统或牵引力控制系统的车辆子系统的信号或 消息而被检测或触发。
[0009] 根据本公开的实施例可提供各种优势。例如，在车轮打滑事件期间各种实施例将 发动机速度限制为可调节的定值，以当车轮打滑事件结束时将发电机速度限制为相应阈 值。当车轮打滑事件结束时减小或防止发电机速度超过相应阈值，可减小噪音、振动和粗糙 度（NVH)并提高各种系统组件的耐用性，使得车辆驾驶性能和用户满意度整体提高。
[0010] 根据本发明的一方面，一种混合动力车辆，包括结合到车辆车轮的发动机、电动机 和发电机，所述混合动力车辆包括：控制器，被构造为在车轮打滑事件期间将发动机速度限 制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速度极限，以当车轮打滑事件结束时将发电机 速度限制为相应阈值。
[0011] 根据本发明的一个实施例，该控制器被构造为响应于车轮打滑事件的持续时间超 过时间阈值，将发动机速度限制为基于发电机的发动机速度极限，所述基于发电机的发动 机速度极限与基于在车轮打滑事件结束之后预期的车轮速度的最大发电机速度对应。
[0012] 根据本发明的一个实施例，该控制器被构造为在车轮打滑事件期间，将发动机速 度限制为可调节的定值。
[0013] 根据本发明的一个实施例，该控制器被构造为响应于车轮打滑事件，基于齿轮传 动比和至少一个非打滑车辆车轮的角速度而限制发动机速度，该齿轮传动比由差动输出轴 速度和电动机速度确定。
[0014] 根据本发明的一个实施例，该控制器被构造为基于车轮打滑事件，响应于第一车 辆车轮的角速度比第二车辆车轮的角速度超出相应阈值而限制发动机速度。
[0015] 根据本发明的一个实施例，该控制器被构造为响应于电动机的角加速度超过相应 阈值，将发动机速度限制为基于发电机的发动机速度极限。
[0016] 根据本发明的一个实施例，该控制器响应于车辆速度而限制发动机速度，其中，车 辆速度基于电动机速度而计算。
[0017] 根据本发明的一方面，一种混合动力车辆，具有结合到车辆车轮的变速器，所述 混合动力车辆包括：内燃发动机；行星齿轮组，结合到发动机和差动输出轴，以驱动车辆车 轮；牵引电动机，通过齿轮结合到差动输出轴和行星齿轮组；发电机，结合到行星齿轮组， 并且电结合到牵引电动机；牵引电池，结合到发电机和牵引电动机；至少一个控制器，与发 动机、牵引电动机和发电机通信，被构造为响应于车轮打滑事件将发动机速度限制为基于 电动机速度和发电机速度的发动机速度极限，以防止当车轮打滑事件结束时发电机速度超 过相应阈值。
[0018] 根据本发明的一个实施例，该至少一个控制器被构造为响应于车轮打滑事件超过 对应时间的持续时间而限制发动机速度。
[0019] 根据本发明的一个实施例，该至少一个控制器被构造为响应于在预定时间段内， 两个车辆车轮的角速度的差超过相应阈值而限制发动机速度。
[0020] 根据本发明的一个实施例，该至少一个控制器被构造为将发动机速度限制为基于 发电机速度的发动机速度和最大运转发动机速度极限中较低的一个，所述基于发电机速度 的发动机速度与车轮打滑事件之后的车轮速度关联的发电机速度对应。
[0021] 通过下面结合附图对优选的实施例进行详细的描述，上述优点和其它优点和特点 将显而易见。

【专利附图】

【附图说明】
[0022] 图1是示出在具有动力传动系统构造（有时被称为动力分流式构造）的混合动力 电动车辆中，用于限制或控制发动机速度的系统或方法的示例性实施例的操作的框图；
[0023] 图2是示出根据本公开的实施例的用于控制混合动力电动车辆的系统或方法的 操作的简化流程图；
[0024] 图3是描述根据本公开的实施例的用于控制混合动力电动车辆的系统或方法的 操作的更详细的流程图。

【具体实施方式】
[0025] 根据需要，在此公开了详细的实施例；然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是 示例性的，并且要求保护的主题可以以各种和可选的形式实施。应该意识到这些实施例示 出和描述了要求保护的主题的所有可能形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语 而非限制，并且应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可作出各种改变。
[0026] 本领域的普通技术人员将理解，如参照任何一个附图描述和示出的各种特征可与 在一个或更多个其它附图中示出的特征相结合，以形成本公开未明确示出或描述的实施 例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的 特征的各种组合和变型可期望用于特定应用或实施。
[0027] 本公开认识到，在混合动力车辆中与一个或更多个车轮打滑关联的特定运转条件 可能导致当车轮打滑事件结束时发电机速度的不期望的增加，尤其对于具有通过齿轮布置 一直将车轮结合到发动机、电动机和发电机的混合动力车辆。在代表性构造的车辆测试期 间，在延长的车轮打滑事件之后当车辆恢复牵引力时发电机速度超过期望最大速度。例如， 在限制操作测试策略期间，前轮胎中的一个离开地面长达多于1至2秒的延长的持续时间。 这导致了前车轮比其它车轮更快旋转。当自由转动的轮胎与地面重新相接时，发电机速度 增加而超过期望最大速度。本公开认识到，这种情形可归因于与检测的由于打滑车轮使车 辆速度增加关联的发动机速度增加。当牵引力恢复时，发动机惯性防止发动机速度足够快 速地减小以适应测量的车轮/车辆速度的突变。这样，发电机速度快速增加并且可超过期 望最大发电机速度。过高的发电机速度可降低发电机或其它车辆组件的耐用性。
[0028] 根据本公开的实施例响应于车轮打滑事件超过可校准的持续时间（诸如1至2 秒）而限制发动机速度，使得在当车轮恢复牵引力时导致的发电机速度的突然增加，会减 少或防止发电机速度超过期望最大速度。
[0029] 现在参照图1，具有动力分流式变速器系统16的车辆10的框图示出了，根据本公 开的用于在车轮打滑事件期间控制混合动力车辆以保持发电机速度低于期望最大速度的 方法或系统的代表性实施例的操作。系统10包括发动机12、变速器16和高压牵引电池20。 行星齿轮组24通过多个齿轮32将发动机12和发电机26结合到电动机28,以将扭矩传递 到车辆车轮40。由发动机12和/或电动机28产生的扭矩通过扭矩轴36传递到差动输出 轴38,以驱动车辆车轮40。
[0030] 如图1中所示，发动机12机械式地结合到行星齿轮组24,行星齿轮组24也结合到 多个齿轮32和发电机26。发电机26与电动机28电连通。在本实施例中由驱动桥控制模 块（TCM) 42实施的控制器被连接到牵引电池20并控制电动机28和发电机26的运转。此 夕卜，牵引电池20结合到发电机26和牵引电动机28并将电力提供到动力传动系统控制模块 (PCM) 44中的车辆系统控制器（VSC) 46。VSC 46与TCM 42和发动机控制器50通信。VSC46 和TCM 42被构造为将组件速度保持在组件的操作极限内。发动机控制器50被构造为控制 发动机12的运转。尽管示出为分开的控制器，但是由图1中示出的任何一个控制器所执行 的各种控制功能可根据具体应用和实施方式通过一个或更多个其它控制器而执行。相似 地，控制功能可整合在单个控制器中。
[0031] 例如，在图1中示出的诸如TCM 42、PCM 44、VSC 46和发动机控制器50的控制器， 通常包括与非暂时性计算机可读存储介质或装置通信的微处理器，该非暂时性计算机可读 存储介质或装置包括易失性、持续性和/或永久性存储装置，诸如随机存取存储器（RAM)或 不失效记忆体（KAM)。计算机可读存储介质可利用一些熟知的存储装置中的任何存储装置 而实施，这样的存储装置诸如PROM(可编程只读存储器）、EPR0M(电可编程只读存储器）、 EEPR0M(电可擦除可编程只读存储器）、闪存存储器、或能够存储数据的任何其它电的、磁 性的、光学的或其组合的存储装置，而所述数据中的一些数据代表由微处理器使用以直接 或间接控制发动机12、发电机26和电动机28的可执行命令。例如，各种控制器可利用诸如 控制器区域网络（CAN)协议的标准通信协议彼此通信。一个或更多个控制器可与测量或检 测各种车辆和/或周围环境操作条件的关联传感器直接或间接地通信。车辆10可包括与 对应车轮40关联的一个或更多个车轮速度传感器以检测或测量关联车轮的角速度或加速 度。车轮速度传感器可与关联的防抱死制动系统（ABS)或牵引力控制系统（TCS)通信。如 参照图2和图3更详细地描述的，车轮打滑事件可基于与其它车轮的速度相关的单独的车 轮的速度而确定，或可通过诸如ABS或TCS控制器的子系统控制器而确定，并直接或间接地 通信到TCM 42、PCM 44、VSC 46和/或发动机控制器50。
[0032] 如关于图2更详细地描述的，提供到发动机12以控制并限制发动机12的速度的 控制信号可由VSC 46或另一控制器确定或通过VSC 46或另一控制器通信。例如，VSC 46 可被构造为将控制信号输出到发动机控制器50,发动机控制器50将发动机速度限制为对 应的发动机速度极限。换句话说，任何控制器可被构造为在车轮打滑事件期间将发动机速 度限制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速度极限，以防止当车轮打滑事件结束时 发电机速度超过相应阈值。
[0033] 关于图2,流程图描述了用于控制具有动力传动系统（动力传动系统包括结合到 车辆车轮40的发动机12、电动机28以及发电机26)的HEV的系统和方法，所述系统和方法 包括在车轮打滑事件期间将发动机速度限制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速 度极限，以防止当车轮打滑事件结束时发电机速度超过相应阈值。由处理器、处理电路或其 它控制电路执行的控制逻辑或功能是由图2和图3的流程图或相似示意图所代表。这些图 提供用于可利用一个或更多个处理策略（诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等）而 实施的系统或方法的代表性的控制策略和/或逻辑。这样，示出的各种步骤或功能可按照 示出的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。尽管没有一直明确地示出，但是本领域 普通技术人员将认识到，示出的步骤或功能中的一个或更多个可根据使用的特定处理策略 而重复执行。相似地，处理的顺序不是必须要求以实现描述的特征和优点，但是为了便于说 明和描述而提供处理的顺序。控制逻辑可主要在通过基于微处理器的控制器执行的软件中 实施。当然，控制逻辑可根据特定应用在一个或更多个控制器或处理器中的软件、硬件或软 件与硬件的组合中实施。当在软件中实施时，控制逻辑可设置在一个或更多个非暂时性计 算机可读存储装置或介质中，这样的非暂时性计算机可读存储装置或介质存储了代表由计 算机执行的代码或命令的数据。
[0034] 当至少部分地利用牵引电池通过电动机驱动车辆时，各种现有技术的混合动力车 辆控制策略使发动机速度随着车辆速度增加而增加，以当车辆速度接近仅使用牵引电动机 操作的极限时提供期望的车辆性能。在车轮打滑事件期间，由于在总的车辆速度增加时车 轮打滑，导致控制系统可能错误地判断电动机速度的增加。如果车轮打滑事件的持续时间 足够长，那么控制系统可通过增加发动机速度而响应于车辆速度的明显增加，以实现更好 的性能和加速度。由于发动机的惯性，导致当车轮打滑事件由于车轮恢复牵引力而结束时， 发动机速度可能不能够足够快速地减小，这可导致发电机速度超过期望最大速度。这样，根 据本公开的实施例在车轮打滑事件期间限制发动机速度，使得发电机速度在车轮打滑事件 结束时保持在期望最大速度之下。
[0035] 对于在图1的框图中示出的动力传动系统构造，驱动桥的运动通常可被表示为：
[0036] ? generat〇r = ki ω engine+k2 ω m〇t〇r (I)
[0037] 其中，表示发电机的角速度，表示发动机的角速度，表示电 动机的角速度A1和k 2是与多个啮合的齿轮32和行星齿轮组24关联的齿轮传动比。电动 机的角速度可被表示为：
[0038]

【权利要求】
1. 一种用于控制混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆具有动力传动系统，所述动 力传动系包括结合到车辆车轮的发动机、电动机和发电机，所述方法包括： 在车轮打滑事件期间将发动机速度限制为基于电动机速度和发电机速度的发动机速 度极限，以防止在车轮打滑事件结束时发电机速度超过相应阈值。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于车轮打滑事件超过预定持续时间， 所述发动机速度极限被设定为最大发动机运转速度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在车轮打滑事件的持续时间内，所述发动 机速度极限被设定为可调节的定值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机速度极限基于齿轮传动比和 非打滑车辆车轮的角速度，所述齿轮传动比由电动机和差动输出轴的输入确定。
5. 根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：基于车轮打滑事件，响应于第一车轮 的角速度比第二车轮的角速度超出预定值，限制发动机速度。
6. 根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：基于车轮打滑事件，响应于电动机的 角加速度超过相应阈值，限制发动机速度。
7. 根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：响应于车辆速度和电动机速度，控制 发动机速度。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电动机速度基于多个车轮速度。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，限制发动机速度包括将发动机速度限制 为基于发电机的最大发动机速度极限和最大发动机运转速度中较低的一个，所述基于发电 机的最大发动机速度极限与对应于非打滑车轮速度的发电机速度相关联。
【文档编号】B60W20/00GK104417525SQ201410395267
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】大窪俊介, 乔纳森·安德鲁·布彻, 沙雷斯·斯坎特·柯扎雷卡尔 申请人:福特全球技术公司