用于并行混合动力系统中变速器档位选择的方法及设备与流程

本公开涉及混合动力系统以及与其相关的变速器档位选择。

背景技术：

混合动力系统可采用被设置成与扭矩机形成并行结构以产生用于车辆推进的牵引动力的内燃机和变速器。用于操作变速器的优选档位级别的选择可能会受到从扭矩机输出的功率的影响。

技术实现要素：

描述了一种混合动力系统，其包括被设置成与非燃烧式扭矩机形成并行结构以将牵引动力传递至车辆的动力传动系统的内燃机和变速器。控制混合动力系统的方法包括监测车辆速度和加速器踏板位置，以及基于上述车辆速度和加速器踏板位置确定牵引动力命令。确定从扭矩机输入至动力传动系统的电机功率，基于牵引动力命令确定了调整后发动机功率命令，且确定扭矩机输出的电机功率。基于调整后发动机功率命令和车辆速度确定调整后加速器踏板位置，且基于调整后加速器踏板位置和车辆速度确定优选变速器状态。变速器被控制至该优选变速器状态。

从以下结合附图对实施所附权利要求书中所限定的本教导的一些最佳方式和其他实施例进行的详细描述中，将很容易了解到本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点。

附图说明

现将参照附图以示例的方式对一个或多个实施例进行描述，其中：

图1示意性地示出了根据本公开的包括联接至动力传动系统并由控制系统进行控制的并行混合动力系统的车辆；

图2示意性地示出了根据本公开的用于控制参照图1进行描述的动力系统的实施例以确定优选变速器档位的控制例程；

图3-1图解地示出了根据本公开的踏板图的一个实施例，其中，当所有的牵引动力都源自发动机时，上述踏板图包括被绘制成与车辆速度和加速器踏板位置相关的初始发动机功率输出值；

图3-2图解地示出了根据本公开的逆向踏板图的一部分的一个实施例，其中该逆向踏板图包括被绘制成与车辆速度和发动机功率输出相关的多个加速器踏板位置值；以及

图3-3图解地示出了根据本公开的包括与车辆速度相关的多个加速器踏板位置值的变速器换挡图的一个实施例。

具体实施方式

现参照附图，其中显示仅仅是为了说明某些示例性实施例，而不是为了限制这些示例性实施例。图1示意性地示出了包括联接至动力传动系统60并由控制系统10进行控制的并行混合动力系统20的车辆100。在整个说明书中，相同的数字指代相同的元件。动力系统20包括多个扭矩产生装置，其包括被设置成形成并行结构以经由动力传动系统60将扭矩传递至第一驱动轮66并经由第二结构将扭矩传递至第二驱动轮68的内燃机(发动机)40、第一非燃烧式扭矩机36以及(在一个实施例中)第二非燃烧式扭矩机34。在一个实施例中，第一驱动轮66可包括前车轮，第二驱动轮68可包括后车轮。

参照图1示出的动力系统20的实施例包括发动机40的曲轴44，其在第一端上可旋转地联接至变速器48。在一个实施例中，曲轴44的第二端可以经由合适的齿轮机构43可旋转地联接至第二扭矩机34，其中该齿轮机构可为链条、皮带或啮合齿轮。变速器48的输出构件49可经由可控离合器52的致动联接至齿轮系50的旋转构件，其中该齿轮系包括至少两个啮合接合的齿轮。齿轮系50的输出构件62可旋转地联接至动力传动系统60。在一个实施例中，第一扭矩机36经由第二齿轮系和轮轴联接至第二驱动轮68。可选地，第二扭矩机34可以可旋转地联接至变速器48的输入构件。可选地，第二扭矩机34可以可旋转地联接至变速器48的中间构件。

内燃机40和第二扭矩机34联接至齿轮系50，并可被控制来产生可以就输出扭矩和转速而言进行描述的牵引动力。牵引动力被传递至动力传动系统60以推进车辆100。可在本公开的范围内采用动力系统的其他实施例，其中所述其他实施例包括被设置成与至少一个扭矩机并行以产生牵引动力的内燃机。通过定义的方式，‘输出扭矩’指代正(牵引)扭矩和负(制动)扭矩两者，这两种扭矩可由动力系统20产生，并可传递至输出构件62。通过非限制性示例的方式，车辆100可包括载客车辆、轻型或重型卡车、多用途车辆、农用车辆、工业/仓库车辆或休闲越野车辆。

动力系统20包括内燃机40，第一扭矩机36和第二扭矩机34产生输出扭矩，该输出扭矩经由动力传动系统60传递至第一驱动轮66和第二驱动轮68以产生推进扭矩。内燃机40的曲轴44经由扭矩转换器46联接至变速器48，且其输出构件49可旋转地联接至齿轮系50的齿轮。齿轮系50可为任何合适的齿轮机构。

发动机40优选地为多缸内燃机，其通过热力燃烧过程将燃料转换成机械扭矩。发动机40配备有多个致动器和感测装置，其用于监测操作和输送燃料来形成产生膨胀力的缸内燃烧充量，其中该膨胀力经由活塞和连杆传递至曲轴44以产生扭矩。发动机40的操作由发动机控制器(ecm)45进行控制。

变速器48可为任何合适的变速器装置，其用于在扭矩产生装置(例如，发动机40)与输出构件49之间传递扭矩。变速器48可被命令至多个档位级别中的一个，包括，例如，泊车档、倒车档、空档和前进挡。在一个实施例中，变速器40为包括多个可啮合齿轮和可选择性致动的离合器的多级档位变速器，其中该多个可啮合齿轮和可选择性致动的离合器被配置成在多个固定齿轮比之一中、将内燃机40所产生的扭矩传递至输出构件49。固定齿轮比可以是自动选择的，或其可由操作员选择。可选地，变速器48可为采用变换器的无级变速器(cvt)，该变换器可控制至输出速度与输入速度的速度比，其中该速度比在预定的操作范围内是无限可变的。cvt是公知的，因此不在本文对其进行更详细的描述。变速器48可包括机械驱动的液压泵、液压回路、离合器组件和其他扭矩传递元件，通过非限制性示例的方式，上述扭矩传递元件包括行星齿轮组、离合器、制动器等。变速器控制器(tcm)57监测各种旋转构件的转速，并控制各种可控部件的操作，这些可控部件包括变速器48的离合器以及扭矩转换器46的扭矩转换器离合器。tcm57包括响应于操作条件而将变速器48控制至优选状态的可执行代码。当变速器48为级档位变速器时，该优选状态可为选择的变速器档位和相关联的齿轮比。当变速器48为cvt时，该优选状态可为选择的变速器速度比。

第一扭矩机36可为任何合适的非燃烧式扭矩机，而且，在一个实施例中，该第一扭矩机是高压多相电动机/发电机，如图所示。第一扭矩机36包括转子和定子，并经由第一逆变器电路35和高压dc总线29电连接至高压dc电源(电池)25。通过非限制性示例的方式，其他扭矩机可包括气体驱动扭矩机或液压驱动扭矩机。气体驱动扭矩机和液压驱动扭矩机是本领域技术人员所熟知的，因此不在本文对其进行详细的描述。第一扭矩机36被配置成将所存储的电能转换成机械动力，并将机械动力转换成可存储在电池25中的电能。电池25可为但不限于任何高压dc电源，例如，多单元锂离子装置、超级电容器或另一合适装置。在一个实施例中，电池25可经由车载电池充电器24电连接至远程车辆外电源，以在车辆100静止的同时进行充电。电池25经由高压dc总线29电连接至第一逆变器模块35。

第一逆变器模块35配置有合适的控制电路，包括功率晶体管，例如，用于将高压dc电力转化为高压ac电力以及将高压ac电力转化为高压dc电力的igbt。第一逆变器模块35被控制来响应于控制系统10中产生的控制信号而将高压dc电力传递至第一扭矩机36。第一逆变器模块35优选地采用脉冲宽度调制(pwm)控制件来将高压电池25中产生的存储dc电力转换成ac电力，以驱动第一扭矩机36来产生扭矩。同样，第一逆变器模块35将传递至第一扭矩机36的机械动力转换成dc电力，以产生可存储在电池25中的电能，包括作为再生电力控制策略的一部分。第一逆变器模块35被配置成接收电机控制命令，并控制逆变器状态来提供电机驱动和再生制动功能。

第二扭矩机34和第二逆变器模块33可分别为类似于第一扭矩机36和第一逆变器模块35的装置，尽管它们可在不同的扭矩和额定功率下具有合适的尺寸。

在一个实施例中，dc/dc电力转换器23电连接至低压总线28和低压电池27，并电连接至高压dc总线29。此类电力连接是公知的，因此不对其进行详细的描述。低压电池27电连接至辅助电力系统26，以将低压电力提供给车辆上的低压系统，这些低压系统包括，例如，电动车窗、hvac风扇、座椅和低压螺线管致动的电动起动器。

在一个实施例中，动力传动系统60可包括机械联接至轮轴、驱动桥或半轴64的差速齿轮装置65，其中该轮轴、驱动桥或半轴64机械联接至与路面相互作用的第一车轮66。动力传动系统60将齿轮系50与第一驱动轮66之间的推进扭矩传递至路面。

车辆100的操作员界面14包括通过信号连接至多个人机接口装置的控制器，车辆操作员通过该多个人机接口装置命令车辆100的操作。人机接口装置包括，例如，加速器踏板15、制动器踏板16和变速器级别选择器17。其他人机接口装置优选地包括使操作员能够转动并启动发动机40的点火开关、方向盘和前灯开关。加速器踏板15提供指示加速器踏板位置(pps)的信号输入，制动器踏板16提供指示制动器踏板位置(bps)的信号输入。变速器级别选择器17提供指示车辆的操作员意图动作(prndl)的方向的信号输入，其包括离散数量的操作员可选位置，这些操作员可选位置指示输出构件62在前进方向、倒车方向或空挡中的优选旋转方向。输出速度传感器61被采用来监测输出构件62的转速，且其可为任何合适的装置，例如，霍耳效应传感器。输出速度传感器61所输出的信号可被采用来确定驱动轮66的转速，并由此基于该转速确定车辆速度。

控制系统10包括通过信号连接至操作员界面14的控制器12。为了便于说明，控制器12被示出为单个装置，但其可由多个与动力系统20的单独元件定位在同一位置的离散装置组成，以响应于操作员命令和动力系统命令而实施动力系统20的单独元件的操作控制。控制器12还可包括提供其他控制装置的分级控制的控制装置。控制器12直接或经由通信总线18通信地连接至高压电池25、第一逆变器模块35、ecm45和tcm57中的每一个，以监测和控制它们的操作。

控制器12命令动力系统20的操作，包括在多个操作模式中的一个下选择和命令操作，以响应于牵引动力命令、发动机功率命令和电机功率命令而在扭矩产生装置(例如，发动机40)、第一扭矩机36、第二扭矩机34(在采用的情况下)以及第一和第二驱动轮66、68之间产生并传递扭矩。

术语“控制器”、“控制模块”、“模块”、“控制件”、“控制单元”、“处理器”及类似术语指代专用集成电路(asic)、电子电路、中央处理单元(例如，微处理器)和相关联的以存储器和存储装置的形式存在的非瞬变存储器部件(只读、可编程只读、随机存取、硬驱动等)中的任一个或各种组合。非瞬变存储器部件能够存储以一个或多个软件或固件程序或例程、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、信号调制和缓冲电路及其他可由一个或多个处理器访问以提供所述功能的部件的形式存在的机器可读指令。输入/输出电路和装置包括模拟/数字转换器以及监测来自传感器的输入的相关装置，其中，以预设的采样频率监测此类输入，或响应于触发事件而监测此类输入。软件、固件、程序、指令、控制例程、代码、算法和类似术语是指任何包括刻度和查找表的控制器可执行指令组。各控制器执行控制例程来提供所需功能，包括监测来自感测装置和其他联网控制器的输入，以及执行控制和诊断指令来控制致动器的操作。例程可以以规律的时间间隔进行执行，例如，在不停的操作期间，每100微秒执行一次。可选地，可响应于触发事件的发生而执行例程。可利用直接的有线点对点链路、联网通信总线链路(例如，总线18)、无线链路或任何其他合适的通信链路来实现控制器之间的通信以及控制器、致动器和/或传感器之间的通信。通信包括交换以任何合适的形式存在的数据信号，包括，例如，经由传导介质的电信号、经由空气的电磁信号、经由光波导的光信号等。数据信号可包括表示来自传感器的输入、致动器命令和控制器之间的通信的离散模拟或数字模拟信号。术语“信号”指代任何物理上可识别的传送信息的指示符，且其可为任何合适的能够传播穿过介质的波形(例如，电、光、磁、机械或电磁)，例如，dc、ac、正弦波、三角形波、方波、振动等。术语‘模型’指代基于处理器或处理器可执行的代码以及模拟装置或物理过程的物理存在的相关联刻度。

图2示意性地示出了用于控制参照图1进行描述的动力系统100的实施例以选择优选变速器档位132的控制例程101，且变速器48被命令在该优选变速器档位132下进行操作。本领域技术人员理解的是，本文所描述的概念可有利地使用在各种包括内燃机和变速器的并行混合动力系统上，上述内燃机和变速器被设置成与非燃烧式扭矩机形成并行结构，以产生牵引动力并将其传递至动力传动系统，以用于车辆推进。定期监测的参数包括车辆速度(vss)102、输入至加速器踏板的操作员输入(其优选地以加速器踏板位置(pps)104的形式存在)以及从第一扭矩机36输入的电机功率106。可估计、监测或以其他方式确定电机功率106。如本领域技术人员所理解的，由于扭矩机的响应操作，电机功率106既表示获得的电机功率，也表示命令的电机功率。

电机功率106可与将第一和/或第二扭矩机36、34作为扭矩电机进行操作以向齿轮系50提供正电机功率(即放电)相关联，这会响应于加速命令而增加来自动力系统100的牵引动力。电机功率106可与将第一扭矩机36或第二扭矩机34作为发电机进行操作以向齿轮系50提供负电机功率(即充电)相关联，其中负电机功率被采用来产生可存储在电池25中的电力。可响应于增加电池25的荷电状态(soc)的需求或减速命令(例如，滑行或制动)而命令负电机功率(即充电)。如此，负电机功率可与增加的再生制动力和来自动力系统100的减少的牵引动力相关联。从动力系统100到动力传动系统60的牵引动力命令112基于vss102和pps104进行确定，其中动力由发动机40或第一扭矩机36或这两者贡献。当电池25的soc大于上限阈值soc时，控制器12可选择采用第一扭矩机36来贡献额外的牵引动力，以减小soc。不论车辆速度和总牵引动力如何，当电池25的soc小于下限阈值soc时，控制器12可选择采用第一扭矩机36来产生额外的电能，以增大soc。

vss102和pps104被周期性地提供至踏板图110，以确定牵引动力命令112。牵引动力命令112可被采用来确定初始发动机功率命令。当所有的牵引动力都源自发动机40，且从第一扭矩机36输入的电机功率106为零时，上述初始发动机功率命令是响应于vss102和pps104而对动力系统100进行操作时所需的发动机功率的量值。如本领域技术人员所理解的，包括初始发动机功率命令的发动机功率输出值反而可被称为扭矩命令、节气门命令或另一合适的相关术语。

图3-1图解地示出了参照图2进行描述的踏板图110的一个实施例，并包括操作动力系统100的实施例所需的初始发动机功率输出值，其中，当所有的牵引动力都源自发动机40时，上述初始发动机功率输出值被绘制成与示出在横轴上的车辆速度(vss)304(单位为千米/时(kph))和示出在纵轴上的加速器踏板位置(app)302(以全开节气门值的百分比(％)表示)相关。示出了多条iso-发动机功率输出线306，其包括值为0kw、20kw、40kw等的发动机功率量值。踏板图110被有利地采用来确定初始发动机功率输出的量值，其中，可响应于vss304的量值以及app302的量值而命令上述量值。可在动力系统开发期间确定踏板图110，且该踏板图可被简化来作为初始发动机功率输出的阵列进行实施，其中该阵列存储在非易失性存储器装置中，并可基于vss304和app302进行搜索。出于说明的目的，示出了示例性操作点310，其包括约为65kw的发动机操作点，其中该发动机操作点与值为60kph的vss和值为30％的app相关联。踏板图对于动力系统的实施例而言是特定的，且与它们的制定和实施相关的过程是本领域技术人员所熟知的。

再次参考参照图2进行描述的控制例程101，通过差值运算子114使牵引动力命令112减去从第一扭矩机36输入的电机功率106的量值，得以确定调整后发动机功率命令116。

调整后发动机功率命令116和vss102被提供至逆向踏板图120，以确定调整后加速器踏板位置(pps*)122。图3-2图解地示出了参照图2进行描述的逆向踏板图120的一部分的一个实施例。逆向踏板图120包括多个app值，其中该多个app值以用于动力系统100的发动机20的实施例的全开节气门值的百分比(％)表示。app值被绘制成与示出在横轴上的车辆速度(vss)304(单位为千米/时(kph))和示出在纵轴上的发动机功率输出306(单位为千瓦)相关。示出了多条iso-app线302，其包括值为20％、25％、30％等的app值。逆向踏板图120被有利地采用来确定app302的量值，其中该量值与vss304的量值和发动机功率输出306的量值相关联。逆向踏板图120是踏板图110的倒转形式，其是基于在选择的车辆速度下发动机功率与app之间的1:1关系进行制订的。因此，踏板图110可在各车辆速度下倒转来获得逆向踏板图120。出于说明的目的，示出了第二示例性操作点320，其包括值为25％的app，其中该app与约为45kw的发动机操作点和值为60kph的vss相关联。当约为65kw的示例性操作点310包括20kw的电机功率贡献时，第二示例性操作点320表示pps*122的量值。

再次参考参照图2进行描述的控制例程101，pps*122和vss102被提供至变速器换挡图130以确定优选变速器档位132，且变速器48被命令在该优选变速器档位132下进行操作。图3-3图解地示出了参照图2进行描述的变速器换挡图130的一个实施例，并包括多个app值(以用于动力系统100的实施例的全开节气门值的百分比(％)表示)，其中该多个app值示出在纵轴302上，与示出在横轴304上的车辆速度(vss)(单位为千米/时(kph))相关。示出了多个升档点330和多个降档点340。在约为65kw的示例性操作点310包括20kw的电机功率贡献的情况下，即在发动机操作点为45kw且车辆速度vss为60kph的情况下，第三示例性操作点325表示与用于pps*122的量值的第二示例性操作点320相关联的优选变速器档位。变速器换档图对于动力系统的实施例而言是特定的，且与它们的制定和实施相关的过程是本领域技术人员所熟知的。

再次参考参照图2进行描述的控制例程101，第二示例性操作点210表示调整后加速器踏板位置(pps*)122，其为与在第一扭矩机36对动力传动系统扭矩产生贡献时操作内燃机20相关联的app的量值。实施了动力系统20的操作，该操作包括将变速器48控制至如本文所述进行选择的优选变速器档位132，以及响应于调整后加速器踏板位置(pps*)122而控制内燃机。

本文所述的概念有助于优化用于并行混合动力系统结构的档位状态的选择，其中该并行混合动力系统结构采用与非混合动力系统结构相同的换挡规律和踏板图。这降低了开发工作量，并在维持驾驶性能的同时，在对控制例程进行最小的改变的情况下实现了燃料经济性操作的优化。

流程图和流程示意图中的框图根据本公开的各种实施例示出了系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的结构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的各框可表示代码模块、代码片段或代码部分，其包括一个或多个用于实施指定逻辑功能的可执行指令。还将值得注意的是，框图和/或流程图的各框以及框图和/或流程图中的框的组合可通过基于专用硬件的系统或专用硬件和计算机指令的组合进行实施，其中这些系统执行指定的功能或动作。这些计算机程序指令还可存储在计算机可读介质中，它们可引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式运行，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括指令部件的制造产品，其中这些指令部件实施流程图和/或框图的框中所指定的功能/动作。

如在本说明书和权利要求书中使用的，当与一个或多个部件或其他项的列表结合使用时，术语“例如”、“比如”、“诸如”和“像”以及动词“包括”、“具有”、“包含”及其其他动词形式全部都应被理解为是开放式的，即该列表不应被理解为排除其他的额外部件或项。其他术语采用其最广泛的合理含义来进行解释，除非其用于要求不同解释的上下文中。此外，在阅读权利要求书时，本公开的意图在于，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一部分”之类的词语时，除非在权利要求中具体地规定与此相反，否则这些词语的目的不是要将权利要求限制于仅仅一个项。当使用语句“至少一部分”和/或“一部分”时，除非具体地规定与此相反，否则该项可包括一部分和/或整个项。

详细描述和附图或图支持并描述本教导，但是本教导的范围仅由权利要求书限定。虽然已详细描述了用于实施本教导的一些最佳方式和其他实施例，但是存在有各种用于实践所附权利要求书中限定的本教导的可选设计和实施例。