混合动力车辆及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种混合动力车辆及其控制方法，本发明更具体涉及一种在地形模式下管理电池的充电状态(soc)的混合动力车辆及其控制方法。


背景技术：

2.近年来，考虑到各种使用方面，消费者对运动型多功能车(suv)表现出高度偏好。地形模式(terrain mode)作为suv的主要功能之一，可通过在诸如沙地、泥地、雪地等越野行驶中适当地分配驱动力而实现适当的行驶。另一方面，当suv以混合动力模式运行时，与汽油车或柴油车不同，电池的性能会基于充电状态而受到影响。因此，当混合动力车辆以地形模式行驶时，需要与一般道路不同地处理电池的soc。


技术实现要素：

3.本发明的一个方面提供一种能够在地形模式下优化电池soc的混合动力车辆及其控制方法。根据本发明的一个方面，一种使用发动机和电动机作为动力源的混合动力车辆，包括：输入端，被配置成接收用户对地形模式的选择；混合起动发电机(hsg)，连接到发动机以用作起动电动机以起动发动机，并且被配置成在发动机起动时用作执行怠速充电的发电机；电池，电连接到hsg；以及控制器，被配置成：通过起动发动机，利用hsg在电池的soc小于或等于第一soc时执行怠速充电，控制器可被配置成：当进入地形模式时，控制器基于大于第一soc的第二soc，调节电池的soc以执行怠速充电。
4.控制器被配置成：当进入地形模式时，调节电池的soc以维持在第二soc。混合动力车辆，还包括：加速踏板检测器，被配置成：检测加速踏板的位移量，并且将加速踏板的位移量传输至控制器，控制器被配置成：当未检测到位移量时，进入电动车辆(ev)驱动模式，当检测到位移量时，进入混合动力电动车辆(hev)驱动模式，并且在进入地形模式时，即使未检测到位移量，也进入hev驱动模式。
5.控制器被配置成：当进入地形模式时，通过在hev驱动模式下基于第二soc执行怠速充电，调节电池的soc以维持在第二soc。混合动力车辆，还包括：速度检测器，被配置成检测车速并且将车速传输到控制器；并且控制器被配置成：在混合动力车辆的停止状态直到达到第一车速为止进入ev驱动模式，并且在进入地形模式时，从停止状态进入hev驱动模式。
6.控制器被配置成：在进入地形模式时，通过在hev驱动模式下基于第二soc执行怠速充电，调节电池的soc以维持在第二soc。控制器被配置成：在地形模式下，当电池的soc等于或大于第二soc时，在所述混合动力车辆的停止状态直到达到所述第一车速为止，进入ev驱动模式。控制器被配置成：当进入地形模式时，向上调整发动机的驱动点。
7.混合动力车辆，还包括：纵向加速度检测器，被配置成检测纵向加速度感测值，以计算道路坡度并且将道路坡度传输到控制器，并且控制器被配置成：响应于确定道路坡度是上坡坡度，在地形模式下将第二soc的大小调节成与坡度成比例。混合动力车辆，还包括：
加速踏板检测器，被配置成检测加速踏板的位移量，并且将加速踏板的位移量传输到控制器，并且控制器被配置成：在地形模式下，当未检测到位移量时，控制器检测车轮的转数的减少量，基于减少量确定负荷水平，并且将电池的soc的大小调节成与负荷水平成比例，并且负荷水平与坡度成比例关系。
8.根据本发明的另一方面，一种使用发动机和电动机作为动力源的混合动力车辆的控制方法，包括以下步骤：接收用户对地形模式的选择；通过起动发动机，利用hsg在电池的soc小于或等于第一soc时，执行怠速充电；当进入地形模式时，控制器基于大于第一soc的第二soc调节电池的soc以执行怠速充电。执行怠速充电的步骤包括：当进入地形模式时，调节电池的soc以维持在第二soc。
9.该方法还包括以下步骤：检测加速踏板的位移量，并且将加速踏板的位移量传输至控制器，以及当未检测到所述位移量时，进入ev驱动模式，当检测到位移量时，进入hev驱动模式，并且当进入地形模式时，即使未检测到位移量，也进入hev驱动模式。该方法还包括以下步骤：当进入地形模式时，通过在hev驱动模式下基于第二soc执行怠速充电，调节电池的soc以维持在第二soc。
10.该方法还包括以下步骤：检测车速并且将车速传输到所述控制器；以及在混合动力车辆的停止状态直到达到第一车速为止，进入ev驱动模式，并且当进入地形模式时，从停止状态进入hev驱动模式。该方法还包括以下步骤：当进入地形模式时，通过在hev驱动模式下基于第二soc执行怠速充电，调节电池的soc以维持在第二soc。
11.该方法还包括以下步骤：在地形模式下，当电池的soc等于或大于第二soc时，在混合动力车辆的停止状态直到达到第一车速为止，进入ev驱动模式。此外，该方法还包括以下步骤：当进入地形模式时，向上调整发动机的驱动点；检测纵向加速度感测值以计算道路的坡度，并且将所检测到的纵向加速度感测值传输到控制器，以及响应于确定道路的坡度是上坡坡度，在地形模式下将第二soc的大小调节成与坡度成比例。
12.该方法还包括以下步骤：检测加速踏板的位移量，并且将所检测到的位移量传输到控制器；以及在地形模式下，当未检测到位移量时，检测车轮的转数的减少量，基于减少量确定负荷水平，并且将电池的soc的大小调节成与负荷水平成比例。负荷水平与坡度成比例关系。
13.本发明的方法和装置具有其他特征和优点，这些特征和优点将通过并入本文的附图以及和附图一起说明本发明的某些原理的下述详细描述，而变得显而易见或被更详细的说明。
附图说明
14.通过结合附图的示例性实施方式的下述描述，本发明的这些和/或其他方面将变得显而易见并且更容易理解，其中：
15.图1是根据示例性实施方式的车辆的配置图；
16.图2是根据示例性实施方式的车辆的控制框图；
17.图3是用于解释根据示例性实施方式的地形模式的示例的图；
18.图4是用于解释根据另一示例性实施方式的地形模式的示例的图；
19.图5是用于说明在根据示例性实施方式的地形模式下向上调整发动机驱动点的
图；
20.图6是用于说明在根据示例性实施方式的地形模式下确定负荷水平的过程的图；
21.图7是根据示例性实施方式的控制方法的流程图。
具体实施方式
22.应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似术语通常包括通常的机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从除石油以外的资源取得的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力这两者的车辆。
23.尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元执行示例性过程，然而应当理解的是，示例性过程也可以通过一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件装置，并且具体编程为执行本文所述的过程。存储器配置为存储模块，并且处理器具体地配置为执行所述模块，以执行以下进一步描述的一个或多个过程。
24.本文所使用的术语仅用于说明特定实施方式的目的，而非旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在同样包括复数形式，除非上下文另外明确地指明。还应该理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。
25.除非特别说明或从上下文中显而易见，否则本文所用的术语“约”应理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差之内。“约”可以理解为处于所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％之内。除非另从上下文中清楚得知，否则本文提供的所有数值均由术语“约”来修正。
26.现在对本发明的各种示例性实施方式给出详细的参考，本发明的各种示例性实施方式的示例在附图中示出并且在下文进行描述。尽管将结合本发明的示例性实施方式来描述本发明，但应理解的是，本描述并不旨在将本发明限制于那些示例性实施方式。另一方面，本发明旨在不仅覆盖本发明的示例性实施方式，而且还覆盖可以包括在如所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内的各种替代、变型、等同形式和其他实施方式。
27.在以下描述中，贯穿说明书，相同的标号始终表示相同的元件。本说明书没有描述实施方式的所有元件，并且在本发明的示例性实施方式所属的发明领域中，一般内容或实施方式之间没有重叠。诸如“单元”、“模块”、“构件”和“块”之类的术语可以体现为硬件或软件。根据实施方式，多个“单元”、“模块”、“构件”和“块”可以实现为单个部件，或者单个“单元”、“模块”、“构件”和“块”可以包括多个部件。
28.应当理解，当一个元件被称为“连接”另一个元件时，它可以直接或间接地连接到另一个元件，其中，间接连接包括“通过无线通信网络连接”。术语第一、第二等用于区分一个部件与另一个部件，并且组件不受上述术语的限制。除非在上下文中具有明显不同的含
义，否则用单数形式的表达包括复数的表达。在操作中使用的附图标记是为了便于描述而使用的，并且不旨在描述操作的顺序，并且除非另有说明，否则可以以不同的顺序执行操作。
29.在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。图1是根据示例性实施方式的车辆的配置图。图2是根据示例性实施方式的车辆的控制框图。根据示例性实施方式的混合动力车辆1可以包括：变速器10、电动机20、离合器30、发动机40、逆变器50、混合动力起动发电机(hsg)60、电池70和燃料箱80。
30.离合器30可以安装在电动机20与发动机40之间，并且变速器10可以连接到电动机20的输出端。因此，根据示例性实施方式的混合动力车辆1可以采用tmed(变速器安装电子设备，transmission mounted electric device)方法，其中，电动机20的输出端直接连接到变速器10。逆变器50可以被配置成将存储在电池70中的直流电(dc)转换为交流电(ac)，并且提供交流电(ac)以操作电动机20。另外，逆变器50可以被配置成将ac转换为dc，以将能量存储在电池70中。
31.当电池的soc降低到小于预定标准时，hsg60可以被配置成起动发动机40并且操作电池70，以使用发动机扭矩进行充电。另外，当电池的soc超过一定水平时，hsg60可以被配置成关闭发动机并且终止充电。此时，怠速充电是在行驶或停止期间当电池充电状态降低到低于一定水平时，使用发动机对电池70充电以保持soc平衡的方法。
32.hsg60可以连接到发动机40并且用作起动电动机以起动发动机40，并且当发动机40起动时，hsg60可以用作执行怠速充电的发电机。燃料箱80可以储存诸如汽油或柴油的液体燃料，并且提供化学能以驱动发动机40。控制器200可被配置成通过一体地操作连接到网络的混合动力车辆1的组件来调节输出扭矩，并且通过与离合器30的结合或分离来提供hev模式和ev模式的操作。
33.根据示例性实施方式的控制器200可被配置成根据加速踏板的位移量、行驶速度、变速挡的位置以及电池70的soc，执行发动机40的开启/关闭。控制器200可被配置成根据加速器踏板的位移量、车速以及变速挡的位置，检测混合动力车辆1是否处于行驶中的停止状态，当车辆在行驶中停止时，控制器200根据电池70的soc，利用hsg60执行怠速充电，并且根据加速踏板的位移量来停止怠速充电。
34.加速踏板检测器110可被配置成检测加速踏板的位移量，并通过网络将位移量发送到控制器200，并且车速检测器120可被配置成检测车速并且通过网络将车速发送到控制器200。变速器检测器130可被配置成检测变速器10的当前变速档的位置，并且通过网络将该位置发送给控制器200。电池管理器140可被配置成综合检测诸如电池70的电压、电流和温度的信息以管理soc，并且通过网络将电池70的soc发送给控制器200。
35.另外，纵向加速度检测器150可被配置成检测纵向加速度感测值，并且通过网络将该值发送给控制器200。此时，控制器200可被配置成基于纵向加速度感测值来计算车辆所处的地面的坡度。电池管理器140可被配置成控制电池70的充电和放电电压，以防止电池70因低于阈值电压的过放电或者高于阈值电压的过充电而使其寿命缩短。电池70可以包括多个单元电池，并且存储用于向电动机20提供驱动电力的高电压。
36.根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成：通过起动发动机40，利用hsg60，在电池70的soc小于或等于第一soc时执行怠速充电。此时，第一soc表示当未处于地形模式
时启动这种充电的标准。例如，当soc具有大于第一soc的值时，控制器200可被配置成停止充电，并且操作hsg60，使得电池70的soc维持在第一soc。此时，当进入地形模式时，控制器200可以被配置成将第一soc(启动怠速充电的标准)改变成第二soc。
37.控制器200可被配置成基于大于第一soc的第二soc执行怠速充电。因此，根据该示例性实施方式，可以在地形模式下保持更高的soc状态，并且在离开道路的情况下通过具有高响应速度的电动机20来提供驱动力。在进入地形模式时，根据示例性实施方式的控制器200可被配置成调节电池70的soc，以维持在第二soc。控制器200可以包括：至少一个存储器220，存储用于执行上述操作和下述操作的程序；以及至少一个处理器210，用于执行存储的程序。在多个存储器和处理器的情况下，存储器和处理器可以集成在一个芯片中，也可以设置在物理上分离的位置处。
38.图3是用于解释根据示例性实施方式的地形模式的示例的图。如图3的上部所示，在tmed(transmission mounted electric device)系统中，在接合发动机离合器之前，驱动发动机并且增加电动机驱动量。此外，由于在未检测到加速器踏板的位移量时不会驱动发动机，因此车辆的驱动力取决于电动机。此时，电池的soc降低直到发动机离合器接合，因而不能维持足够的soc。
39.在该示例性实施方式中，在地形模式中，发动机离合器始终以预定车速或更高的车速与发动机接合，因此可以始终在起动/加速状态下利用发动机驱动力。根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成接收来自加速踏板检测器110的加速踏板的位移量，当未检测到位移量时进入ev驱动模式，并且当检测到位移量时进入hev驱动模式。
40.此时，当进入地形模式时，控制器200可以被配置成即使未检测到加速器踏板的位移量，也保持离合器30与发动机40之间的结合，从而进入hev驱动模式。因此，根据本实施方式的混合动力车辆1可以通过在驾驶员的加速器踏板没有输入的情况下也使发动机40驱动，通过怠速充电确保一定水平或更高水平的soc。根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成，当进入地形模式时，在hev驱动模式下通过基于第二soc执行怠速充电，从而将电池70的soc维持为第二soc。如图3的下部所示，即使未检测到加速器踏板的位移量，也可以保持发动机驱动力，因此可以确保一定水平或更高水平的soc。
41.图4是用于解释根据另一示例性实施方式的地形模式的另一示例的图。tmed系统在车辆开始起动最初仅使用电动机，在车速增大之后可以包括使用发动机功率的下沉控制法(sink control method)(参见图4的上部)，以及从最初起动开始使用电动机和发动机的起步加速控制法(launch control method)(参见图4的下部)。特别地，当电池的soc状态不满足一定水平(例如，低soc、低温或者高温)，电动机的功率不足时，可以使用起步加速控制法。
42.根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成从速度检测器120接收车速，并且操作车辆在混合动力车辆1的停止状态，直到达到第一车速为止，进入ev驱动模式，并且当进入地形模式时，控制器200可以被配置成操作车辆以从停止状态进入hev驱动模式。因此，可以通过从车辆开始起动的时刻开始驱动发动机40来执行怠速充电，从而确保电池70具有一定水平或更高水平的soc。
43.当进入地形模式时，根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成在hev驱动模式下基于第二soc执行怠速充电。此时，控制器200可以被配置成将电池70的soc保持为第二
soc。然而，为了防止对电池70的soc超出所需地充电，根据示例性实施方式的控制器200可被配置成：在地形模式下，当电池70的soc大于或等于第二soc时，在混合动力车辆1的停止状态，直到达到第一车速为止，进入ev驱动模式而不是hev驱动模式。
44.图5是用于说明在根据示例性实施方式的地形模式下使发动机驱动点向上的图。在混合动力车辆中，可以在最佳驱动点驱动发动机，由于注重燃料经济性，因此在一般驱动情况下，发动机的效率在最佳驱动点最大。另一方面，在执行地形模式的崎岖道路行驶，而不是在普通行驶的情况下，逃逸性能比燃料经济性更重要。特别地，有必要通过提高发动机的工作区域，充分地确保soc。
45.当进入地形模式时，根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成向上调整发动机40的驱动点。此时，电动机20的驱动力可以随着发动机40的驱动点的提高而减小。因此，随着发动机40的驱动力的增加，电池70可以确保高于现有水平的soc。
46.图6是用于说明在根据示例性实施方式的地形模式下确定负荷水平的过程的图表。执行地形模式的车辆受到基于道路状况的负荷。此时，道路的状态包括车辆所处道路的坡度或道路状态(例如，沙地、泥地和雪路)，并且车辆基于表示道路状态的道路水平来执行各种控制。此时，电池的soc的消耗随着因道路状况引起的负荷的增加而增加。
47.同时，当车辆在倾斜道路上行驶时，可以使用安装在车辆上的纵向加速度传感器来检测纵向加速度感测值，并且可以通过将纵向加速度感测值应用到坡度函数(slope function)来计算坡度。此时，车辆可以根据倾斜程度来估算所接收的附加负荷，并且可以考虑车辆所接收的负荷，在地形模式下确定单独的控制水平。
48.但是，当车辆在沙地、泥地或雪地上行驶时，与倾斜的道路不同，很难估算附加的负荷。因此，可以通过参考倾斜道路上的估算负荷来确定因路面状况引起的道路水平。根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成：从纵向加速度检测器150接收纵向加速度感测值，并且计算地面的坡度。此时，响应于确定地面的坡度是后向斜坡(back slope)，控制器200可以被配置成在地形模式下，调节第二soc的大小以与坡度成比例。如图6所示，车辆所接收的负荷可以与坡度成比例。
49.此时，车辆接收的负荷导致车轮的转数减少。即使车辆在越野时，也同在倾斜的地面上一样，产生负荷并且车轮的转数减少。图6示出由坡度引起的负荷与由车辆的转数引起的负荷之间的关系。在越野时，随着车辆的转数的增加，车轮的转数减少，并且车辆受到的负荷增加。
50.根据示例性实施方式的控制器200可以被配置成：从加速踏板检测器110接收加速踏板的位移量，并且检测车辆的转数和车轮的转数的减少。此时，控制器200可以被配置成：当未检测到位移时，检测车轮的转数的减少，并且基于该减少来确定负荷水平。在地形模式下，控制器200可以被配置成调节第二soc的大小以与负荷水平成比例。此时，负荷水平的斜率是比例关系，可以参照图6中所示的比例关系。
51.图7是根据示例性实施方式的控制方法的流程图。控制器200可以被配置成接收地形模式的用户输入(701)。具体地，驾驶员可以通过对地形模式开关的输入，根据地形选择驱动模式。此时，控制器200可以被配置成根据用户输入的驱动模式来执行各种控制。如果控制器200未检测到用户对地形模式的输入，则控制器可以被配置成执行一般控制(703)。
52.当检测到用于地形模式的用户输入时，控制器200可以被配置成：将作为怠速充电
的标准的第一soc变为第二soc，以确保高于现有电池的soc水平的电能(702)。此时，第二soc指示比不在地形模式的情况下更高的能量存储量，并且第二soc可以根据制造商的初始生产阶段和用户设置而具有各种容量。控制器200可以被配置成确定电池的soc(704)。如果电池的soc等于或小于第二soc(705)，则可以执行怠速充电，以使电池的soc达到第二soc(706)。可以调节电池的soc以保持第二soc(707)。
53.如上所述，已经参照附图描述了所公开的各种示例性实施方式。本领域技术人员应理解的是，在不改变本发明的技术精神或基本特征的情况下，本发明还可以以不同于所公开的示例性实施方式的形式来实现。所公开的示例性实施方式是示例性的，而不应被解释为限制性的。
54.另一方面，公开的实施方式可以由用于存储可以由计算机执行的指令的记录介质的形式实现。指令可以以程序代码的形式存储，并且当由处理器执行时，可以生成程序模块以执行所公开的实施方式的操作。记录介质可以实现为计算机可读记录介质。
55.计算机可读记录介质包括所有类型的记录介质，记录介质中的指令可以由计算机解码。例如，可以存在只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁带、磁盘、闪存、光学数据存储设备等。
56.如上所述，已经参照附图描述了所公开的各种示例性实施方式。尽管已经示出和描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的前提下，可以改变这些实施方式，其中本发明的范围在权利要求书等中限定。
57.根据所公开的发明的一方面，在地形模式下确保充足的电池soc水平，使得电动机的驱动力在越野时最大。