专利名称：混合电动车辆的扭矩处理算法装置的制作方法
技术领域：
本发明总的来讲涉及一种处理混合电动车辆的需要发动机扭矩和马达扭矩的系统和方法，更加具体地说，本发明涉及一种用来确定需要发动机扭矩和马达扭矩的、使燃料消耗最小化并且处理混合电动车辆的电池充电状态的系统和方法。
背景技术：
混合电动车辆使用发动机和一个或者多个电动马达来推进车辆，从而与传统车辆相比实现更好的燃料经济性和较小的排放。发动机输出功率不得不具有与传统车辆一样的、足够的功率需要量。一般地，发动机用在高负荷需要量上，及马达用在小负荷需要量上。也可以提供发动机功率和电动马达功率的结合以提高性能。当发动机不能有效地处理目前功率需要量时，电动马达补充来自发动机的功率。该马达可以吸收发动机功率并且把它储存在马达电池以供以后使用。在延长使用马达期间，发动机也可以被用来给电池重新充电。
当确定马达是否应该被使用时，电池充电状态(SOC)是重要的考虑，因为如果电池充电状态位于上限电池充电和下限电池充电之间，那么电池的效率更高。该电池也需要进行自我维持。因此，努力地把电池充电状态保持在标称值或者靠近标称值上是理想的。
借助更好地确定何时使用发动机功率、电功率或者这两者的结合以提高燃料经济性和降低车辆排放，可以改善公知的混合电动车辆。
发明内容
根据本发明的教导，公开了一种用来确定需要发动机扭矩和马达扭矩从而在混合电动车辆中使燃料消耗最小化并且处理电池充电状态的系统和方法。该方法包括确定影响电池使用的罚因子值。为所选择或者需要的车辆扭矩和速度要求的每个可实现的发动机扭矩确定费用值。借助燃料消耗值、电池充电状态的改变量和罚因子值来确定每个费用值。对于预定的发动机扭矩和车辆速度要求而言，从发动机轴扭矩和发动机轴速度来确定燃料消耗值。由马达输入功率来确定电池充电状态的变化量，该马达输入功率由马达扭矩、车辆速度和标称电池充电状态来确定。为每个车辆扭矩和速度要求产生最佳发动机扭矩的查找表。为每个罚因子提供独立的查找表。
罚因子适合于不同驱动条件。电池充电状态被保持在上限充电极限状态和下限充电极限状态之间，标称电池充电位于上限和下限之间。如果电池充电状态到达上限，那么罚因子值设置到预定的上限罚因子值上，该罚因子值使马达被使用得更多，因此电池充电状态返回到标称值上。同样地，如果电池充电状态到达下限，那么罚因子值设置成预定下限罚因子值，该罚因子值减小了马达的使用，因此电池充电状态返回到标称值上。
结合附图的下面描述和附加权利要求使本发明的额外优点和特征变得更加清楚。
图1是方块图，它示出了根据本发明实施例的、用来确定具体需要发动机和马达扭矩结合的费用值的计算过程；图2是根据本发明实施例的、用来形成许多罚因子的最佳需要发动机扭矩的查找表的流程图，及图3是流程图，它示出了根据本发明实施例的、用来确定处理电池充电状态的罚因子的适应过程。
具体实施例方式
涉及用来在复合动力车中确定发动机和马达的指令扭矩从而使燃料消耗最小化并且处理电池的充电状态的系统和方法的本发明实施例的下面讨论当然仅仅是示例性的而不是用来限制本发明或者它的应用或者用途。
本发明包括用来确定指令的发动机扭矩和马达扭矩从而在混合电动车中使燃料消耗最小化和处理电池充电状态的算法装置。较好的燃料经济性需要合适的发动机和马达扭矩指令。如在下面详细地讨论的一样，该算法装置使用了价值函数Je，该价值函数结合了燃料消耗Ff和通过罚因子p的电流充电状态的变化量ΔSOC，以发现最佳的指令发动机扭矩。
Je＝Mf+p·ΔSOC(1)罚因子p影响发动机和马达之间的扭矩分配。适应计算方案自动地调整不同驱动条件的罚因子p。
在具体的机动车扭矩和速度要求中，不同发动机扭矩产生了不同的燃料消耗和电池充电状态变化。换句话说，对于机动车操纵者所发出的每个扭矩要求而言，发动机所提供的扭矩和马达所提供的扭矩的不同结合将提供那种要求。对于每个不同发动机扭矩和马达扭矩而言，可以产生不同燃料消耗Mt和电池充电状态的改变ΔSOC。使用公式(1)，在给定罚因子p的情况下，为发动机扭矩和马达扭矩的各种结合计算出费用值。产生最小费用值的这种结合在那个罚因子p的情况下将用于那种要求。
注意到混合电动车中的马达可以提供发动机和要求扭矩之间的平衡是重要的。此外，这里所使用的术语“马达扭矩”包括正马达扭矩(电动机)和负马达扭矩(发电机)，在这里，正马达扭矩驱动车辆，而负马达扭矩给电池充电。
当电池被用来推进车辆时，电池充电状态的改变量是负的。因此，罚因子p一定得是负数以使电池能量的使用恶化。注意，当从电池取出能量来推进车辆时，罚因子p使费用值Je升高成超过燃料消耗Mf。
所有要求扭矩和速度的最佳发动机扭矩需要量脱机地被确定，即在车辆进行工作之前被确定，及然后被提供到每个独立的罚因子p的查找表中，其中混合动力车中的发动机控制器可以使用该查找表。因此，当车辆操纵者要求特殊车辆扭矩和速度时，查找表将给出发动机功率和电动马达功率的正确结合，这种结合将会为目前罚因子p提供最小的费用值。
图1是用来计算本发明的费用值Je的系统10的方块图。在线16上提供所要求的车辆扭矩，并且在线18上提供车辆轮速度。在该轮上的发动机扭矩可以被任选地选择并且在线12上提供。车辆扭矩是车辆轮上的发动机扭矩和马达扭矩的结合。线12上的发动机扭矩和线18上的车辆速度被施加到齿轮查找表20上，该查找表20选择发动机扭矩和车辆速度的合适齿数。为发动机扭矩和车辆速度的所选择的齿数提供了来自传动比查找表22的传动比信号。线12上的传动比信号和发动机扭矩信号借助除法器来除以在车辆发动机的输出中产生轴扭矩。线18上的车辆速度信号和传动比信号借助乘法器26来乘，以产生发动机轴速度信号。发动机轴扭矩信号和发动机轴速度信号然后被送到发动机查找表28中，该查找表28确定在那个发动机轴扭矩和发动机轴速度下每个单位时间如一秒的燃料消耗量Mf。
线12上的发动机扭矩和线16上的、所要求的车辆扭矩在加法器14中相互减去，从而提供了轮处的马达扭矩。在该轮处的马达扭矩和车辆速度被施加到马达查找表32中。马达表32产生所需要的马达输入功率，从而提供施加到电池查找表34中的马达扭矩。标称电池充电状态作为电池的预定理想工作充电也可以施加到电池表34中。电池表34输出每单位时间如一秒的电池充电状态的改变。电池充电状态的这种改变在乘法器36中乘以目前的罚因子p。然后在加法器38中把所乘出的值加入到燃料消耗值Mf中，以产生作为公式(1)的费用值Je。借助为每个所选择的车辆扭矩和车辆速度提供所有可能发动机扭矩，为混合车辆发动机控制器的后面使用产生每个罚因子p的独立查找表。
图2是流程图40，它示出了形成各种罚因子p的查找表的过程。算法装置在箱42中首先选择罚因子p。在下面参照图3来讨论用来确定或者适合罚因子p的过程。然后，算法装置在箱44处选择命令或者要求的车辆扭矩和车辆速度。对于所要求的车辆扭矩和速度的每个可执行的发动机扭矩，算法装置选择最佳齿轮并且计算出箱46处的费用值Je。算法装置然后从许多可执行的发动机扭矩中确定最佳发动机扭矩，这些发动机扭矩可以产生箱48处的最小费用值Je。
算法装置然后确定在判定命令50处是否为所有选择的车辆扭矩和速度计算出费用值Je。如果所有费用值Je没有被计算出来，那么算法装置返回到箱44中以选择另一个需要车辆扭矩和速度从而计算出这些还没有被计算出的费用值Je。如果所有费用值Je已被计算出来，那么算法装置然后确定在判定需要量52处是否为所有要求的车辆扭矩和速度已确定所有罚因子p的所有费用值Je。如果所有罚因子p的所有费用值Je没有被确定，那么算法装置返回到箱42中从而为需要车辆扭矩和速度选择另一个罚因子p。如果所有费用值Je和罚因子p已经被确定，那么算法装置在箱54处结束了。
不同的驱动条件需要不同的罚因子p来维持电池充电状态。调整罚因子p改变了电池功率的需要量。尤其地，罚因子p确定了多大地使用马达。罚因子p的绝对值越大，那么使用马达的损失就越大，这将使用更少的电池功率。为了提高电池充电状态，因此罚因子p的绝对值被提高了。同样地，为了减小电池充电状态，罚因子p的绝对值减小。因此，更大的罚因子p导致车辆更多地使用发动机，而更小的罚因子p将导致车辆更多地使用马达。
如上面所述那样，在标称电池充电状态的一定充电范围区域内保持电池充电状态是理想的。借助特殊电池类型的下限即最小电池充电状态和上极即最大电池充电状态来限定出该充电区域。电池标称值大约是下限和上限之间的一半。如果电池充电状态达到下限，那么算法装置自动地把罚因子p设置成等于预定的p1值。同样地，如果电池充电状态达到上限，那么算法装置自动地把罚因子p设置成预定p2值。罚因子p1和p2是负数，并且p1的绝对值大于p2的绝对值。借助把罚因子p设置成等于p1或者p2，可以确保电池充电状态从下限或者上限各自到达标称电池充电状态。如果算法装置把罚因子p设置成p1或者p2，那么前面的老罚因子p值被储存来用于后面使用。
罚因子p适应于下面方式。当电池充电状态超过上限时，目前的罚因子p值被储存并且该罚因子p被改变成具有较小绝对值的预定值p2从而使电池充电状态到达标称值。一旦电池充电状态到达标称值，那么罚因子p被设置成所储存的罚因子加上预定的正校正数。新罚因子p鼓励使用电池能量，因为它的绝对值稍稍较小。记住罚因子p是负数是重要的。如果罚因子p仍然是太大的负数，那么电池充电状态又超过了上限。又调整罚因子p并且重复该过程。
当电池充电状态小于下限时，使用类似过程。但是，具有较大绝对值的不同预定值p1被用来使电池充电状态返回到标称值。把罚因子p调整到所储存的值减去预定的正校正数。
图3是算法装置的流程图60，该算法装置自动地适应不同驱动情况的罚因子p，同时车辆被操纵。最好猜想的初始罚因子p被用来起动适应过程。算法装置确定在判定需要量62处电池充电状态是否大于上限和罚因子p是否不等于p2。如果电池充电状态大于上限并且p不等于p2，然后算法装置在箱64处把p设置成等于p2并且储存前面的罚因子p。因此，如果电池充电状态大于上限，那么罚因子p2增大了电池的使用。
如果电池充电状态不大于上限，那么算法装置确定在判定需要量66处电池充电状态是否小于下限并且罚因子p是否不等于p1。如果电池充电状态小于下限并且p不等于p1，那么算法装置在箱68处把p设置成等于p1并且储存老罚因子p。因此，如果电池充电状态小于下限，那么罚因子p1减小了电池的使用。
如果电池充电状态不大于上限并且不小于下限，那么算法装置确定在判定需要量70处电池充电状态是否等于标称值和p是否等于p2。在这点上，算法装置确定，在电池充电状态到达上限时算法装置把罚因子p设置成等于p2之后，电池充电状态是否到达标称值。如果电池充电状态等于标称值和罚因子p等于p2时，然后p在箱72处被设置成所储存的罚因子p加上较小的预定Δ值增大量。
如果电池充电状态不大于上限且不小于下限，那么罚因子p不等于p2，然后算法装置确定在判定需要量74处电池充电状态是否等于标称值并且p等于p1。算法装置确定，当电池充电状态到达下限时，在算法装置把罚因子设置成p1之后，电池充电状态是否已到达标称值。如果电池充电状态等于标称值并且罚因子p等于p1，那么p在箱76处被设置成所储存的罚因子p减去较小的预定Δ值。
在车辆工作期间以这种方式来调整或者适应罚因子p。为各种各样的罚因子p提供许多查找表从而确定最佳发动机扭矩。如果合适的罚因子p没有提供在查找表中，那么罚因子p设置在最近的查找表之间。
前面的讨论只公开和描述了本发明的示例性实施例。本领域普通技术人员从这种讨论、附图和权利要求中可以知道，在没有脱离下面权利要求所限定出的本发明的精神实质和范围的情况下在这里可以进行各种各样的改变、改进和变化。
权利要求
1.一种用来在混合电动车辆中提供扭矩处理的方法，所述混合电动车辆包括发动机、电动马达和电池，所述方法包括确定影响电池使用的罚因子值；提供所需要的车辆扭矩值和车辆速度值；选择发动机扭矩值；根据发动机扭矩值和车辆速度值确定燃料消耗值；根据马达扭矩值和车辆速度值确定电池充电值状态的变化量；及由以燃料消耗值、电池充电值状态的变化量和罚因子值为基础的费用值来确定最佳发动机扭矩需要量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定最佳发动机扭矩需要量包括借助使罚因子值乘以电池充电值状态的变化量，并且把燃料消耗值加入到电池充电值状态和罚因子值所乘出的改变量，以确定费用值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定燃料消耗值包括根据发动机扭矩值和车辆速度值来确定齿数，根据确定的齿数来确定传动比值，使发动机扭矩值除以传动比值以产生发动机轴扭矩值，使车辆速度值乘以传动比值以产生发动机轴速度值，及根据轴扭矩值和轴速度值来确定燃料消耗值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，借助齿数查找表来确定齿数，借助传动比查找表来确定传动比，及借助发动机查找表来确定燃料消耗值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定电池充电值状态的变化量包括根据马达扭矩值和车辆速度值来确定马达输入功率值；及根据马达输入功率值和标称充电值状态来确定电池充电状态的变化量。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，确定马达输入功率值包括使用马达查找表，确定电池充电值状态的变化量包括使用电池查找表。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定最佳发动机扭矩需要量包括由罚因子值的若干所需要的车辆扭矩值和车辆速度值的每个可实现的发动机扭矩值的费用值来确定最佳发动机扭矩需要量。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，每个最佳发动机扭矩需要量被加入到发动机扭矩查找表中，其中为若干不同罚因子值提供若干发动机扭矩查找表。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定最佳发动机扭矩需要量包括脱机地确定最佳发动机扭矩需要量。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定罚因子值包括确定上限电池充电极限、下限电池充电极限和位于它们之间的标称电池充电；及，如果电池充电值状态到达上限极限把罚因子值设定成第一预定值，从而提高电动马达的使用，及如果电池充电值状态到达下限极限时，把罚因子值设定成第二预定罚因子值，从而减小电动马达使用。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定罚因子值包括确定电池充电值状态是否到达预定上限电池充电值状态，确定罚因子值是否等于预定罚因子值，如果电池充电值状态到达上限值并且罚因子值不等于预定罚因子值，那么把罚因子值设定成等于预定罚因子值和储存老的罚因子值。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，确定罚因子值包括确定电池充电值状态是否大约等于标称电池充电值状态，确定罚因子值是否等于预定罚因子值；及如果电池充电值状态大约等于标称电池充电值状态并且罚因子值等于预定罚因子值，那么把该罚因子值设定成等于所储存的罚因子值加上较小的校正值。
13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定罚因子值包括确定电池充电值状态是否到达预定的下限电池充电值状态，确定罚因子值是否等于预定的罚因子值，及，如果电池充电值状态到达下限值并且罚因子值不等于预定罚因子值，那么储存老罚因子值和把罚因子值设定成等于预定罚因子值。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，确定罚因子值包括确定电池充电值状态是否大约等于标称电池充电值状态，确定罚因子值是否等于预定的罚因子值，及，如果电池充电值状态大约为标称电池充电值状态并且罚因子值等于预定的罚因子值，那么把罚因子值设定成等于所储存的罚因子值减去较小的校正值。
15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，罚因子值是负数。
16.一种用来在混合电动车辆中提供扭矩处理的方法，所述混合电动车辆包括发动机、电动马达和电池，所述方法包括确定影响电池使用的罚因子值；其中，确定罚因子值包括确定上限电池充电极限、下限电池充电极限和位于它们之间的标称电池充电；及，如果电池充电值状态到达上限极限以提高电动马达的使用，那么把罚因子值设定成第一预定值，和如果电池充电值状态到达下限极限以减小电动马达的使用，那么把罚因子值设定成第二预定罚因子值；提供所需要的车辆扭矩值和车辆速度值；选择发动机扭矩值；根据发动机扭矩值和车辆速度值确定燃料消耗值；根据马达扭矩值和车辆速度值确定电池充电值状态的变化量；及由费用值来确定最佳发动机扭矩需要量，借助下面方法来确定该费用值使电池充电值状态的变化量和罚因子值相乘，及把燃料消耗值加入到电池充电值状态和罚因子值的乘出变化量，其中确定最佳发动机扭矩需要量包括由若干所需要的车辆扭矩值的每个可行的发动机扭矩值的费用值和罚因子值的车辆速度值来确定最佳发动机扭矩需要量。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定燃料消耗值包括根据发动机扭矩值和车辆速度值来确定齿数，根据确定的齿数来确定传动比值，使发动机扭矩值除以传动比值以产生发动机轴扭矩值，使车辆速度值乘以传动比值以产生发动机轴速度值，及根据轴扭矩值和轴速度值来确定燃料消耗值。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，借助齿数查找表来确定齿数，借助传动比查找表来确定传动比，及借助发动机查找表来确定燃料消耗值。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定电池充电值状态的变化量包括根据马达扭矩值和车辆速度值来确定马达输入功率值；及根据马达输入功率值和标称充电值状态来确定电池充电状态的变化量。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，确定马达输入功率值包括使用马达查找表，确定电池充电值状态的变化量包括使用电池查找表。
21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，每个最佳发动机扭矩需要量被加入到发动机扭矩查找表中，其中为若干不同罚因子值提供若干发动机扭矩查找表。
22.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定最佳发动机扭矩需要量包括脱机地确定最佳发动机扭矩需要量。
23.一种用来在混合电动车辆中提供扭矩处理的装置，所述混合电动车辆包括发动机、电动马达和电池，所述装置包括罚因子系统，它提供影响电池使用的罚因子值；燃料消耗系统，它根据预定的发动机扭矩值和所需要的车辆速度值来确定燃料消耗值；电池充电状态的系统，它根据马达扭矩值和车辆速度值来确定电池值的充电状态的改变量；及费用功能系统，它由费用值来确定最佳发动机扭矩需要量，该费用值由燃料消耗值、电池充电值状态的改变量和罚因子值来计算出。
24.如权利要求23所述的装置，其特征在于，费用功能系统使罚因子值乘以电池充电值状态的变化量，并且把燃料消耗值加入到电池充电值状态和罚因子值所乘出的改变量。
25.如权利要求23所述的装置，其特征在于，燃料消耗系统包括齿数查找表，它根据发动机扭矩值和车辆速度值来确定齿数；传动比表，它确定齿数的传动比值；除法器，它使发动机扭矩值除以传动比值以产生发动机轴扭矩值；乘法器，它使车辆速度值乘以传动比值以产生发动机轴速度值；所述燃料消耗系统根据轴扭矩值和轴速度值来确定燃料消耗值。
26.如权利要求23所述的装置，其特征在于，电池充电状态的系统包括马达查找表，它根据马达扭矩值和车辆速度值来确定马达输入功率值；及电池查找表，它根据马达输入功率值和标称的充电值状态确定电池充电值状态的改变量。
27.如权利要求23所述的装置，其特征在于，费用消耗系统由罚因子值的若干所需要的车辆扭矩值和车辆速度值的每个可行的发动机扭矩值的费用值来确定最佳发动机扭矩需要量。
28.如权利要求23所述的装置，其特征在于，费用功能系统包括特殊罚因子值的最佳发动机扭矩需要量的若干发动机扭矩查找表。
29.如权利要求23所述的装置，其特征在于，借助确定上限电池充电极限、下限电池充电极限和位于它们之间的标称电池充电量，罚因子系统确定罚因子值，如果电池充电值状态到达上限极限从而提高电动马达使用，那么所述罚因子系统把罚因子值设定成第一预定值，并且如果电池充电值状态到达下限极限以减小电动马达用途，那么把罚因子值设定成第二预定罚因子值。
30.如权利要求23所述的装置，其特征在于，罚因子系统确定电池充电值状态是否到达预定上限电池充电值状态，确定罚因子值是否等于预定罚因子值，如果电池充电值状态到达上限值并且罚因子值不等于预定的罚因子值，那么把罚因子值设定成等于预定的罚因子值并且储存老罚因子值。
31.如权利要求30所述的装置，其特征在于，罚因子系统确定电池充电值状态是否大约等于标称电池充电状态，确定罚因子值是否等于预定的罚因子值，及如果电池充电值状态大约等于标称电池充电值状态并且罚因子值等于预定的罚因子值，那么把罚因子值设定成等于所储存的罚因子值加上较小的校正值。
32.如权利要求23所述的装置，其特征在于，罚因子系统确定电池充电值状态是否到达预定的下限电池充电值状态，确定罚因子值是否等于预定的罚因子值，及如果电池充电状态到达下限值并且罚因子值不等于预定的罚因子值，那么储存老的罚因子值并且把罚因子值设定成等于预定的罚因子值。
33.如权利要求32所述的装置，其特征在于，罚因子系统确定电池充电值状态是否大约等于标称电池充电值状态，该罚因子值是否等于预定的罚因子值，及如果电池充电值状态大约是标称电池充电值状态并且罚因子值等于预定的罚因子值，那么把该罚因子值设定成等于所储存的罚因子值减去较小校正值。
全文摘要
一种用来确定需要发动机和马达扭矩从而在混合电动车辆中使燃料消耗最小化和处理电池充电状态的系统和方法。该方法包括确定支配电池使用的罚因子值。为所选择的或者需要的车辆扭矩和速度要求的每个可行的发动机扭矩确定费用值。借助燃料消耗值、电池充电状态的改变量和罚因子值来确定每个费用值。由马达功率和标称电池充电状态来确定电池充电状态的改变量。对于具体的罚因子而言，在各种各样的车辆速度下，为不同的、所需要的车辆扭矩形成最佳发动机扭矩的查找表。为每个罚因子提供独立的查找表。
文档编号B60W10/06GK101076463SQ200580013609
公开日2007年11月21日 申请日期2005年3月22日 优先权日2004年4月30日
发明者陈志信, M·A·萨曼, M·-F·昌 申请人:通用汽车公司