混合动力系系统中发动机的操作方法

专利名称：混合动力系系统中发动机的操作方法
技术领域：
本发明涉及混合动力系系统中输出转矩的控制。 io
背景技术：
本部分描述仅是为了提供与本发明相关的背景信息，可能并不构成现有技术。
公知的动力系结构包含转矩发生装置，该转矩发生器包括内燃机和电机， 通过变速器装置将转矩传给输出部件。 一个示例性的动力系包括双模式、复合
15分离、机电顿器和输出部件，其中变速器利用输入部件从原动机动力源(优 选内燃机)接收驱动转矩。输出部件和机动车的传动系可操作地相连，以便将 牵引转矩传送给车辆。可作为电动机或发电机运行的电机产生输入变速器的转 矩，该转矩输入与内燃机的转矩输入无关。电机还可将经由 传动系统传来 的车辆动能转化为可存储于电能存储装置中的电能。控制系纟ffl控来自 和
20驾驶员的各种输入，并且对动力系提供可操作控制，包括控制变速器运行状态 和换档，控制转矩发生装置，以及调节电能存储装置和电机之间的电能交换以 控制变谨器的输出，包括转矩和,。

发明内容
发动机和电机将牵弓l功率和顿器錢可操作地丰鹏，从而控制传至输出
25部件的输出功率。电机与电能存储装置电耦合。 一种用于控制发动机和电机的 力袪，包括监控驾驶员功率请求，监控电能剤線置的充电状态，基于驾驶 员功率请求和电能存储装置的充电状态确定多个备选发动机工作点中每个工作 点的运行成本；并在具有i^ig行i^的备选发动机工作点^行发动机。


30 现通过示例，参照附图，对一个或多个具体实施例进行说明，其中； 图2是本发明的控制系统和动力系的示例性结构的示意图； 图3、 4禾Q 5是本发明的用于在动力系系统中控制和管理转矩的控制系统 结构的流程示意5 图6用图表描述了本发明的发动机功率充电状态成本因子与电能存fitCT
充电状态之间的关系；
图7用图表描述了本发明的发动机功率损耗曲线，发动机功率损耗偏差因 子曲线，以及总功率损耗曲线；
图8用图表描述了本发明的电能存f織置正充电状态成本因子，电能存储 10装置负充电状态成本因子，以及电能存储装置转换充电状态成本因子分别和与 电能存M^置充电状态的关系曲线；禾口
图9用图表描述了本发明中当电能存f，置分别处于高、中、低三种充电 状态等级情况下，电能存储装置充电状态偏差因子电能与电能存储装置功率之 间的关系。 1具体实施例方式
现参照附图，其中图示的目的只是为了说明示例性的实施例，并非为了限 制和图1和2所述示例性的机电混合动力系相同的实施例。图1描述了依照本 发明的典型机电混合动力系，其包含一个双模式、复合分离、机电混合变速器 10，该^I器10和发动机14、第一电机(MG-A) 56以及第二电机(MG-B)
20 72可操作地相连。发动机14和第一、第二电机56和72分别产生可传送给变速 器10的功率。由发动机14和第一、第二电机56和72产生并且传送给M器 10的功率可采用输入转矩和电机转矩，这里分别用T,， Ta和Tb表示，以及输 入繊和电机^I3S行描述，这里分别用N,， Na和Nb表示。
示例性发动机14包含一台多缸内燃机，其可选择地在多个工况下运行并通
25过输入轴12将转矩传递给变谨器10，该内燃机可以是火花点火型发动机，或者 压縮点火型发动机。发动机14还包括和 器10的输入轴12可操作地相连的 曲轴(未示出)。,传驗11监测输入轴12的,。由于在发动机14和变 速器10之间的输入轴12上M了辦巨消耗组件，例如、EE泵(未示出)禾口/或 转矩控制，(未示出)，来自发动机14的功率输出~~^括，和发动机转
30矩，可以与变速器10的输入皿^和输入转矩Ti不同。
6示例性 器10包括三组行星齿轮组24,26和28，以及四个可选啮合的转 矢E传递驢，即离合器C1 70,C2 62,C3 73和C4 75。正如此^#万用，离合器是 指任何类型的摩擦转矩传递装置，例如包括单一或复合圆片离合器或组、带式 离合器和制动^S。雌由z魏器控制模块(以下称为TCM) 17控制的淑玉控 5制回路42可操作土鹏制离合器的状态。离合器C2 62和C4 75雌由、舰-致动 旋转摩擦离合器构成。离合器Cl 70和C3 73雌包括、鹏控制的固定驢，该 装置可选择地固定在变速器壳体68上。离合器Cl 70，C2 62,C3 73和C4 75均优
选液压致动，ilil、EE控制回路42选择性地接收加压M1E流体。
第一和第二电机56和72优选由三相交流电机(AC machines)组成，每台
10电机都包括一个定子(未示出)，一个转子(未示出)和各自的旋转变压器80、 82。每台电机的定子都固定在变速器壳体68外部，包括带有线圈电绕组的定子 铁心。第一电机56的转子支撑在一毂衬盘形齿轮上，该齿^Mil第二行星齿轮 组26司'操作i鹏接到轴60上。第二电机72的转子固定连接于辯由毂衬66。 每个旋转变压器80，82优选由可变磁卩I^g组成，包括一个旋转变压器定子15 (未示出)和一个旋转变压器转子(未示出)。旋转变压器80,82分别被适当地 定位组装在第一和第二电机56和72上。旋转变压器80，82各自的定子分别可操 作地连接在第一和第二电动机56和72的定子上。旋转变压器的转子可操作地 连接于相应的第一和第二电动机56和72的转子。旋转ffi器80，82都和变速器 电育腿变親空制模±央(下面称为TPM) 19可操作地信号相连，并且分别检测
20和监控各旋转变压器转子相对于该旋转^E器定子的旋转位置，从而监控第一 和第二电机56和72各自的旋转位置。另外，对'班器80， 82的输出信号进行 解码，可以获得第一和第二电机56和72各自的转速，即Na和Nb。
变速器10包括输出部件64，例如和车辆传动系90 (未示出)可操作地相 连的轴，以便向传动系90提供输出到车轮93的输出功率，图l中示出了其中
25 —个车轮。输出部件64处的输出功率采用输出转速No和输出转矩To来描述。 变速器输出,传感器84监测输出部件64的自和旋转方向。每个，93都 配有用于监测，速度Vs，hl的传感器94，其输出由图2所示的分布式控 制模块系统中的一个控制模块进行监控，以确定用于刹车控制、牵引控制和车 辆加速管理的车速、绝对车m度和相对车,度。
30来自发动机14的输入转矩以M自第一和第二电机56和72的电动机转矩(分别用T,， Ta和Tb表示)由燃料或储存在电能存fit^置(下面称为ESD) 74 中的电能发生能量转化而来。ESD 74经由直流电传导体27和TPM 19高压直 流耦合。电传导体27包含接触器开关38。正常运疗瞎况下，接触器开关38闭 合，电流可在ESD74和TPM19之间流动。当接触器开关38断开时，ESD74 和TRIM 19之间流动的电流被中断。TPIM 19和第一电机56之间通过电导体 29互相传输电能，与此类似，TPM19和第二电机72之间M:电导体31互相 传输电能，从而满，第一和第二电机56和72的转矩要求，以响应电动机转 矩TA和TB。电流是输入到ESD 74还是从ESD 74输出取决于ESD 74是充电还 是放电。
TPIM 19包括一对功率变换器(未示出)和相应的电动衫U空制模块(未示 出)，用来接收转矩命令并据此控制变换 态，从而提供电动机驱动或者能 量再生功能，以满足所需的电机转矩TA和TB。功率变换器由公知的互补型三相 电力电子装置构成，每个装置包括多个绝缘栅双极型晶体管(未示出)，iM 高频开关的方法将ESD74中的直流电转换成交流电，用于分别驱动第一和第二 电机56和72。绝缘栅双极型晶体管构成开关电、翻己置，以接收控制指令。每台 三相电机的每一相都典型配置一对绝缘栅双极型晶体管。控制绝缘栅双极型晶 体管的状态，可分别提供电机驱动机械能的产生或电能再生功能。根据第一和 第二电机56和72是作为电动m^fi^是作为发电m^行，三相变换器M直 流电传导体27相应接收或者劍共直流电能，并M应将直流电转换^H相交流 电或/AH相交流电转换腿流电，分别经由传递导体29和31将电能4彌到第 一和第二电动机56和72，或接LBO^—和第二电动机56和72输出的电能。
图2是分布式控制模块系统的方块示意图。以下说明的元件由 ^ 制结构的子集构成，并且提供了如图1所述典型混合动力系的协同系,制。 分布式控制模块系统综合有关信息和输入，并执行算法来控制各种执行器以实 现控制目标，包括和燃油经济性、排放、性能、驾驶性和硬州尉户相关的目标， 戶舰硬件包括ESD 74的电池和第-一和第二电机56和72。分布式控制模块系统 包括发动树空制模块(下面称ECM) 23， TCM17，电池组控制模块(下面称 BPCM) 21，以及TPM19。混合控制模块(下面称HCP) 5对ECM23, TCM 17， BPCM21以及TPM19提供监控和幼调。用户接口 (UI) 13和多，置可 操作地相连，籍此车辆驾驶员能够控制或者指挥机电混合动力系的运行。这些装置包括油门踏板113 (AP)、驾驶员刹车S沓板112 (BP) 、 器档位选择 器114 (PRNDL)和车速巡航控制器(未示出)。变速器档^^择器114可具 有离散数目个、驾驶员可选择的档位，还包括控制输出部件64的旋转方向，以 使其正转或反转。
5 上述控制模i央都通过局域网(下面简称LAN)总线6与其它控制模块、传 r織和执行器相连。LAN总线6使得各种控制模±央之间可以对运行参数的情况 和执行器命令信号进行结构^M信D所用特定通信协议是专用的。LAN总线6 和适当的协议为上述控制模±央和其它控制模块之间提供了可靠的通信和多控制 模±央接口，所述的其它控制模i，供了诸如防ib刹车抱死、牵引控制和车辆失
10稳等方面的功能。可釆用多种通信总线来提高通信速度，并提供一定程度的信 号冗余度和完整性。个别控制模块之间的通信也可采用直接连接的方^^实现， 例如串行外设接口 (SPI)总线(未示出)。
HCP 5提供混合动力系的监控，用于协调ECM 23，TCM 17，TPIM 19和 BPCM21的运行。基于来自用户接口 B和包括ESD74在内的混合动力系的各
15种输入信号，HCP5可确定驾驶员转矩请求，输出转矩命令，发动机输入转 矩命令，变速器10的辦巨传递离合器Cl 70,C2 62,C3 73,C4 75中所使用离合器 的离合器转矩，以及第一和第二电机56和72的电动机總巨Ta和Tb。 TCM 17 和液压控制回路42可操作地相连，^!f共各种功能，包括监控各种压力传感装 置(未示出)，产生和传输控制信号到各个电磁线圈(未示出)，以控制液压
20控制回路42包含的压力开关和控制阀。
ECM 23和发动机14可操作i财目连，用5l6i3i多絲散的线路从传繊获 取 ， ^f魏拨动机14的执行器，其中多M散的线路被简单^^为总体双 向接口电缆35。 ECM 23接收来自HCP 5的发动机输入转矩命令。基于传至 HCP 5的监控到的发动^1JI度和负载，ECM 23及时确定im作点的实际的发动
25机输入總巨T,，細共给魏器10。 ECM23监棘自糊专麟11的输入信 号以确定传输给输入轴12的发动机输入,，输入轴12将其转变为，器输 入转速H。 ECM 23还监控来自传感器(未示出)的输入信号以确定其它发动 机运行参数的状态，包括进气管压力、发动机冷却液温度、环境空气温度以 及环境压力。例如，可根据进气管压力，或者通过监控驾驶员对油门踏板的输
30入来确定发动机负载。ECM23产生荆专送命令信号来控制发动机执行器，包括诸如燃料喷射器，点火模块和节气门控制模块，这些执行器均未示出。
TCM17和变速器10可操作地相连，并监魏自传繊(未示出)的输入 信号从而确定 器运行参数的状态。TCM 17产生并且传送命令信号以控制变 速器10，包括控制ffi控制回路42。从TCM 17到HCP5的输入包括用于旨 5离合器，即Cl 70,C2 62,C3 73和C4 75的估计预测的离合器辦巨，以及输出轴 64的输出,No。出于控制目的，可以〗顿其它致动器和传麟将客砂Kt息从 TCM17提供给HCP5。 TCM 17监控压力开关(未示出)的输入，并m择性 地驱动液压控帝鹏路42的压力控制电磁线圈(未示出)和液压控制回路42的 切换电磁线圈(未示出)，从而选择性地驱动各离合器C170,C2 62,C3 73和C4 10 75,以实现如下"脱的各种魏器工作范围状态。
BPCM21和传繊(未示出)信号连接，以监控ESD74，包括电流或电压 参数的情况，从而向HCP5提供ESD74电池参数状态的指示信息。电池参数 状态^t^包括电池充电状态，电池电压，电術m和可用电量，用Pbat-min到 P,.max的范围表示。
15 杀阵控制模块(下面称BiCM)22和每个车l93上的摩擦制动器(未示出) 可操作地相连。BiCM22监掛刘车踏板112处的驾驶员输入，并产生控制信号 以控制摩擦制动器，同时还向HCP5发送控制信号，以便在—战情况的基础上 运行第一和第二电机56和72。
控制模块ECM 23，TCM 17,TPM 19， BPCM 21和BiCM22均iJtM用数
20字计算机，由微处理器或中央处理单元，存储介质，高速时钟，模数(A/D)和 数模(D/A)转换电路，输A/输出电路和装置(I/O)和适当的信号调节和缓冲 电路组成。其中，存储介质包括只1 储器(ROM)、随机存储器(RAM)， 电可编程只读存储器(EPROM)。每个控制模±央都有一套控制算法，包括常驻 禾Sj^指令和校准，所述常驻程序指令和校准被存储在上述存储介质之一，通过
25执行它们可以为每个计算机提供相应功能。，制模块之间的信息传递优选使 用LAN总线6和SPI总线实现。控制算法在预设的循环期间执行，以便^h算 法在每个循环周期中至少被执行一次。存储于非易失性存储装置中的算法M 中央处理单元中的一个执行，以监控来自于传感器的输入，并且采用预设校准 模式执行控制和诊断禾，，从而控制执行器的运行。循环依照固定的时间间隔
30被执行，例如正在运行的混合动力系中，运行间隔可设定为3.125， 6.25， 12.5，25和100毫秒。另外，象 她可能由于响应某事件的发生而l^l行。
示例性混合动力系可选择i艇行在以发动机和变速器状态描述的多个工作 范围状态之-- ，其中发动机状^括发动机运行状态(ON)和发动机关闭状态 (OFF)之一，变速潮犬态包括多个固定档位和连续可变工作模式，参照表l。
表l
类型发动机 状态变速器工作范围 状态所用离合器
模式1-发动机关闭关闭EVT模式1C170
(Ml-Eng-Off)
模式1-发动机运行运行EVT模式1Cl 70
(Ml-Eng-On)
Gl运行固定传动比1C170 C475
G2运行固定传动比2C170 C262
模式2-发动机关闭关闭EVT模式2C2 62
CM2-Eng-Off)
模式2-发动机运行运行EVT模式2C2 62
CM2画Eng-OrO
G3运行固定传动比3C2 62 C4 75
G4运行固定传动比4C2 62 C3 73
变速器每一种变速器的工作范围状态都在上表中得以描述，M每种工作
范围状态中所用到的特定离合器C170， C2 62， C3 73和C4 75也进行了提示。 10如果仅仅为了将第三行星齿轮组28的外齿轮元件'固定',可通鄉动离合器C1 70，选择第一,可变模式，即EVT模式1或M1。发动机状态可以是"运行 状态"(Ml-Eng-On)或者"关闭状态"(Ml-Eng-Off)两者中的一种。如果 仅仅为了将轴60连接至lj第三行星齿轮组28的行星齿轮架上，可通微动离合 器C2 62,选择第二连续可变模式，即EVT模式2或M2。发动机状态可以是"运 15行状态"(M2-Eng-On)或者"关闭状态"(M2-Eng-Off)两者中的一种。出 于描述的目的，当发动机状态为关闭状态时，发动机输入,等于每分钟零转固定档g行提供了变速器10的输入到 输出^的固定比率运行，即H/No。通ia动离合器C170和C475选择第一 固定档运行模式(Gl)。通过致动离合器C1 70和C2 62选择第二固定档运行 模式(G2)。通，动离合器C2 62和C4 75选择第三固定档运行模式(G3)。 5通微动离合器C2 62和C3 73选择第四固定档运行模式(G4)。由于减少了 行星齿轮组24、 26和28的传动比，所以随着固定档运行模式的增加，输入到 输出,的固定速比也相应增加。第一和第二电机56，72各自的魏，即Na和 Nb，取决于由离合限定的机构的内旋转，并与在输入轴12处湖幌的输入转谨成 比例。
10 ，用户接口 13捕获的通过油门踏板113和刹车踏板112发生的驾驶员输 入的响应中，HCP5和一个或多个其它控制模块确定辦巨命令，以控制包括发 动机14和第 -和第二电机56和72的辦巨发生装置，从而满足驾驶员在输出部 件64的转矩请求，并传送至U传动系90。基于来自用户接口 13和包括ESD74在 内的混合动力系的输入信号，HCP5决定驾驶员的转矩请求，从变速器10至IJ传
15动系90的所需输出辦巨，来自发动机14的输入转矩，用于变速器10的转矩传 递离合器C170,C262,C3 73,C4 75的离合器转矩；以及下面将描述至啲，分别用 于第一和第二电机56和72的电动机转矩。
最终的车辆加速度还受到其它因素的影响，包括例如道路负荷、it^各坡度 和车辆质量。基于混合动力系的各种运纟，性，可确定 器10的工作范围状
20态。这包括如前戶腿的，通过油门踏板113和刹车踏板112传送到用户接口 13 的驾驶员转矩请求。基于混合动力系的转"^要求，工作范围状态是可确定的。 其中，该转矩要求是由令第一和第二电机56和72在电能发生模式或辦巨发生 模式下运行的命令弓跑的。工作范围状态可通过优化算法或，歸来确定，该优 化算法或程序可根据驾驶员功率要求，电池充电状态，以及发动机14与第一和
25第二电机56和72的能量效率来确定最优的系统效率。控制系统根据优化禾歸 的运行结果管 自发动机14以及第一和第二电机56和72的转矩输入，因此 在控制燃油经济性及管理电池充电方面优化了系统效率。此外，还可以根据部 件或系统的故障来决定操作。HCP 5监勝矩发生體，并决定^3I器10所需 的功率输出，该功率输出响应于为满足驾驶员的转矩请求而在输出部件64处期
30望的输出转矩。由战显而易见，为了彼lfct间的动力流传输，ESD74以及第
12一和第二电机56和72之间实现可操作地电耦合。此外，发动机14、第一和第 二电机56和72以及机电变速器10之间实现可操作地机,合，以在它们之间 传送动力，并给输出部件64产生动力流。
图3描述了用于混合动力系系统中控制和管理信号流的的控制系统结构， 5该结构以可执行算法和校准的形式驻留在前述控制模块中，其中所述混合动力 系系统包括多个转矩发生装置，将参照图1和2中的混合动力系系统在下文中 謝亍描述。该控制系统结构可应用于具有多辦巨发生装置的各种替代性混合动 力系系统，例如，由一台发动机和一台电机构成的混合动力系系统，或者是由 --台发动机和多台电机构成的混合动力系系统。 10 在运行中，对油门踏板113和刹车踏板112进行操作的驾驶员输入量ltt 控，以确定驾驶员转矩请求(输出转矩请求)。对油门踏板U3和刹车踏板m 的驾驶员输入量由多个独立的、可确定的驾驶员转矩请求输入组成，包括直接 加速输出转矩请求、预测加速输出转矩请求、直接刹车输出辦巨请求、预测刹 车输出转矩请求以及轴转矩响应类型。如此处所用，术语"加速"指的是当驾驶
15员选齊魏器档雌择器114的档位指挥糊前行时，驾驶员请求向itrma 结果倾向于令车速较目前车速有所提高。术语"微'和"刹车'指的是驾驶员请求 的结果倾向于是令车速较目前车速有所降低。对控制系统而言，直接加速输出 转矩请求、预测加速输出转矩请求、直接刹车输出转矩请求、预测刹车输出转
矩请求，以及轴转矩响应类型彼此之间是分别独立的输入。ltM卜，发动机14和 20变速器10的运行ltt控，以确定输入转速(Ni)和输出转速(No)。
战略控制系统310基于输出速度和驾驶员转矩请求，同时还基于混合动力 系的其它运行参数，包括电池功率极限和发动机14、魏器10以鄉一和第二 电动机56和72的响应极限，来确定,输入转速(输入,描述)，优选发 动机状态和变速器工作范围状态(混合动力范围状态描述)。预测加速输出转 25矩请求和预测刹车输出转矩请求被输入到战鹏制系统310。战鹏制系统310 在每100毫秒(ms)循环周期和每25毫秒(ms)循环周期内优选由HCP 5执 行。期望的变速器10工作范围状态和从发动机14到变速器10的期望输入速度 被输入至嫉挡操作和发动机启动/停必空制系统320。
换挡操作和发动机启动/停止控希係统320控制着魏器运行中的变化(变 30速器命令)，包括基于动力系系统的输ASJ运行来改变工作范围状态。这包括，如果tt^工作范围状态不同于当前的工作范围状态，通鹏制离合器C1 70，C2 62，C3 73,C4 75中一个或多个致动情况的改变和其它变速器命令，执行 器工 作范围状态改变的命令。当前工作范围状态(实际混合动力范围状态)和输入
转速曲线是可以被确定的。输入转速曲线m即将至u来的输入转速的估测，并
5且优选由标量参数值构成，该数值是即将到来的循环周期的目标输入逸度。发 动机操作命令和驾驶员转矩请求都是建立在变速器工作范围状态中的转换期间 的输A3M曲线基5til^Jl的。
战术控制系统(Tactical Control and Operation) 330，制循环周期内的一 个期间被重复执行，以确定用于操作发动机14的发动机命令，包括基于输出转
10速、输入魏以及驾驶员转矩请求，从发动机14输入至咬速器10的雌输入 转矩，并且驾驶员转矩请求包括直接加速输出转矩请求、预测加速输出转矩请 求、直接刹车输出转矩请求、预测刹车输出转矩请求、轴转矩响应类型以及变 速器当前工作范围状态。所述发动机命令还包括两类发动机状态，第一类包括 全缸运行状态和停fc设行状态二者之-—，其中停ft虚行状态是指部分发动机气
15缸停止运行并终止供应燃油的状态，第二类包括供油状态和停油状态二者之一。
输;转矩(Tii构成的发动机命令^^在ECMZ3中^定。用于离合器C1 70:C2 62，C3 73和C4 75中各自的离合器辦巨(Tcl)，包括当前致动离合器和非致动 离合器，ife^在TCM17内i啊古。
20 输出和电机辦巨确定系统340被用来决定来自动力系的 输出转矩(输 出转矩命令)。这包括确定电机转矩命令(TA， TB)，从而将净所需输出转矩 传递到^I器10的输出部件64，以便更好地满足驾驶员辦巨请求，在本具体实 施方式中是通,制第一和第二电动机56和72来实现的。直接加速输出转矩 请求、直接刹车输出转矩请求、来自发动机14的当fm入徵巨和估观啲致动离
25合器转矩、变速器10的当前工作范围状态、输入,、输入,曲线以及轴转 矩响应类型都是输入信号。输出和电动机转矩确定系统340在一个循环的每次 重复期间被运行，以确定电机转矩命令。输出和电机转矩确定系统340包含算 法代码，且在6,25ms和12.5ms循环期间定期运行以确定tt^的电动机總巨命令。 当驾驶员选择^3I器档位选,114的，，控制 运行在前行方向时，
30混合动力系受控以响应油门踏板113处的驾驶员输入，从而将输出转矩传送到输出部件64，并和传动系统90作用，在车轮93处产生牵弓l转矩，推动糊前 行。类船也，当驾驶员选择魏器档j雄择器114的隨，控制车鹏行在倒 退方向时，混合动力系受控以响应油门踏板113处的驾驶员输入，从而将输出 转矩传送到输出部件64，并和传动系统90作用，在车轮93产生牵引转矩，沿 5倒退方向推动车辆。更合适的说法是，只要输出转矩足够克服车辆受至啲外部 负载，例如道路坡度、空气动力负载和其它负载，驱动车辆就能作用于车辆的 加速度。
图4描述了发动丰/U:作点确定函数400，该函数用于确定发动机工作点，从 而控制发动机14，以便发动机14和第一和第二电动机56和72共同将牵弓l功率
io传送到 器10,从而控制输出功率Po，亦即输出到输出部件64的输出自 NO和输出转,巨T0。发动禾;iX作点确定函数400 ，匕处是关于带有第一和第二 电机56和72的典型双模式混合动力系系统而描述的，但是该函数也肖調于其 它典型混合动力系系统，例如使用一个电机的混合动力系系统(未示出)，以 及带式交流发电杉跑动装置(下文称为BAS)混合动力系系统(未示出)。
15在混合动力系系统的每个典型类型中，发动机工作点确定函数400基于驾 驶员功率请求、运行状态检测以及ESD74的充电状态(SOCBAT)来确定发动机 工作点。发动机工作点确定函数400基于动力系系统的肖讀有效运行和驾驶员 功率请求来确定优选的发动机工作点和用于第二转矩发生装置的优选工作点。 在典型双模式混合动力系系统中，发动机14和第二转矩发生装置(例如，第一
20或第二电机56或72)直接将牵弓l力和与变速器10相连接，从而将输出功率P0 从变速器10供至输出部件64。在BAS混合动力系(未示出)中，发动机(未 示出)通过向变速 {共输入功率而直接将牵引功率和^1器(未示出)相连， 而第二转矩发生装置(未示出)将功率直接和发动机相连，并且通过发动机间 接地将功率传送给变速器。因此，在示例性BAS混合动力系统中，对变速器的
25每个工作状态范围，从变速器到输出部件的输出功率Po直接和从发动机到变速 器的输入功率P,成比例。
当发动机工作点确定函数400用在如前所述典型双模式混合动力系系统内 的转矩请求控审孫统中时，输入到该函数的驾驶员功率请求由驾驶员转矩请求 构成。输入到发动机工作点确定函数400的运行状态检测输入可包括外部运行
30状态和动力系系统运行状态。动力系系统运行状态可以包括发动机运行状态，例如发动机状态、输入速度和输入转矩；变谨器工作范围状态；电牛腿行状态， 例如电机的电动机转矩和电机MJt;以及电能存储體工作状态，例如电池电 压、电池温度和可用电量。
发动机工作点可包括发动机状态、牵弓l输出等级以及发动机14的运行状态。 5牵引输出等级可以包括一个或多，入 器10的输AiI度H、输入转矩T, 和输入功率&。例如，典型双模式混合动力系系统中，在战18ffi制系统310中 4顿方法400以确定包括输AiMN,的发动机工作点，而在战术控制系统330 中使用方法400以确定包括输入转矩T,和下文将进一^细描述的发动机状态 的发动机工作点。
10 图5描述了战术控制系统330的发动机状态和转矩确定函数500。发动机状 态和转矩确定函数500包括优化函数502以及发动机状态和发动机转矢腿择函 数504。转矩确定函数500主要作用于稳态输入以选择,发动机状态并且确定 从发动机14到变速器10的 输入转矩。I4A优化函数502的输入由源于换 挡操作和发动机启动/停ll^制系统320的输入组成，包掛 器10的超前工作
15范围状态(超前混合动力范围状态)、超前预测的输入加速曲线以及超前工作 范围状态中每个致动离合器对应的的离合器反作用转矩的预测范围(最小慮大 预测离合器反作用總巨)。最优化函数502进一步输入预观啲加速器输出转矩、 用于ESD74的预测电功率限制、由BPCM21测定的ESD74的充电状态 (SOCBAT)、由输出变速器，悔殺& 84测定的，器10的输出速度(No)
20以及外界气压和气温。输入部件12的当前速度，即Ni，被确定并且随同变速器 10的当前工作范围状态一起Mffl来确定变速器10的超前工作范围状态和离合 器反作用转矩的预测范围。
变速器10的超前工作范围状M括'，器10工作范围状态的超前时移， 以适应工作范围状态中要求的改变和实际工作范围状态中要求的改变之间的响
25应时间滞后。因此，变速器10的超前工作范围状态就^^需的工作范围状态。 超前预测的输入加速曲线包括输入部件12的预测输入加速曲线的超前时间时 移，以适应在预观啲输入加速曲线中要求的变化和预观啲输入加速曲线中实测 变化之间的响应时间滞后。因此，超前预测的输入加速曲线是输入部件12在时 移后发生的预测的输入加速曲线。指定为"超t"的参数用于实现通过动力系同
30时传递转矩，其中动力系中采用了具有不同响应时间的装置，并最终将转矩汇集到共同的输出部件64上。特别是，发动机14的响应时间是300400ms量级， 每个转矩传递离合器Cl 70，C2 62，C3 73和C4 75具有150-300ms量级的响应时 间，而第一和第二电动机56和72贝U可具有达到10 ms量级的响应时间。预测 电功率限制包括用雅行ESD74的瑜出功率Pbat的雌工作范国。监^SA加 5速油门踏板113和制动刹车踏板112的驾驶员输入以确定驾驶员转矩请求，该 转矩请求和轴转矩响应类型一起经由预观懒出转矩成形滤波过滤器(未示出) 整形，以产生净预测输出转矩(未示出)和超前预测输入加速曲线。
最优化函数502用到了以下函数的输入，这些函数包括供油全缸状态下
运行发动机的 输入转矩和相关运行成本的确定函数(确定供油M[状态下 10 P继的Ti) (512)，停油^fe工状态下运行发动机的输入转矩和相关运行财的 确定函数(计算停油^^工状态下的Ti) (514)，供油停缸状态下运行发动机的 优选输入转矩和相关运行成本的确定函数(确定供油停缸状态下优选的Ti) (516)，停油停缸状态下运行发动机的输入辯巨和相关运行成本的确定函数(计 算停油停缸状态下的Ti)。 ! 5用于确定在供油^工状态512下运行发动机14的 输入辦巨的函数和用 于确定在供油停缸状态516下运行发动机的输入辦巨的函数，都采用了优化函 数，其中齡最优化函数都用于确定允许输入转矩的搜索范围，并在搜索范围 内重复评估备选输入转矩的成本。每个最优化函数在多次重复校准后选择具有 劇氐^*的备选输入转矩作为 的发动丰紅作点。 20用于确定在供油勉工状态512下运行发动机14的 输入转矩的函数输出 在该状态下运行发动机14的优选输入總巨(全缸输入辦巨)和相应的运行成本
Pc()STH几丄凡EL。
用于确定在停油全缸状态514下运行发动机14的输入辯巨的函数输出在该 状态下运行发动机14的输入總巨(停油停缸输入转矩)和相应的运行^ Pcckt
25 FULLFCO。
用于确定在供油停缸状态516下运行发动机14的,输入转矩的函数输出 在该状态下运行发动机14的输入辦巨(停缸输入辦E)和相应的运行# Pcom
DEACTFUELo
用于确定在停油停缸状态518下操作发动机14的，输入转矩的函数输出 30在该状态下操作发动机14的输入转矩(停油停缸输入转矩)和相应的运行成本
17PcOSTDEACTFCO
上:i^iE行成本,艮卩PcOSTFULLFUEL、 PcOSTFULLFCO、 PcOSTDEACTFUEL禾口 PcOSTDEACT
FC0，采用下面的方程l，可计算出总动力系功率财Pmss丽al。 Ploss total=Ploss mech+Ploss brake+Ploss motor+Ploss腦 [1] 5 十Ploss soc fuel+Ploss bat+Ploss soc pbat
变速器10的功率损,括机械功率损耗成本(Plossmech)，当来自摩擦刹 车系统的反向转矩传递到传动系统90时，还进一步包括刹车功率损耗成本 (P,眼kf》。机械功率损耗成本P固刚包括基于发动机14输A3M Ni、 传送到输出部件64的输出转速No和变速器10工作范围状态确定的变速器旋转 10损耗。旋转转矩损耗可以通过粘滞阻力謝亍模拟，其中阻力转矩与输出转谨No 成比例。
刹车功率损耗成本Pmss BRA旺基于刹车系统的刹车総巨确定。刹车功率损耗 由动力系系统提供的输出转矩To乘以输出转速No，和基于油门踏板112和刹 车踏板113的驾驶员输入的净输出转矩请求乘以输出转速No之间的差值构成。 15刹车功率就是，为了满足驾驶员转矩请求，而被作为动力系系统补充的刹车系 统所吸收的功率值。
电动机功率损耗^ (Plossmotor)包括第一和第二电机56和72的功率损
耗。电动机功率损耗成本PL0SS mo'隨可基于电动机转矩Ta和Tb以及电机转速
N八和Nb摘定。电动机功率使用预定系数和电动机转矩ta和tb进行计算。预 20定系数作为电动机自na和nb的函数，被im^用并制表。电动机功率损耗 由供应给第一和第二电动机56和72的电能减去第一和第二电动机56和72产 生的机械能构成。
发动机14的功率损耗包括发动机功率损耗成本(P^SS ENC3)和发动机功率 损耗充电状^i扁差因子(PlOSSSOCFUEL)。发动机功率损耗赫PLOSSENG包括用
25于发动机14的燃油消耗的功率损耗。发动机功率损耗财Plosseng利用下面的 方程2确定
PlX)SSENG^CMEPPFF'mFUEL-PENG [2]
其中cmeppff是基于由驾驶员请求的，输出到输出部件64上，且熗波后的 输出功率的燃油功率成本因子。滤波后输出功率计算方法是用输出转速no 30乘以预测加速器输出转矩请求，然后对计算结果进t亍滤波。燃油质量流量等级m,L和发动机输出功率PENC是基于发动机工作点而确定的。
发动机功率损耗充电状态偏差因子Ploss soc fuel 基于和优选充电状态相关 的ESD74充电状态，对发动机14燃油功率消耗的功率损耗添加偏差量。发动 机功率损耗充电状态偏差因子PmsssocFua可利用下面的方程3确定
5 PLOSSSOCPUEL《SOCFUEL'mFlJEL P]
发动机功率充电状态成本因子C soc Fi^可基于电池充电状态SOCBAT以及 从变速器10到输出部件92的输出功率Po或输出转速No来确定。
图6描述了典型系统中作为电池充电状态(SOCBAT (%))函数的发动机
功率充电状态成本因子(Csoc舰l)曲线540。当电池充电状态SOCBAT大于充
10电状态阈值时，例如该阈值为60°/。的充电状态，充电成本因子的发动机功率状
态随着电池充电状态SOCBAT的增加而增加。随着发动机功率充电状态駄因子
CsocFm,增加，发动机成本增加，从而增大了ESD74供应功率对发动机14供应 功率的比率。
图7描述了发动机14的功率成本(P)与输入转矩(T,)的发动机功率损 15耗(Plosseng)曲线550，发动机功率损耗充电状繊差因子(Plosssocfuel)曲 线560，和由发动机功率损耗加上发动机功率损耗充电状态偏差因子得至啲总发 动机功率损耗(Plosseng+Plosssocfuel)曲线570。
ESD 74的功率损耗包括电池功率损耗plossbat和电池功率损耗充电状，
差因子Plosssocpba「。电池功率损耗P匪涯t是当ESD74充放电时发生的功率损
20耗值。电池功率损耗PLOSS BAT由采用戴维宁等效电池模型，禾,下列方程4估 算的电池功率来确定
Plossbat^I2'Rt [4〗
其中RT是电池的戴维宁等效电阻，并且
I是电池电流，并且是电池功率PBAT的函数。利用查表法可确定作为电池
25功率Pbat函数的电池功率损耗Plossbat。
电池功率损耗充电状态偏差因子利用下面的方程5确定 PlDSSSOCBAT《SOCNEGPBAT'^i11 (PBAT+PBATSHIFr,0) [5]
+CsocpospBATTnax (Pbat+Pbatshift，0) 正(或积极)电池充电状态!^因子CsocPOSP丽、负(或消极)电池充电 30 状态^Jt^因子C socneg pbat、 以及电池转换充电状态^K本因子Pbatskfi都可基于电池充电状态socbat和输出转速no，或者电池充电状态SOCbat和瑜出功率
Po确定。
图8描述了相对于充电状态(socbat)的正电池充电状态成本因子(CsocPOS PBAT)的曲线610、负电池充电状态駄因子(Cs0CNEGPBAT)的曲线612和电池
5转换充电状态成本因子(CBATSHrFr)的曲线614。当电池充电状态小于充电状态
阈值低值时，例如在45%充电状态下，正电池充电状态淋因子CsoCPOSPBAT随 着电池充电状态的M^而增加。随着正电池充电状态成本因子CsoCPOSPBAT增加， 电池功率损耗充电状态偏差因子PLOSSSOCPMT增加了放电成本，从而减小了
ESD74供应功率相对发动机14供应功率的比率。当电池充电状态大于充电状态 io 阈值高值时，例如在65%充电状态时，负电池充电状态成本因子C soc neg pba丁
随着电池充电状态的增加而M^。随着负电池充电状态鹏因子CsocNEGPB八t 减少，电池功率损耗充电状态偏差因子PU)sssocpbat增加了充电成本，从而增大
了 ESD74供应功率对发动机14供应功率的比率。当电池充电状态小于充电状
态的阈衝氏值时，例如在40°/。充电状态下，电池转换充电状态赫因子CBATSHIFr
15随着电池电状态的减少而增加，而当电池充电状态大于充电状态的阈值高值时， 例如在70%充电状态下，电池转换充电状态成本因子CBATSHFr随着电池充电状
态的增加而减少。随着电池转换充电状态成本因子cbatsh!ft增加，电池功率损
耗充电状态偏差因子Ploss soc pbat增加了放电i^，从而减小了 ESD74供应功
率与发动机14供应功率的比率。随着电池转换充电状态财因子CBATSHIFr^K
20 电池功率损耗充电状态偏差因子Ploss soc pbat 增加了充电成本，从而增加了 ESD74供应功率对发动机14供应功率的比率。
图9描述了当ESD74具有高充电状态(高SOC)(例如，超过65%充电 状态)、标准充电状态(标准SOC)(例如，在45~65%充电状态之间)和低充 电状态(低SOC)(例如，低于45%充电状态)时用于充放电操作的，且作为
25电池功率输出PBAT的函数的电池功率损耗充电状态偏差因子PmsSSOCPBAT。当
ESD74处于高充电状态范围(630)，随着电池功率增加(由正在增加的充电状
态指示)，对低于电池功率阈值的电池输出功率pbat，电池功率损耗充电状态
偏差因子plx)sssocpbat增加(主要在充电区域)。当ESD74处于低充电状态范 围(634)，随着电池功率减少，通过正在减少的充电状M指示，高于电池功
30率阈值的电池输出功率P BAT的电池功率损耗充电状态偏差因子Pmss soc pbat增
20力口，(主要在放电区域)。当ESD74处于标准充电状态范围(632)，电池功
率损耗充电状态偏差因子PU)SSSOC,，MT是标准值或零，且该值是固定不变的。
发动机状态和发动机转矩选择函数504将输入转矩，以及包括实际发动机 状态和容许发动机状态一起的相关运行成本作为输入。允许发动机状态包括， 5无论每个发动机状态被使能与否，无论往备选发动机状态的转换是否被允许， 用于通知燃油优化函数的使能信号。使能信号包括供油停缸状态的使能信号； 停油停缸状态的使能信号；以及停油全缸状态的使能信号。供油全缸状态是一 直使能的。
发动机状态和发动机转矩选择函数504确定和输出 发动机汰态和目标 io输入转矩，该转矩相当于优选发动机状态的1 输入转矩。发动机状态和发动 机转矢腿择函数504将发动机状态的使能信号指示被激活，且其运行成本也对 应于一乡腺动丰腿行成本中的劇氐鹏的发动机状劍乍为雌发动机状态。
本发明描述了特定的iM实施例及其变型。在阅读和理解说明书的基础上， 其他人还可以实现进一步的变型和修改。因此，这意味着本发明不仅仅被局限 15于特定的实施例，尽管所述实施例是考虑实现本发明的最佳模式，而是将包括 所附权利要求范围中的所有具体实施方式
。
20
权利要求
1、一种控制发动机和电机的方法，其中所述发动机和电机可操作地将牵引力与变速装置相连从而控制传送到输出部件的输出功率，而且所述电机与电能存储装置电耦合，该方法包括监控驾驶员功率请求；监控电能存储装置的充电状态；基于驾驶员功率请求和电能存储装置的充电状态确定多个备选发动机工作点中每一点的运行成本；以及在具有优选运行成本的备选发动机工作点处运行发动机。
2、 如权利要求1戶M的方法，进一步包括基于备选发动机工作点的运行成本为多个发动机状态中的每一个选择优选发动机工作点；以及基于每--个发动机状态的"谜发动1工作点的运行成本选择发动机状态。
3、如权利要求1戶脱的方法，进一步包括基于运行成本确定发动机状态的〈皿发动机工作点。
4、 如权利要求1戶皿的方法，其中确定运行成本包括确定旨备选发动 机工作点的发动机功率损耗成本。
5、 如权利要求4戶脱的方法，其中确定运行^:进一步包括基于电能存 20储装置充电状态确定发动机功率损耗^*偏差因子。
6、如权禾腰求5戶腿的方法，其中确定运行成本进一步包括确定电池功率 损耗成本。
7、如权利要求6戶腿的方法，其中确定运行财进一步包括基于电能存 M^置充电状态确定电池功率成本偏差因子。
8、如权利要求1所述的方法，其中确定每个备选发动机工作点的运行成本包括确定机械功率损耗成本、电动机功率损耗成本和刹车功率损耗成本。
9、如权利要求1所述的方法，进一步包括确定备选发动l/l工作点的搜索范围在搜索范围内执行搜索功能以在搜索范围内选择备选发动机工作点； 30 确定每个备选发动衫L工作点的运行成本；以及选择具有最低成本的备选发动机工作点作为优选发动机工作点。
10、如权利要求9所述的方法，其中确定每个备选发动机工作点的运行成 本包括确定发动机状态的每个备选发动机工作点的运行成本，该发动机状态包 括供油发动机状态和停油发动机状态。
11、如权禾腰求l戶脱的方法，进一步包括确定来自发动机的输入總巨的搜索范風在来自发动机的输入转矩的搜索范围内执行搜索功能，以在搜索范围内选 择备选输入转矩；确定每个备选输入转矩的运行成本；以及 io 选择具有最低成本的备选输入转矩作为发动机 输入转矩。
12、 如权利要求1所述的方法，其中监控驾驶员功率请求包括监控驾驶员 转矩请求。
13、 如权利要求1所述的方法，进一步包括-基于具有 运行成本的备选发动机工作点和驾驶员动力请求确定优选 15电动机辩巨；以及基于,电动机辦巨运行电动机。
14、 如权利要求1戶，的方法，其中发动机工作点包括输入^M器装置的发动机输入转矩。
15、 一种控制发动机和电动机的方法，其中戶腿发动机和电动机将牵弓l功 率与变速装置相连从而控制输出到输出部件的功率，所述电动机与电能存《線 置电耦合，该方^^括监控驾驶员功率请求； 监控电能存^^S的充电状态；为多个发动机状态中旨状态选择备选发动机工作点； 基于驾驶员功率请求和电能存储装置的充电状态确定多个用于发动机状 态中每一个状态的每一个备选发动机工作点的运行成本；以及在具有iMM行成本的备选发动机工作点处运行发动机。
16、 如权利要求15所述的方法，其中备选发动机状^S括供油发动机状 态和停油发动机状态。
17、如权禾腰求15戶舰的方法，其中为供油发动机状态选择备选发动机工作点包括在备选发动机工作点搜索范围内确定,发动^ax作点。
18、 如权利要求15戶腿的方法，其中候补发动机状态包括供油全嘸工状态; 停油全缸状态；供油停缸状态；以及停油停缸状态。
19、 如权利要求15所述的方法，其中发动机工作点包括发动丰/腿度、发5动机转矩和发动机功率之一。
20、 一种控制发动机和电动机的方法，其中所述发动机和电动机将牵弓l功 率传送到变速器装置从而控制输出到输出部件的输出功率，且所述电动机与电 能存储鍵电耦合，该方》跑括监控驾驶员转矩请求； 0 监控电能剤t^g的充电状态；基于驾驶员功率请求和电能存储装置的充电状态确定--个备选发动机状 态的多个备选发动机转矩中每一个傲巨的运行成本；以及在具有最小运行成本的备选发动机状态和备选发动机工作点处运行发动
全文摘要
本发明涉及混合动力系系统中发动机的操作方法。其中，发动机和电动机可操作地将牵引力和变速器装置相连，从而控制传送到输出部件的输出功率。电机与电能存储装置电耦合。用于控制发动机和电机的方法包括监控驾驶员功率请求，监控电能存储装置的充电状态，基于驾驶员功率请求和电能存储装置的充电状态确定多个备选发动机工作点中每一个工作点的运行成本；以及在具有优选运行成本的备选发动机工作点处运行发动机。
文档编号B60W20/00GK101445111SQ20081018872
公开日2009年6月3日 申请日期2008年11月3日 优先权日2007年11月3日
发明者A·H·希普, A·J·科尔塞蒂, J·L·拉蒂 申请人:通用汽车环球科技运作公司