用于控制车辆的传动系统的方法

专利名称：用于控制车辆的传动系统的方法
技术领域：
本公开涉及ー种用于车辆(例如，混合动カ电动车辆或插电式混合动カ电动车辆)的控制的方法。
背景技术：
混合动カ电动车辆(HEV)通常由电池供电,该电池给电动机、发动机或者它们的组合供电。ー些HEV具有插电式特征，该插电式特征允许电池连接到外部电源，用于再充电，这些HEV被称为插电式HEV (PHEV)。HEV和PHEV的纯电动模式(EV模式)允许车辆仅使用电动机而不使用发动机来操作。以EV模式进行操作可通过提供更低的噪声及更好的车辆操控性(例如，更平滑的电操作，更低的噪声、振动及声振粗糙度(NVH)，更快的车辆响应)来提高乘坐舒适性。以EV模式进行操作还由于在操作期间车辆零排放而对环境有益
发明内容
各个实施例提供ー种智能方法，以在期望EV模式的区域自动地优先启用EV操作，并使得指定的车辆在EV模式下保持的时间比在其普通操作时保持的时间更长。在一个实施例中，提供一种用于控制车辆的传动系统的方法，所述车辆设置有电动机和发动机推进装置。所述方法包括识别车辆沿着行程路径的EV优先区域，确定车辆相对于预计要到达的EV优先区域的位置；基于车辆的位置及车辆的当前操作模式，使车辆执行纯电动模式的操作；基于车辆的位置及车辆的当前操作模式，使车辆执行充电模式的操作。在另ー实施例中，提供ー种用于控制车辆的传动系统的方法，所述车辆设置有电动机和发动机推进装置。所述方法使用当前驾驶模式、未来驾驶模式及地理信息中的至少ー个，针对沿着行程路径的EV优先段提供建议。当前驾驶模式和未来驾驶模式由可能的驾驶模式的数据库提供。当车辆位于EV优先段内，且电池电荷状态高于最小阈值吋，使车辆执行纯电动模式的操作，延迟发动机起动指令。当车辆接近EV优先段，且发动机起动时，还使车辆执行充电模式的操作，增加发动机输出功率，从而增加电池电荷状态。在另ー实施例中，ー种车辆设置有电动机、结合到电动机的电池、发动机及控制器。电动机和发动机通过传动系统结合到车辆的车轮。控制器电结合到电动机、电池及发动机。控制器被构造成(i)确定沿着行程路径的EV优先段，确定车辆沿着行程路径的位置；(ii)当车辆位于EV优先段内，且电池电荷状态高于最小阈值时，使车辆执行纯电动模式的操作，延迟发动机起动指令；(iii)当车辆接近EV优先段，且发动机起动时，使车辆执行充电模式的操作，增加发动机输出功率，从而增加电池电荷状态。


图I是能够实施本发明的混合动カ电动车辆的传动系统的示意性表示；图2是针对于图I中示出的传动系统的部件的功率流动路径的视图3是根据实施例的用于确定EV优先区域的算法的示意图；图4是根据实施例的描述沿着行程的区域及在各个区域中车辆操作的相关模式的不意图；图5是根据实施例的用于优先启用EV模式的算法的示意图；图6是根据实施例的用于优先使用电池的算法的示意图；图7是根据实施例的用于在预计要到达EV优先区域之前控制电池电荷状态的算法的示意图。
具体实施例方式按照要求，在此公开本发明的具体实施例，然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是可以以各种和可选形式实施的本发明的示例。没有必要按比例绘制附图，可夸大或最 小化ー些特征，以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不会被解释为限制，而仅仅是用于教导本领域的技术人员以多种方式实施本发明的代表性基础。车辆可具有两个或多个推进装置，例如，第一推进装置和第二推进装置。例如，车辆可具有发动机和电动机，可具有燃料电池和电动机，或者可具有如在本领域所公知的推进装置的其他组合。发动机可以是压燃式或火花点火式内燃发动机，或者可以是外燃式发动机，且预计使用各种燃料。在一个示例中，车辆是混合动カ电动车辆(HEV)(例如，插电式混合动カ电动车辆(PHEV))，该车辆还具有连接到外部电网的能力。PHEV结构在附图中使用且用于描述下面的各种实施例，然而，应该预计到各种实施例可用于具有如在本领域所公知的其他推进装置或者推进装置的组合的车辆。插电式混合动カ电动车辆(PHEV)涉及现有的混合动カ电动车辆(HEV)技术的扩展，在PHEV中，内燃发动机被电池组及至少ー个电机补充，以进一歩获得增加的里程和减少的车辆排放。PHEV比标准的混合动カ车辆使用更大容量的电池组，PHEV添加了从电网(电网将能量提供到充电站上的电出口)给电池再充电的能力。这进ー步提高了整个车辆系统在电驱动模式及碳氢化合物/电混合驱动模式下的操作效率。传统HEV缓冲燃料能量并以电的形式回收动能，以实现整个车辆系统的操作效率。碳氢化合物燃料是主要的能量源。对于PHEV来说，另外的能量源是在每个电池充电事件之后来自电网的储存在电池中的电能的量。虽然大多数传统HEV操作以使电池电荷状态(SOC)大致保持在恒定的水平，但是PHEV在下一次电池充电事件之前尽可能多地使用预先储存的电池电能(电网能量)。在每次充电之后，期望相对低成本的电网提供的电能完全用于推进和其他车辆功能。在电荷耗尽事件期间，在电池SOC降低到低保守水平之后，PHEV以所谓的充电保持模式恢复如同传统HEV那样的操作，直到电池再充电为止。图I示出了 HEV 10的传动系统构造和控制系统。功率分流式混合动カ电动车辆10可以是并联式混合动カ电动车辆。所示的HEV构造仅仅是为了示例的目的，并不意在限制，这是因为本公开应用于任何合适结构的HEV和PHEV。在这种传动系统构造中，存在连接到动カ传动系统的两个动力源12、14 :12是由利用行星齿轮组而彼此连接的发动机和发电机子系统的组合；14为电驱动系统(电动机、发电机、电池子系统)。电池子系统是用于发电机和电动机的能量储存系统。
改变发电机转速将改变发动机输出功率在电路径和机械路径之间的分流。另外，对发动机转速的控制导致发电机扭矩反作用于发动机输出扭矩。正是该发电机反作用扭矩将发动机输出扭矩传递到行星齿轮组22的齿圈齿轮，并最终传递到轮24。这种操作模式被称为“正向分流”。应注意的是，由于行星齿轮组22的运动学特性，导致发电机18可能沿着与发电机18的扭矩反作用于发动机输出扭矩的方向相同的方向旋转。在这种情况下，发电机18 (与发动机一祥)将动カ输入到行星齿轮组，以驱动车辆10。这种操作模式被称为“反向分流”。如正向分流模式的情况，从在反向分流期间对发电机转速控制导致的发电机扭矩反作用于发动机输出扭矩，并将发动机输出扭矩传递到轮24。发电机18、电动机20及行星齿轮组22的这种组合类似于电子机械式CVT。当发电机制动器(在图I中示出)被致动(并联模式操作)时，行星齿轮组22的太阳轮被锁止而不旋转，发电机制动扭矩成为发动机输出扭矩的反作用扭矩。在这种操作模式下，发动机输出功率全部通过机械路径以固定齿数比被传递到动カ传动系统。与传统车辆不同的是，在具有功率分流式传动系统的车辆10中，发动机16需要从 发动机转速控制导致的发电机扭矩或者发电机制动扭矩，以使发动机16的输出功率通过电路径和机械路径两者(分流模式)或者完全通过机械路径(并联模式)传递到动カ传动系统，用于使车辆10向前运动。在使用第二动カ源14的操作期间，电动机20从电池26获得电能，并独立于发动机16而提供推进力，用于使车辆10向前运动和反向运动。这种操作模式被称为“电驱动”或者纯电动模式或者EV模式。另外,发电机18可从电池26获得电能,反过来驱动稱合在发动机输出轴上的单向离合器，以推动车辆10前迸。发电机18可仅在必要时推动车辆10前迸。这种操作模式被称为发电机驱动模式。与传统的传动系统不同的是，这种功率分流式传动系统的操作将两个动カ源12、14结合成一起以无缝地工作，从而在不超过系统的限制(例如，电池限制)的情况下满足驾驶员的需求，同时整个优化传动系统的效率和性能。需要在这两个动カ源之间进行协调控制。如图I所示，在这种功率分流式传统系统中存在执行协调控制的分级式车辆系统控制器(VSC) 28。在传动系统正常(没有子系統/部件出故障)的情况下，VSC解释驾驶员的需求(例如，PRND及加速或减速需求)，然后基于驾驶员需求和传动系统限制确定车轮扭矩指令。另外，VSC 28确定每个动カ源在何时需要提供扭矩以及提供多大的扭矩，以满足驾驶员的扭矩需求并达到发动机的操作点(扭矩和转速)。在PHEV车辆10的构造中，电池26可使用插座32另外再充电(在虚线中示出)，插座32连接到电网或其他外部电カ源并且可能通过电池充电器/逆变器30结合到电池26。车辆10可以以电动模式(EV模式)操作，此时，电池26将全部电能提供给电动机20，以操作车辆10。除了节省燃料的益处之外，以EV模式操作可通过更低的噪声和更好的操控性(例如，更平滑的电操作，更低的噪声、振动及声振粗糙度(NVH)，更快的响应)来提高乘坐舒适性。以EV模式操作还由于在该模式期间车辆零排放而对环境有益。道路的区域或区段可被限定为EV优先区域或者如上所述的对车辆10以EV模式操作有益的驾驶区域。EV优先区域包括在需要频繁停止或交通拥堵的市区中的城市驾驶区域、具有严格的排放规定的地理区域和特定行程段等。在EV优先区域内，假设车辆10具有充足的电池26电荷等，则车辆可以以EV模式操作。VSC 28适合于使用驾驶模式识别方法来识别EV优先区域。所述驾驶模式识别方法使用算法，所述算法检测真实世界驾驶状况，并将真实世界驾驶状况识别为ー组标准驾驶模式(包括例如城市、高速公路、市区、交通运输、低排放等)中的ー种。在一个实施例中，该算法基于使用神经网络的机器学习。在其他实施例中，该算法基于支持向量机、模糊逻辑
坐寸ο关于现有的驾驶模式识别方法，已知的是，燃料效率与个人的驾驶风格、道路类型及交通拥堵等级相关联。已经开发了被称为设备一专用循环的ー组标准驾驶模式，以表示客车和轻型卡车在市区的拥堵等级和设备的宽范围内的操作。(例如，參见Sierra研究，30‘50 改良ー循环开发’，第51 2003-06-02号5丨61^&报告(2003)。)在这些标准驾驶模式下同样也获取驾驶风格。例如，对于相同的道路类型和交通等级，不同的驾驶员可导致不同 的驾驶模式。已经开发了ー种自动检测真实世界驾驶状况和驾驶风格并将其识别为标准模式中的ー种的在线驾驶模式识别方法。(例如，參见Jungme Park, ZhiHang Chen, LeonidasKiliaris, Ming Kuang, AbuIMasrur, Anthony Phillips, Yi L. Murphey 发表的“基于优化的控制參数及道路类型和交通拥堵的预测的机器学习的智能车辆动カ控制”，IEEE车辆技术会议记录，2009年7月17日，第9期第58卷。)这种在线驾驶模式识别方法基于使用神经网络的机器学习，其精度已被仿真所证明。应该注意的是，可在特征选择过程中通过改变特征(所述特征包括平均车速、最大速度、平均车辆加速度、最大加速度、停止次数、停止时间等)，来定制被考虑在EV操作模式期间使用的标准驾驶模式。因此，EV优先区域可被构造并校准为适合于各个消费者的喜好或者适合于各种曲线。图3示出了通过VSC 28仲裁并识别EV优先区域的算法流程50。算法50通过各种处理收集信息，所述信息包括当前驾驶模式52，预测的未来驾驶模式54及地理信息56。当前驾驶模式确定处理52确定车辆的当前驾驶模式58。当前驾驶模式58可从诸如(t-T，t)的最接近时间帧的驾驶状况和车辆状态获得，其中，t是当前时间，T是预设的选择时间。VSC 28将车辆状态信息60 (例如，发动机状态、电池状态等)提供给信号处理器62。信号处理器62使用车辆状态信息60确定处理的数据64 (例如，车速、分级曲线等)。使用模式參数提取功能68从处理的数据64提取各种选择的数据66或者模式參数。模式參数66作为输入提供给模式识别算法70，模式识别算法70从模式參数66识别当前驾驶模式58。模式识别算法70是如前面描述的驾驶模式识别方法。预测的未来驾驶模式确定处理54确定车辆沿着行程路径的一个或多个预测的未来驾驶模式72。预测的未来驾驶模式72可从各种预测的信息源74 (例如，来自使用全球定位的车载导航系统、车辆至车辆系统(V2V)、车辆至路边基础设施系统(V2I)、蜂窝网络等的信号和数据)获得。源74将路线信息76 (例如，预测的车速、预测的道路状况、距离等)提供给VSC 28。可设置交通模块78，以另外提供预测的交通信息80并补充与路线相关的信息76。使用模式參数提取功能84从预测的信息78、80提取模式參数82。模式參数82作为输入提供给模式识别算法86，模式识别算法86识别预测的驾驶模式72。模式识别算法86是如前面描述的驾驶模式识别方法。算法54将每个未来驾驶模式标记为预定义的驾驶模式中的ー种，然后将行程分成预定义的驾驶模式的多个段。地理信息确定处理56使用地理识别算法90，以利用来自预测的信息源74的数据(例如，来自使用全球定位的车载导航系统的信号和数据等)确定行程88的地理信息。地理信息确定处理56可被构造成识别车辆10的当前位置是位于EV优先区域内(例如，在市区或在具有严格排放规定的区域内)还是位于不会优先启用任意车辆操作模式的开放区域内。仲裁处理92接收当前驾驶模式58、预测的未来驾驶模式72及地理信息88，以为处于当前状态和/或处于沿着行程的各个位置的车辆10确定EV优先区域94。如通过仲裁处理92所确定的EV优先区域94的示例在图4中示出。行程100通过仲裁处理92被标记为不同的段102。行程100被分成EV优先区域104和开放区域106，EV优先区域104对车辆以EV模式操作有利，在开放区域106不会优先启用任意车辆操作模式(例如，EV模式，混合模式等)。
如图5所示，模式选择算法110用于使用EV优先算法113启用EV优先操作模式112，或者使用SOC保持/充电算法115启用SOC保持/充电模式114。例如，EV优先操作模式112导致车辆使用电池电能操作，井延迟发动机操作。电荷状态(SOC)保持/充电模式114导致车辆将多余电能储存或保持在电池中，同时发动机操作。模式112、114可按计划响应于各个行程区域102。例如，当车辆位于EV优先区域104吋，EV优先操作模式112基于算法113按预测的计划操作。当车辆在进入EV优先区域104之前位于开放区域106吋，SOC保持/充电模式114基于算法115按预测的计划操作。对于模式选择处理来说，在步骤116中，算法110确定车辆当前是否位于EV优先区域104内。如果车辆位于EV优先区域104内，则算法110运行EV优先算法113，以优先使用电池、延迟发动机的操作并以模式112操作车辆。如果车辆没有位于EV优先区域104内，则算法110前进到步骤118，步骤118确定车辆是否接近EV优先区域104，并可调用算法115。如果车辆(例如)在特定距离内或者在EV优先区域104的行驶时间内接近EV优先区域104，则算法110运行SOC充电/保持算法115，以启用SOC保持/充电模式114、给电池保存或增加额外电能、准备用于预计要到达的EV优先区域104和EV操作。如果在步骤118中，车辆10未接近EV优先区域104，则算法100致使车辆继续在其当前或默认策略120的作用下操作。默认策略120基于如使用VSC 28所确定的车辆10的操作状況，而可以是电操作和/或发动机操作。在各个实施例中，由于其他优先事件导致可不启用算法110，在所述其他优先事件中，要求车辆10以EV模式、发动机模式或者它们的组合模式操作。例如，优先事件可以是由温度限制、电池放电限制、电池过电压保护、发动机冷起动等导致的高优先级的发动机起
动/停止指令。图6示出了算法113的实施例，算法113用于通过在车辆10中优先使用电池以延迟发动机操作来确定以EV优先模式112的操作。算法113接收电池放电限制124和电动机功率限制126。算法113在步骤128中对限制124、126进行比较，以确定放电限制130。仲裁处理132通过将放电限制130与驾驶员要求的动カ134进行比较，确定车辆10是否能够仅在纯电动操作下行迸。仲裁处理132还确定电池的SOC 136是否高于电荷状态的最小阈值。如果当前放电限制130高到足以操作电动机以满足驾驶员动カ要求134，且SOC 136高于最小阈值，则车辆能够以EV模式操作，在步骤138中，算法113将默认的基于电能的发动机加快减慢(EPUD)指令设定为零，这导致如果没有其他条件触发更高优先级的发动机起动指令，则车辆10以EV模式112操作。图7示出了确定SOC保持/充电模式114的算法115的实施例。如果由步骤118确定了车辆接近EV优先区域104且当由步骤140确定发动机操作吋，则启用算法115。算法115接收电池的SOC 142、到达下ー个EV优先区域的时间或距离信息114。基于校准表146或其他功能，算法115通过进行功率调节148增加发动机输出功率。用于给电池充电的多余发动机功率148可按计划成为S0C、到达下ー个EV优先区域104的剰余时间或距离的函数。在正常操作下，功率调节148设定为零。与在当前的操作状况下发动机正常产生功率相比，功率调节148用于增加发动机功率，以提供额外功率给电池充电。当发动机已经操作时，算法115运行，以满足电池的机会性充电。在一些实施例中，如果发动机不在那一点运行，则算法115将不加快发动机操作。流程50表示可由VSC 28或者车辆10内的另ー控制器使用硬件、软件或者硬件和软件的组合来实现的控制逻辑。例如，可使用可编程微处理器执行各种功能。可使用任意 数量的已知的编程或处理技术或策略来实现所述控制逻辑，且所述控制逻辑不限于示出的顺序或秩序。例如，在实时控制应用中使用中断或事件驱动的处理，而非使用如所示的纯顺序策略。同样地，可使用并行处理、多任务或者多线程系统和方法。方法和算法与用于开发和/或实现示出的控制逻辑的任何特定的编程语言、操作系统处理器或者电路独立。同样地，根据特定的编程语言和处理策略，可在基本上相同的时间以示出的顺序执行各种功能或者以不同的顺序执行各种功能。在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可修改或者在一些情况下可省略示出的功能。虽然在上面描述了示例性实施例，但是不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，且应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，可结合各个实施的实施例的特征，以形成本发明的进ー步的实施例。
权利要求
1.一种用于控制车辆的传动系统的方法，所述车辆具有电动机和发动机推进装置，所述方法包括 确定车辆相对于EV优先区域的位置； 基于车辆相对于EV优先区域的位置及车辆的当前操作模式，使车辆执行纯电动模式的操作； 基于车辆相对于EV优先区域的位置及车辆的当前操作模式，使车辆执行充电模式的操作。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，执行纯电动模式的操作包括当车辆进入EV优先区域时，车辆以纯电动模式操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，执行纯电动模式的操作包括在EV优先区域内，在车辆以纯电动模式操作期间，优先使用电池电能。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，执行纯电动模式的操作包括在EV优先区域内，在车辆以纯电动模式操作期间，除非存在需要发动机操作的车辆动力负载，否则延迟发动机起动指令。
5.根据权利要求I所述的方法，其中，执行充电模式的操作包括当发动机起动且车辆接近EV优先区域时，增加发动机输出功率，以增加电池电荷状态。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，增加电池电荷状态导致以纯电动模式操作的时间增加。
7.根据权利要求I所述的方法，其中，通过确定当前驾驶模式及确定预测的未来驾驶模式来识别EV优先区域。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，通过从全球定位导航系统获得行程的地理信息来识别EV优先区域。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过仲裁当前驾驶模式、预测的未来驾驶模式以及行程的地理信息来识别EV优先区域。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，使用驾驶模式识别方法来确定当前驾驶模式。
全文摘要
本发明提供一种用于控制车辆的传动系统的方法，该方法包括识别车辆沿着行程路径的EV优先区域，确定车辆相对于预计要到达的EV优先区域的位置；基于车辆的位置及车辆的当前操作模式，使车辆执行纯电动模式的操作；基于车辆的位置及车辆的当前操作模式，使车辆执行充电模式的操作。
文档编号B60W30/182GK102826084SQ201210190860
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月11日 优先权日2011年6月15日
发明者王青, 王小勇, 邝明朗 申请人:福特全球技术公司