混合动力车辆及关联的发动机启停控制方法

混合动力车辆及关联的发动机启停控制方法
【专利摘要】公开了一种混合动力车辆及关联的发动机启停控制方法，其中，该车辆在一些运转模式下仅由马达推进，在其它运转模式下，每当制动踏板被释放，内燃发动机被设置为运行。在一些运转模式下，控制发动机以模拟具有离散传动比变速器的车辆，其中，响应于车速和虚拟档位号控制发动机转速。虚拟档位号响应于驾驶员启用换档选择器而改变。当驾驶员选择高档位号时，使用修正的算法，仅允许某个马达运转，但是响应于加速踏板位置的特定增加而启动发动机。
【专利说明】混合动力车辆及关联的发动机启停控制方法
【技术领域】
[0001]本公开总体上涉及响应于驾驶员输入而控制混合动力车辆的发动机转速和组合的输出扭矩。
【背景技术】
[0002]在具有离散传动比变速器(discrete ratio transmission)的车辆中，除了变速器从一个传动比转换为另一个传动比时的短暂间隔期间，变速器输入轴的转速通过有限的一组传动比而被约束为与车速成比例。当变矩器锁定时，发动机转速也被约束为与车速成比例。另一方面，在具有动力分配(power-sp I i t)架构的混合动力电动车辆中,变速器并没有在发动机转速和车速之间机械地施加严格的关系。
[0003]即使在具有自动变速器的车辆中(在该车辆中，通常通过控制器确定发动机转速或传动比的选择)，一些驾驶员也倾向于偶尔超越控制器以提供类似于手动变速器的操作。一些车辆配备有换档拨片或其它的驾驶员交互特征，该特征允许驾驶员相对于由车辆控制器自动选择的传动比而发信号请求更高或更低的传动比，使得发动机转速和车辆扭矩发生关联的改变。在离散传动比变速器中，控制器通过转换为离散传动比中不同的一个传动比而响应这类命令，该传动比相应地调节发动机转速并在车轮处提供关联的扭矩放大。然而，在具有无级变速器(CVT)或类似的变速箱的车辆(比如动力分配式混合动力车辆)中，因为变速器本身不能提供离散传动比和关联的不同的扭矩放大，所以响应更加复杂。

【发明内容】

[0004]公开的混合动力车辆控制策略实施四种不同的运转模式。驾驶员通过包括变速杆、降档选择器和升档选择器的多种驾驶员交互元件，而确定在任意给定的时间使用哪一种运转模式。在两种模式下，控制器模拟离散传动比变速器的操作，这两种模式均关于发动机转速和关于发动机和牵引马达的组合输出扭矩。控制器根据哪种运转模式被启用而使用不同的逻辑，以关闭发动机且仅仅通过电力来驱动。
[0005]在一个实施例中,提供一种控制具有发动机和牵引马达的混合动力电动车辆的方法，所述方法包括:当变速杆位于第一驱动位置时，使用牵引马达推进车辆，而发动机关闭；当变速杆位于第二驱动位置时，当车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机，并响应于制动踏板释放而启动发动机。在一些实施例中，所述方法还包括:响应于驾驶员启用升档选择器和降档选择器而调节档位号；当变速杆位于第二驱动位置且档位号超过预定值时，使用牵引马达推进车辆，而发动机关闭。所述方法还可包括:使用发动机推进车辆，使得车速与发动机转速之比是档位号的函数。在一些实施例中，所述方法包括:当变速杆位于第二驱动位置且档位号超过预定值时，计算作为档位号的函数的阈值加速踏板位置，并当加速踏板位置超过阈值加速踏板位置时启动发动机。
[0006]在一些实施例中，提供一种用于控制具有发动机和牵引马达的混合动力电动车辆的方法，所述方法包括:响应于驾驶员启用升档选择器和降档选择器而调节档位号；当档位号小于或等于预定值时，当车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机，并响应于制动踏板释放而启动发动机；当档位号超过预定值时，使用牵引马达推进车辆，而发动机关闭。所述方法还可包括:使用发动机推进车辆，使得车速与发动机转速之比是档位号的函数。在一些实施例中，所述方法包括:当档位号超过预定值时，计算作为档位号的函数的阈值加速踏板位置，并当加速踏板位置超过阈值加速踏板位置时启动发动机。
[0007]在多个实施例中，一种混合动力车辆包括:发动机；牵引马达；变速杆；制动踏板；控制器，被编程用于:i)当车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机；ii)当变速杆位于第一驱动位置时，命令牵引马达推进车辆，而发动机关闭；iii)当变速杆位于第二驱动位置时，响应于制动踏板释放而启动发动机。在一些实施例中，控制器还被编程用于:响应于驾驶员启用升档选择器和降档选择器而调节档位号。控制器还可被编程用于:运转发动机，使得车速与发动机转速之比是档位号的函数。控制器可另外被编程用于:计算作为档位号的函数的阈值加速踏板位置；当变速杆位于第二驱动位置，档位号超过预定值，加速踏板位置超过阈值加速踏板位置时，启动发动机。
[0008]提供一种用于控制具有发动机和牵引马达的混合动力电动车辆的方法，所述方法包括:响应于驾驶员启用升档选择器和降档选择器而调节档位号；当档位号小于或等于预定值时，当车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机，并响应于制动踏板释放而启动发动机；当档位号超过预定值时，使用牵引马达推进车辆，而发动机关闭。
[0009]所述方法还包括:使用发动机推进车辆，使得车速与发动机转速之比是档位号的函数。
[0010]所述方法还包括:当档位号超过预定值时，计算作为档位号的函数的阈值加速踏板位置，并当加速踏板位置超过阈值加速踏板位置时启动发动机。
[0011]一种车辆包括:发动机；牵引马达；变速杆；制动踏板；控制器，被编程用于:当车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机；当变速杆位于第一驱动位置时，命令牵引马达推进车辆，而发动机关闭；当变速杆位于第二驱动位置时，响应于制动踏板释放而启动发动机。
[0012]所述车辆还包括升档选择器和降档选择器，其中，控制器还被编程用于:响应于驾驶员启用升档选择器和降档选择器而调节档位号。
[0013]控制器还被编程用于:运转发动机，使得车速与发动机转速之比是档位号的函数。
[0014]控制器还被编程用于:计算作为档位号的函数的阈值加速踏板位置；当变速杆位于第二驱动位置，档位号超过预定值，加速踏板位置超过阈值加速踏板位置时，启动发动机。
[0015]根据本公开的多个实施例可提供一个或多个优点。例如，根据本公开的用于控制混合动力车辆的系统和方法在具有无级变速器或类似的变速箱的混合动力车辆中模拟或模仿自动有级变速器的手动或选择换档模式。此外，本公开的多个策略向混合动力车辆的驾驶员提供更多交互控制以手动地命令动力传动系统转速和加速从而提供增强的奢侈特性和运动感受。
[0016]通过下面结合附图对优选实施例进行的详细描述，上述优点和其它优点以及特点将显而易见。
【专利附图】

【附图说明】[0017]图1是说明根据本公开的混合动力车辆的代表实施例的车辆动力传动系统、控制器和用户交互特征的示意图；
[0018]图2是说明本公开的实施例的系统或方法的运转的状态转换图；
[0019]图3是说明根据多个实施例的当处于普通运转模式时系统或方法的运转的流程图；
[0020]图4是说明根据本公开的代表实施例的车速、加速踏板位置以及车轮扭矩命令之间的关系的图表；
[0021]图5是说明根据多个实施例的当处于实时驱动(Live-1n_Drive,LID)运转模式时系统或方法的运转的流程图；
[0022]图6是说明根据本公开的代表实施例的车速、虚拟档位号、发动机转速之间的关系的图表；
[0023]图7是说明根据本公开的代表实施例的实际的加速踏板位置、虚拟档位号或运转模式以及修改的踏板位置之间的关系的图表；
[0024]图8是说明本公开的一个实施例的当转换为LID或选择换档变速(SST)运转模式时初始的虚拟档位号的选择的流程图；
[0025]图9是说明根据本公开的实施例的当处于运动运转模式时系统或方法的运转的流程图；
[0026]图10是说明本公开的多个实施例的在特定运转模式中用于关闭和再启动发动机的策略的运转的流程图；以及
[0027]图11是说明根据本公开的多个实施例的当处于SST运转模式时系统或方法的运转的流程图。
【具体实施方式】
[0028]根据需要，在此公开了本发明的具体的实施例；然而，应理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以多种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一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应解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。
[0029]在图1中示意性地说明了用于混合动力电动车辆的动力传动系统。动力传动系统包括可驱动地连接至行星齿轮架22的内燃发动机20、可驱动地连接至中心齿轮26的发电机24以及可驱动地连接至环形齿轮30的输出轴28。当在这些元件之间存在机械能流动路径时，它们被可驱动地连接，使得这些元件的转速被约束为基本上成比例。行星齿轮架22支撑一组行星齿轮32，使得每个行星齿轮与中心齿轮26和环形齿轮30处于持续的啮合接合。输出轴28直接地或(例如通过差速器总成)间接地驱动车轮。
[0030]牵引马达34可驱动地连接至输出轴28。发电机24和牵引马达34两者都是能将电能转换为旋转机械能或者将旋转机械能转换为电能的可逆电机。术语“发电机”和“马达”应该被认为仅作为标签以便于描述而不限制任一电机的功能或运转。发电机24和牵引马达34两者都电连接至电池36。
[0031]中心齿轮26、齿轮架22和环形齿轮30的转速是线性相关的，使得齿轮架22的转速是中心齿轮26的转速和环形齿轮30的转速的加权平均。所以，在该设置中没有将发动机20的转速约束为与输出轴28的转速成比例。相反，可通过相应地设置发电机转速而独立于车速来选择或控制发动机转速。动力通过机械能传输和电能传输的组合从发动机流动至输出轴。在一些工况期间，忽略效率损失，发动机20能产生比传输至输出轴28的动力更多的动力并将动力的差异传输至电池36。在其它工况下，电池36与发电机24和/或牵引马达34组合能补充通过发动机20传输的动力使得更多动力传输至输出轴28。
[0032]发动机20、发电机24以及牵引马达34都响应来自控制器38的控制信号。这些控制信号确定产生的扭矩量。控制器还接收来自发动机20、发电机24和牵引马达34的转速信号以及来自电池36的荷电状态信号。控制器从制动踏板40、加速踏板42、变速杆(PRNDS )44、方向盘46、降档选择器48、升档选择器50以及巡航控制按钮51接收指示驾驶员意图的输入信号。变速杆44允许驾驶员选择驻车档(P)、倒车档(R)、空档(N)、行驶档(D)和运动档(S)行驶模式。
[0033]在图2中说明了顶层(top level)控制状态。控制器从状态60开始，并且一旦驾驶员使用变速杆44选择行驶档(D)位置就转换为普通模式62。图3中的流程图说明了普通模式中的运转。在普通模式中，控制器重复执行设置输出扭矩66、设置发动机模式68以及设置发动机转速70的操作。在普通模式中，在步骤66处基于加速踏板位置和车速使用表格(例如图4中说明的表格)计算目标输出扭矩。可以从牵引马达转速或车轮转速传感器计算车速。在步骤68处使用包括电池荷电状态、输出动力命令、加速踏板位置和车速的多种输入信号将发动机模式设置为运行或停机。如果发动机模式为运行，则计算目标发动机转速以最小化燃料消耗同时传输期望的输出扭矩并保持电池处于期望的荷电状态。在该无级变速(CVT)模式中，发动机转速响应于加速踏板位置和车速的改变而持续地改变，而不是以离散的速比阶来改变。最后，调节发动机、发电机和牵引马达的运转参数使得实际的输出扭矩和发动机转速趋向选择的目标。
[0034]再次参考图2，每当驾驶员启用降档选择器48时，控制器就从普通模式62转换为实时驱动(LID)模式72。LID模式模拟具有离散传动比变速器的车辆的驾驶体验。通过图5的流程图说明LID模式的运转。一旦进入LID模式，控制器便在步骤74处选择初始的虚拟传动比并且随后重复地执行步骤76和66'处设置输出扭矩、步骤78处设置发动机转速以及步骤80和82中更新虚拟传动比的操作。这些操作中的每个将在下面另外详细地讨论。如图2所示，许多状况导致控制器转换回普通模式62，这些状况包括车速下降到低的阈值以下或者自动选择的降档。另外，当控制器检测到通过巡航控制51的启用指示的巡航状况或者通过加速踏板位置减小指示的松开加速踏板状况并且该状况持续某预定时间量时，可触发转换。然而，如果在步骤84处控制器检测到高的驾驶员工作量，则后一种类型的状况将不引起转换，例如这些工作量可通过方向盘46的大位移，大的横摆率、俯仰率或侧倾率，或者高的纵向或侧向加速度指示。
[0035]再如图5所示，在LID模式72中，在步骤78处基于图6中说明的车速和虚拟档位号而计算发动机转速。对于特定的虚拟档位号(在说明的代表实施例中为I档到8档)，就像有级变速器(step ratio transmission)—样,发动机转速(We)直接与车速(V)成比例。然而，如果固定的传动比将导致发动机转速(We)小于最小发动机转速(Weniin)，则将发动机转速(We)设置为最小发动机转速(Wemin)。类似地，发动机转速(We)被设置为不高于最大发动机转速(Wemax)。最小发动机转速和最大发动机转速都可以是车速(V)的函数。
[0036]在步骤76中，使用表格(例如图7中说明的表格)从测量的加速踏板位置计算修改的加速踏板位置。该修改的加速踏板位置用于在步骤66'中代替实际踏板位置以计算目标输出扭矩。选择图7中的曲线来模拟具有离散传动比变速器的动力传动系统的输出扭矩容量。特别地，对于给定的任何非零的加速踏板位置，随着虚拟档位号(在该示例中为I档到8档)的增加，产生的目标输出扭矩降低。步骤76和66'的组合效果是发动机和至少一个牵引马达的运转，使得组合的输出扭矩对应于多个输出扭矩函数中的一个，对于关联的车速而言，在加速踏板位置的最大值处每个输出扭矩函数具有不同的输出扭矩。
[0037]再如图5所示，在步骤80处，控制器检查升档选择器或者降档选择器的启用并相应地调节虚拟档位号。在步骤82中，控制器确定是否需要自动调节虚拟档位号。特别地，可通过车速的增加而触发升档。类似地，当车速减小时可指示降档。然而，如上文提到的，当指示自动降档时控制器转换回普通模式62。校准自动换档标准，使得虚拟档位号的自动改变比传统的离散传动比自动变速器中的换档更加不频繁(less common)。
[0038]用于计算目标发动机转速和目标输出扭矩的算法都利用虚拟档位号。因此，一旦转换为LID模式就确定初始的虚拟档位号。在步骤74处，控制器选择将引起发动机转速增加的初始虚拟档位号。设置初始虚拟档位号的程序在图8的流程图中进一步说明。在步骤84中，控制器使用例如公式或查值表计算Wemax，当前车速时的最大发动机转速。然后，在步骤86中，控制器计算Gearmin,目标发动机转速将小于当前车速处的Wemax的最低虚拟档位号。可通过迭代算法或使用查值表完成这一步骤。然后，控制器计算当前车速处对应于Gearmin的目标发动机转速，W(V，Gearmin)。在步骤88中，将W(V,Gearmin)与当前发动机转速Wecurrent比较。如果Weeunent高于W(V，Gearmin)，那么目标发动机转速将受最大发动机转速的限制。因此，在步骤90中，将目标档位设置为Gearmin-1且将目标发动机转速设置为Wemax。然而，在Weeunent小于W (V，Gearfflin)的更加典型的情况中，步骤92选择将引起发动机转速相对于当前发动机转速增加的最高虚拟档位号。
[0039]再次参考图2，每当驾驶员将变速杆44移到运动(S)位置时，控制器便从普通模式62转换为运动模式94。通过图9中的流程图说明运动模式的运转。控制器重复执行96和66'，处设置输出扭矩、99处设置发动机转速以及98处设置发动机模式的操作。为了对加速踏板移动提供更加动感的反应，基于如图7中上部的粗实线238说明的修改的加速踏板位置计算目标输出扭矩。选择实际的加速踏板位置和修改的加速踏板位置之间的映射使得其值在最小值237处和最大值239处相等，但是对于所有的中间水平而言修改的值更高。
[0040]再如图9所示，在步骤99处使用与普通模式中使用的算法类似的算法设置目标发动机转速。然而，目标发动机转速相对于在普通模式中将使用的值按比例增加指定量，例如10%-20%。不同于在普通模式中使用的设置发动机模式的算法，在步骤98处指示的在运动模式中使用的算法只在车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机。在图10中说明了修改的发动机模式设置算法。在100处如果发动机当前是关闭的，那么如果在104处车辆正在移动或者在106处制动踏板是释放的,则在步骤102处再启动发动机。类似地,在100处如果发动机当前是运行的，那么只有在110处车辆是静止的且在112处制动踏板被踩下的情况下，才在步骤108处关闭发动机。
[0041]如图2所示，当处于运动模式94时如果驾驶员启用升档选择器或降档选择器，则控制器转换为选择换档变速(SST)模式114。在SST模式中，如关于LID模式所描述的，设置目标发动机扭矩和目标发动机转速以模拟离散传动比变速器。然而，控制器将保持在SST模式，直到驾驶员通过控制换档选择器48或50达数秒或者通过将变速杆44移动回行驶档(D)位置而指示希望离开该模式为止。通过图11中的流程图说明SST模式的运转。在SST模式中，在步骤80'处响应于降档选择器48和升档选择器50的启用以与LID模式中的方式相同的方式调节虚拟档位号。另外，在116处控制器可响应于车速或加速踏板位置的改变而自动调节虚拟档位号，升档或降档。当车辆停下来时，该自动的特征将虚拟档位号设置为I档。然而，在步骤118处当车辆静止时驾驶员可通过操作换档选择器而超越该选择。在SST模式中，发动机模式取决于虚拟档位号、车速以及加速踏板位置。在步骤120处，控制器计算发动机关闭极限，该极限是低于其则启用电力驱动的加速踏板位置。关闭极限是输出动力需求、虚拟档位号和车速的函数。通过图7中的黑色圆圈256说明特定车速和输出动力需求处用于多个传动比的关闭极限。在122处当启用较高的虚拟档位号(即5档-8档)中的一个且加速踏板位置小于关闭极限时，使用普通模式的普通发动机模式算法68'。在122处如果启用较低的虚拟档位号(即I档-4档)或者如果加速踏板位置在发动机关闭极限以上，则使用运动模式和LID模式的更加约束的算法98'。
[0042]如通过上文描述的代表实施例所说明的，根据本公开的多个实施例能提供一个或多个优点，例如在具有无级变速器或类似的变速箱的混合动力车辆中模拟自动有级变速器的手动或选择换档模式。另外，本公开的多个策略向混合动力车辆的驾驶员提供更多交互控制以手动地命令动力传动系统转速和加速从而提供增强的奢侈特性和运动感受。
[0043]虽然上文描述了示例性实施例，但是并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，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，可作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。此外，可组合多个执行实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。虽然已经关于一个或多个期望的特性描述了提供优点的或优于其它实施例的多个实施例，但是本领域的技术人员应清楚，可以折衷一个或多个特性以实现期望的系统属性，该属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性包括但不限于:成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。被描述为对于一个或多个特性可取性低于其它实施例或现有技术实施方式的在此描述的实施例没有在本公开的范围之外并且可能对于特定应用是可取的。
【权利要求】
1.一种用于控制具有发动机和牵引马达的混合动力电动车辆的方法，所述方法包括: 当变速杆位于第一驱动位置时，使用牵引马达推进车辆，而发动机关闭； 当变速杆位于第二驱动位置时，当车辆静止且踩下制动踏板时关闭发动机，并响应于制动踏板释放而启动发动机。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括: 响应于驾驶员启用升档选择器和降档选择器而调节档位号； 当变速杆位于第二驱动位置且档位号超过预定值时，使用牵引马达推进车辆，而发动机关闭。
3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括: 使用发动机推进车辆，使得车速与发动机转速之比是档位号的函数。
4.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括: 当变速杆位于第二驱动位置且档位号超过预定值时，计算作为档位号的函数的阈值加速踏板位置，并当加速踏板位置超过阈值加速踏板位置时启动发动机。
【文档编号】B60W10/115GK103523017SQ201310271929
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2012年7月2日
【发明者】邝明朗, 王青, 杰弗里·伦道夫·霍姆斯 申请人:福特全球技术公司