最大化可用再生同时维持线性车辆减速率的方法
【专利摘要】公开了最大化可用再生同时维持线性车辆减速率的方法。用于最大化由包括发动机、电极和配置成通过传动系传递扭矩的变速箱设备的动力总成中的电机获取的再生能量的方法包括检测操作者制动请求和监控检测到的操作者制动请求与最后检测到的前一个操作者制动请求之间的时间。如果时间超出预定的阈值时间则开始最大化的再生减速事件，包括在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速比和在车轴上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量。
【专利说明】最大化可用再生同时维持线性车辆减速率的方法
【技术领域】
[0001 ] 此披露涉及混合动力总成系统中的再生扭矩管理。
【背景技术】
[0002] 此段落中的陈述仅提供与本披露有关的背景信息。因此，这些陈述并不意欲构成 先前技术的承认。
[0003] 已知动力总成架构包括扭矩产生设备，该设备产生扭矩并且通过扭矩传输设备将 扭矩传递到包括用于牵引以推进车辆的一个或多个驱动轮的传动系。扭矩产生设备可以包 括内燃发动机和/或不使用内部燃烧作为能源的其他机器。其他非内燃能源可以包括存储 的电能、存储的液压能以及存储的气动能来产生牵引扭矩。电机可以利用存储的电能来生 成扭矩。此外，电机可以将通过驱动轮传输的车辆动能转换成可存储在能量存储设备中的 能量。
[0004] 已知的混合动力总成架构可以包括通过机械联接器以固定比可旋转地联接到电 机上的发动机曲轴。发动机、电机以及机械联接器可以皮带交流发电机起动机（BAS)配置 来布置。在减速事件过程中，电机可以通过施加到车辆车轴上的负扭矩获取再生能量，并且 电能存储设备可以存储再生能量。已知的是限制电机的最大能力来获取与最高变速箱齿轮 状态相关的再生能量以维持恒定的车辆减速率，并在利用电机的最大能力来获取与较低变 速箱齿轮状态相关的再生能量时避免车辆减速率的不可接受的改变。因此，以BAS配置布 置的混合动力总成架构在较低变速箱齿轮状态下时可以不完全利用电机的最大能力来维 持恒定的车辆减速率。
【发明内容】
[0005] -种用于最大化由包括发动机、电机和配置成通过传动系传递扭矩的变速箱设备 的动力总成中的电机获取的再生能量的方法包括检测操作者制动请求和监控检测到的操 作者制动请求与最后检测到的前一个操作者制动请求之间的时间。如果时间超出预定的阈 值时间则开始最大化的再生减速事件，包括在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备 的多个固定速比中选出的当前固定速比和在车轴上施加足以实现电机的最大能力以获取 当前固定速比下的再生能量的扭矩量。
[0006] 本发明可以包括以下方案： 1.用于最大化由车辆动力总成系统中的电机获取的再生能量的方法，所述车辆动力总 成系统包括内燃发动机、电机和配置成通过传动系将扭矩传递到包括一个或多个车轮的车 轴的变速箱设备，所述方法包括： 检测操作者制动请求； 监控检测到的操作者制动请求与最后检测到的前一个操作者制动请求之间的时间； 如果所述时间超出预定的阈值时间，则开始最大化的再生减速事件，最大化的减速事 件包括： 在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速 比；以及 在车轴上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量。
[0007] 2.如方案1所述的方法，进一步包括： 对于从当前固定速比的每个连续降档事件减少施加在电机上的再生扭矩量，以使得车 轴上的扭矩量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
[0008] 3.如方案2所述的方法，其中对于每个连续降档事件将施加在电机上的再生扭矩 量减少到与变速箱设备已经降档到的每个固定速比相对应的比例。
[0009] 4.如方案2所述的方法，其中施加在车轴上的扭矩量是应用于施加在电机上的再 生扭矩量的倍增率的函数。
[0010] 5.如方案4所述的方法，其中所述倍增率是基于固定速比中的选定一个和由配置 成在发动机与电机之间传递扭矩的机械联接器提供的带轮比。
[0011] 6.如方案1所述的方法，进一步包括： 如果所述时间未超出预定的阈值时间，则开始有限的再生减速事件，有限的减速事件 包括： 在检测到前一个操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的前一 个固定速比； 将车轴上的扭矩限制到对应于电机的最大能力以获取前一个固定速比下的再生能量 的量；以及 对于每个降档事件按比例减少电机上的有限扭矩量以使得施加在车轴上的有限扭矩 量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
[0012] 7.用于最大化由车辆动力总成系统中的电机获取的再生能量的方法，车辆动力总 成系统包括内燃发动机、电机和配置成通过传动系将扭矩传递到包括一个或多个车轮的车 轴的变速箱设备，所述方法包括： 检测对制动踏板的操作者输入； 基于检测到的对制动踏板的操作者输入开始最大化的再生减速事件，最大化的减速事 件包括： 在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速 比； 在电机上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量； 以及 对于每个降档事件减少施加在电机上的扭矩量，以使得施加在车轴上的扭矩量被维持 以实现基于检测到的对制动踏板的操作者输入的线性减速率。
[0013] 8.如方案7所述的方法，其中对于每个连续降档事件将施加在电机上的扭矩量减 少到与变速箱设备已经降档到的每个固定速比相对应的比例。
[0014] 9.如方案7所述的方法，其中施加在车轴上的扭矩量是固定速比中的选定一个、 由配置成在发动机与电机之间传递扭矩的机械联接器提供的带轮比以及电机上的扭矩量 的函数。
[0015] 10.如方案9所述的方法，其中施加在车轴上的扭矩量进一步是发动机扭矩的函 数。
[0016] 11.如方案9所述的方法，其中施加在车轴上的扭矩量进一步是由配置成在车轴 与传动系之间传递扭矩的最终传动设备所提供的最终传动固定比的函数。
[0017] 12.如方案7所述的方法，进一步包括监控检测到的对制动踏板的操作者输入与 最后检测到的前一个对制动踏板的操作者输入之间的时间，其中仅在监控的时间超出预定 阈值时开始最大化的再生减速事件。
[0018] 13.如方案12所述的方法，进一步包括： 如果所述时间不超出预定的时间阈值，则开始有限的再生减速事件。
[0019] 14.如方案13所述的方法，其中有限的再生减速事件包括： 在检测到前一个对制动踏板的操作者输入时监控从变速箱设备的多个固定速比中选 出的前一个固定速比； 将施加在电机上的扭矩限制到对应于电机的最大能力以获取前一个固定速比下的再 生能量的量；以及 对于每个降档事件按比例减少电机上的有限扭矩量以使得施加在车轴上的有限扭矩 量被维持以实现基于检测到的对制动踏板的操作者输入的线性减速率。
[0020] 15. -种混合动力总成系统，包括： 内燃发动机，具有延伸超出发动机的每一端的曲轴； 配置成在减速事件过程中获取再生能量的电机； 包括可旋转地联接到电机的第一元件和可旋转地联接到曲轴的第一端的第二元件的 机械联接器，机械联接器被配置成在发动机与电机之间以固定比传递扭矩； 在第一端处可旋转地联接到曲轴的第二端并且在第二端处可旋转地联接到传动系的 变速箱设备，变速箱设备被配置成通过传动系将扭矩传递到包括一个或多个驱动轮的车 轴； 执行包括以下步骤的例程的控制模块： 检测操作者制动请求； 监控检测到的操作者制动请求与最后检测到的前一个操作者制动请求之间的时间；以 及 如果所述时间超出预定的阈值时间，则开始最大化的再生减速事件，最大化的减速事 件包括： 在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速 比， 在车轴上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量， 以及 对于从当前固定速比的每个连续降档事件减少施加在电机上的再生扭矩量，以使得车 轴上的扭矩量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
[0021] 16.如方案15所述的混合动力总成系统，其中对于每个连续降档事件将施加在电 机上的再生扭矩量减少到与变速箱设备已经降档到的每个固定速比相对应的比例。
[0022] 17.如方案15所述的混合动力总成系统，其中施加在车轴上的扭矩量是应用于施 加在电机上的再生扭矩量的倍增率的函数。
[0023] 18.如方案17所述的混合动力总成系统，其中所述倍增率是基于固定速比中的选 定一个、带轮比、发动机扭矩以及由配置成在车轴与传动系之间传递扭矩的最终传动设备 提供的最终传动比。
[0024] 19.如方案15所述的混合动力总成系统，其中所述控制模块进一步执行包括以下 步骤的例程： 如果所述时间未超出预定的阈值时间，则开始有限的再生减速事件，有限的减速事件 包括： 在检测到前一个操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的前一 个固定速比；以及 将车轴上的扭矩限制到对应于电机的最大能力以获取前一个固定速比下的再生能量 的量。
[0025] 20.如方案19所述的混合动力总成系统，进一步包括： 对于每个降档事件按比例减少电机上的有限扭矩量以使得施加在车轴上的有限扭矩 量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 现在将参照附图通过示例来描述一个或多个实施例，其中： 图1示出根据本披露的包括内燃发动机、扭矩传递设备、扭矩机以及配置成将扭矩传 递到传动系的变速箱设备的混合动力总成系统； 图2示出根据本披露的在减速事件过程中通过多个变速箱降档的电机扭矩和车轴扭 矩变化图相对于制动踏板位置变化图的图表； 图3示出用于最大化由图1的电机获取的再生能量的示例性流程图；以及 图4示出根据本披露的在图1的混合动力总成系统的操作过程中最大化由电机获取的 再生能量的非限制性示例。
【具体实施方式】
[0027] 现在参照附图，其中仅为了示出某些示例性实施例的目的而非对其限制的目的而 进行展示，图1示意性地示出包括内燃发动机10、电机20以及配置成通过传动系42将扭 矩传递到包括一个或多个驱动轮48的车轴46的混合动力总成系统100。包括多个啮合地 接合的齿轮元件的最终传动设备44将传动系42可旋转地联接到车轴46,从而在传动系42 与车轴46之间以固定的最终传动比提供扭矩。示例性的动力总成系统可以被配置为前轮 驱动或后轮驱动。内燃发动机10和电机20是任何适合的机器并且变速箱设备40包括在 多个固定速比之间选择性地操作的多个啮合地接合的齿轮元件。在一个实施例中，电机20 是通过电力反相器26电气地连接到高压电源25的多相电动机/发电机设备。
[0028] 在所示实施例中，发动机10包括延伸超出发动机10的每一端的曲轴12。曲轴12 的第一端可旋转地联接到机械联接器22,该联接器可旋转地联接到电机20。机械联接器22 包括可旋转地联接到电机20的第一元件21和可旋转地联接到发动机10的第二元件23。 机械联接器22以固定比(例如，带轮比）在发动机10与电机20之间传递扭矩，并且可以包 括皮带、带轮和张紧轮，或者替代地可以包括啮合地接合的齿轮元件。说明性的混合动力总 成系统100是以皮带交流发电机起动机（BAS)配置来布置。曲轴12的第二端可旋转地联 接到变速箱40。
[0029] 控制模块50监控来自传感器和其他传感设备的输入并且控制致动器来以响应于 操作者命令的方式操作混合动力总成系统1〇〇。电机扭矩（T sfot)62由控制模块50监控。Tsfot 62的量可以从对电力反相器26的电力命令27、对电机20的电压以及电流使用来计算。替 代地，可以测量电机扭矩。Tsfot 62可以是当在车辆的减速事件过程中Tsfot 62为负时施加在 电机20上的再生扭矩。再生扭矩由电机20使用以获取再生能量以供存储在能量存储设备 25中。控制模块50进一步监控发动机扭矩（TE)64。Te 64的量可以基于对发动机10的发 动机操作参数命令29和监控到的发动机操作参数来计算。例如，发动机操作参数命令29 可以包括(但不限于）命令的喷油率、命令的进气质量空气流量和命令的点火提前。同样， 监控到的发动机操作参数可以包括(但不限于）监控到的发动机转速和监控到的缸内压力。 可以利用各种方法来计算T e 64并且此披露并不意欲限于任一种方法。变速箱40的当前 的固定速比66进一步由控制模块50监控。控制模块50被进一步配置成监控施加在车轴 46上的车轴扭矩（Taxle) 60。Taxle 60可以是当在车辆的减速事件过程中Taxle 60为负时施 加在车轴46上的再生扭矩。控制模块50可以进一步响应于指示制动踏板位置的对制动踏 板52的操作者输入来检测操作者扭矩请求(例如，操作者制动请求68)。控制模块50命令 发动机状态和电机状态以实现操作者扭矩请求。在一些实施例中，控制模块50可以进一步 在变速箱包括自动变速箱时命令变速箱40的齿轮状态。
[0030] 控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器以及类似术语意味着专用集成电 路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选地微处 理器）以及相关内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬驱动等)、组合逻辑电路、输 入/输出电路和设备、适当的信号调节和缓冲电路以及提供所需功能性的其他部件中的任 一个或一个或多个的不同组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法以及类似术语意味 着包括校准和查找表的任何控制器可执行指令集。控制模块具有执行以提供所需功能的一 组控制例程。例程诸如由中央处理单元执行，并且可操作以监控来自传感设备和其他联网 的控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以以规则的时 间间隔执行，例如在进行的发动机和车辆操作过程中每3. 125、6. 25、12. 5、25以及100微 秒。替代地，可以响应于事件的发生来执行例程。
[0031] 响应于对制动踏板52的操作者输入，车辆基于由制动踏板位置指示的操作者制 动请求68来以一个速率减速。示例性实施例是针对对于给定的制动踏板位置维持恒定的 减速率。因此，希望T axle 60保持基本上恒定以提供与变速箱40的当前固定速比66和车辆 速度无关的线性、可预测的减速率。此外，电力命令27在减速事件过程中将产生由电机20 施加的再生扭矩，从而将能量获取在能量存储设备25中。
[0032] 图1的示例性混合动力总成系统100的Taxle 60可以如下表达： Taxle ={{TMotXPr)+TE) XGRXFD [1] 其中匕是指示机械联接器22的固定比的带轮比， GR是变速箱40的当前选定的固定速比，以及 FD是最终传动设备44的最终传动固定比。
[0033] 因此，方程[1]证明施加在车轴46上的车轴扭矩Taxle 60是对于施加在电机20上 的给定Te 64和Tsfot 62而言变速箱40的当前固定速比66与最终传动设备44的最终传动 固定比的函数。换言之，基于变速箱40的当前固定速比66应用于给定Te 64和Tsfot 62的 倍增率可以用来确定Taxle 60。由于由机械联接器22提供的发动机10与电机20之间的固 定比(例如，带轮比)，其中Te 64相对恒定，所以提供再生扭矩的Tsfot 62的量必须在减速事 件过程中每次变速箱40换挡到较高速比时被按比例地减少以确保对于给定制动踏板位置 的恒定减速，即，恒定T axle 60。
[0034] 基于变速箱40的每一个固定速比，将相应的倍增率应用于Tsfot 62以确定车轴46 上的Taxle 60。对于给定Tsfot 62、2. 4:1的滚轮比已和2. 64:1的最终传动比FD 46,可以如 以下表1中所示利用方程[1]计算用于变速箱40的每个固定速比66的所得Taxle 60。
[0035] 表 1
【权利要求】
1. 用于最大化由车辆动力总成系统中的电机获取的再生能量的方法，所述车辆动力总 成系统包括内燃发动机、电机和配置成通过传动系将扭矩传递到包括一个或多个车轮的车 轴的变速箱设备，所述方法包括： 检测操作者制动请求； 监控检测到的操作者制动请求与最后检测到的前一个操作者制动请求之间的时间； 如果所述时间超出预定的阈值时间，则开始最大化的再生减速事件，最大化的减速事 件包括： 在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速 比；以及 在车轴上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 对于从当前固定速比的每个连续降档事件减少施加在电机上的再生扭矩量，以使得车 轴上的扭矩量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
3. 如权利要求2所述的方法，其中对于每个连续降档事件将施加在电机上的再生扭矩 量减少到与变速箱设备已经降档到的每个固定速比相对应的比例。
4. 如权利要求2所述的方法，其中施加在车轴上的扭矩量是应用于施加在电机上的再 生扭矩量的倍增率的函数。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述倍增率是基于固定速比中的选定一个和由配置 成在发动机与电机之间传递扭矩的机械联接器提供的带轮比。
6. 如权利要求1所述的方法，进一步包括： 如果所述时间未超出预定的阈值时间，则开始有限的再生减速事件，有限的减速事件 包括： 在检测到前一个操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的前一 个固定速比； 将车轴上的扭矩限制到对应于电机的最大能力以获取前一个固定速比下的再生能量 的量；以及 对于每个降档事件按比例减少电机上的有限扭矩量以使得施加在车轴上的有限扭矩 量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
7. 用于最大化由车辆动力总成系统中的电机获取的再生能量的方法，车辆动力总成系 统包括内燃发动机、电机和配置成通过传动系将扭矩传递到包括一个或多个车轮的车轴的 变速箱设备，所述方法包括： 检测对制动踏板的操作者输入； 基于检测到的对制动踏板的操作者输入开始最大化的再生减速事件，最大化的减速事 件包括： 在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速 比； 在电机上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量； 以及 对于每个降档事件减少施加在电机上的扭矩量，以使得施加在车轴上的扭矩量被维持 以实现基于检测到的对制动踏板的操作者输入的线性减速率。
8. 如权利要求7所述的方法，其中对于每个连续降档事件将施加在电机上的扭矩量减 少到与变速箱设备已经降档到的每个固定速比相对应的比例。
9. 如权利要求7所述的方法，其中施加在车轴上的扭矩量是固定速比中的选定一个、 由配置成在发动机与电机之间传递扭矩的机械联接器提供的带轮比以及电机上的扭矩量 的函数。
10. -种混合动力总成系统，包括： 内燃发动机，具有延伸超出发动机的每一端的曲轴； 配置成在减速事件过程中获取再生能量的电机； 包括可旋转地联接到电机的第一元件和可旋转地联接到曲轴的第一端的第二元件的 机械联接器，机械联接器被配置成在发动机与电机之间以固定比传递扭矩； 在第一端处可旋转地联接到曲轴的第二端并且在第二端处可旋转地联接到传动系的 变速箱设备，变速箱设备被配置成通过传动系将扭矩传递到包括一个或多个驱动轮的车 轴； 执行包括以下步骤的例程的控制模块： 检测操作者制动请求； 监控检测到的操作者制动请求与最后检测到的前一个操作者制动请求之间的时间；以 及 如果所述时间超出预定的阈值时间，则开始最大化的再生减速事件，最大化的减速事 件包括： 在检测到操作者制动请求时监控从变速箱设备的多个固定速比中选出的当前固定速 比， 在车轴上施加足以实现电机的最大能力以获取当前固定速比下的再生能量的扭矩量， 以及 对于从当前固定速比的每个连续降档事件减少施加在电机上的再生扭矩量，以使得车 轴上的扭矩量被维持以实现基于检测到的操作者制动请求的线性减速率。
【文档编号】B60W20/00GK104417545SQ201410451870
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】W.L.阿尔德里奇三世, M.霍金斯, S.W.麦格罗根 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司