专利名称：用于控制混合动力系统中能量流的方法和设备的制作方法
用于控制混合动力系统中能量流的方法和设备技术领域
这一部分的内容仅仅提供与本公开相关的背景技术，并 可以不构成现有技术。
发动机的输出通常包括传递到变速器输入和附属设备的 扭矩。所述附属设备通常由单独的发动机滑轮输出来驱动，包括如空 调压缩机和泵等装置。另外，车辆系统的乘客舱消耗来自电能存储装 置的电能。附属设备消耗的能量通常由控制系统估计，并不直接测量； 因此，在确定发动机的最佳扭矩输入中通常不考虑某些负载。另外， 由于过高或过低的环境温度和操作温度、燃料质量的变化、组件的磨 损和退化、系统或组件故障，可能存在发动机无法产生所需扭矩的情形。在这种操作情形下，当发动机速度和扭矩指令为速度/负栽操作点(即，Ne和Te)时，发动机可能无法产生至变速器的最佳输入扭矩。 电机的扭矩输出控制成满足操作员扭矩需求，消耗了额外的电能。
本发明可在特定部分和这些部分的布置中采用物理形 式，其实施例进行详细描述，并在组成本发明一部分的附图中示出， 其中
图1和2为根据本发明的控制系统和动力系的典型结构 的示意图3为根据本发明的数据曲线；
图4和5为控制策略的示意图；以及
图6为根据本发明的数据曲线。
具体实施方式
再参考图1和2,现在详细描述混合动力系统10,包括 内燃机和适于向电动机及机电变速器传输能量的电能存储装置。发动 才几和电才几及才几电变速器可有选才,地操作，以在其间传递扭矩从而产生 输出(通常为传动系，并具有扭矩和速度的特征)。电动机和机电变 速器包括一种尤其适于执行本发明的控制的典型多模式复合分配电动 无级变速器(EVT),总地由标记IO表示。EVT IO具有输入元件I2， 该输入元件12优选包括由发动机14直接驱动的轴，如图2所示，发 动机14的输出元件与EVT 10的输入元件之间可插有瞬态扭矩阻尼器 16。瞬态扭矩阻尼器16可集成在扭矩传输装置(未示出)中或与扭矩 传输装置联合使用，以允许发动机14与EVT 10的选择性接合，但是 必须理解，不使用这种扭矩传输装置来改变或控制EVT IO操作的模式。
第二行星齿轮组26也具有通常称为齿圏的外齿轮元件 38、其环绕通常称为中心齿轮的内齿轮元件40。行星架44上可旋转地 安装多个行星齿轮元件42,使得各行星齿轮元件42既与外齿轮元件 38啮合，又与内齿轮元件40啮合。
第三行星齿轮组28也具有通常称为齿圏的外齿轮元件 46、其环绕通常称为中心齿轮的内齿轮元件48。行星架52上可旋转地 安装多个行星齿轮元件50,使得各行星齿轮元件50既与外齿轮元件 46啮合，又与内齿轮元件48啮合。0023虽然三个行星齿轮组24、 26和28其本身都是"简单式" 行星齿轮组，但第一行星齿轮组24与第二行星齿轮组26复合，因为 第一行星齿轮组24的内齿轮元件32连接到(如，通过毂衬齿轮54) 第二行星齿轮组26的外齿轮元件38。连接的第一行星齿轮组24的内 齿轮元件32和第二行星齿轮组26的外齿轮元件38通过套轴58持续 地连接到第一电动机/发电机56 (这里还称为电机A或MA)。
行星齿轮组24和26进一步复合，因为第一行星齿轮组 24的行星架36连接到(如，通过轴60)第二行星齿轮组26的行星架 44。这样，第一和第二行星齿轮组24和26的行星架36和44分别结 合。轴60还有选择地连接到第三行星齿轮组28的行星架52,如通过 扭矩传递装置62,该扭矩传递装置62用于辅助EVT 10的操作模式的 选择(将在下文中更全面地描述)。这里，扭矩传递装置62还可称为 第二离合器、离合器二或C2。
第二行星齿轮组40的内齿轮元件40连接到第三齿轮组 28的内齿轮-元件48上，如通过环绕轴60的套轴66。第三行星齿耗、组 28的外齿轮元件46有选择地通过扭矩传递装置70接地(由变速器壳 体68表示)。扭矩传递装置70 (也将在下文中描述)也用于辅助EVT IO的操作模式的选择。这里，扭矩传递装置70还可称为第一离合器、 离合器一或Cl。
驱动齿轮80可从输入元件12开始。如上所述，驱动齿 轮8 0将输入元件12固定地连接到第一行星齿轮组24的外齿轮元件30 上，因此，驱动齿轮80从发动机14和/或电动机/发电机56和/或72 接收动力。驱动齿轮80与惰轮82啮合，惰轮82随后又与固定在轴86 一端的传动齿轮84啮合。轴86的另一端固定到从油箱37供给变速器 流体的变速器流体泵88上，该变速器流体泵88向调节器39输送高压 流体，其中调节器39将一部分流体返回到油箱37,并在管路41中提供调节的管路压力。
本领域的技术人员应当理解，EVT 10能够在各操作模式 中提供从较慢到较快范围的输出速度。在各模式中具有从快到慢的输 出速度范围的这两个模式的组合允许EVT 10将车辆从静止状态推进为 高速状态。另外，同时应用离合器Cl和C2的固定传动比状态可用于开离合器Cl和C2的空档状态可用于将输出元件从变速器机械地断开。 最后，EVT 10能够在两个模式之间提供同步换档，其中两个离合器C1 和C2的打滑速度基本为零。
发动机14优选由发动机控制模块(ECM) 23进行电子控 制，如图2中所示。ECM 23为基于微处理器的传统柴油机控制模块， 包括通用元件，如微处理器、只读存储器R0M、随机存取存储器RAM、 可擦可编程只读存储器EPR0M、高速时钟、模数(A/D)和数模(D/A) 电路、输入/输出电路和装置(I/O)、以及适当的信号调节和緩冲电 路。ECM 23用于从多个传感器获取数据，并通过多个不连续的线路分 别控制发动机14的多个致动器。为简便起见，ECM23总地显示为通过 集合线35与发动机14双向连接。由ECM23感测的各种参数包括油底 壳和发动机冷却液温度、发动机速度(Ne)、涡轮压力、大气温度和 压力。由ECM 23控制的各种致动器包括燃料喷射器、风扇控制器、发 动机预热器(包括电热塞和栅格式进气加热器)。优选地，ECM响应于 由EVT控制系统提供的扭矩指令Te-cmd而给发动机14提供公知的基 于扭矩的控制。这种发动机电子控制和量对于本领域的技术人员来讲 是公知的，这里无需对其进行进一步的描述。
EVT IO有选择地从发动机14和电池组才莫块(BPM ) 21接收动力。动力系统还包括这种能量存储装置，该能量存储装置为其能 量流的整体部分。在不改变本发明要领的情况下，还可使用其它具有 存储电能和消耗电能的能力的电能存储装置，以替代电池。BPM 21为 通过DC线27连接到双功率逆变器模块(DPIM) 19的高压DC。可根据 BPM 21是在充电还是在放电来从BPM 21收发电流。DPIM l9包括一对 功率逆变器和相应的电机控制器，所述电机控制器构造成接收电机控 制指令，并从其控制逆变器状态，以提供电机驱动或再生能力。电机 控制器为基于微处理器的控制模块，包括通用元件，如微处理器、只 读存储器R0M、随机存取存储器RAM、可擦可编程只读存储器EPR0M、 高速时钟、模数(A/D )和数模(D/A )电路、输入/输出电路和装置(I/O )、 以及适当的信号调节和緩冲电路。在电动控制中，各逆变器从DC线接 收电流，并通过高压相线29和31向相应的电机提供AC电流。在再生 控制中，各逆变器通过高压相线29和31从电机接收AC电流，并向DC 线27提供电流。提供给逆变器或从逆变器提供的净DC电流确定了 BPM21的充电或放电操作模式。优选地，MA和MB为三相AC电机，逆变器 包括配套的三相电力设备。DPIM 19还从电机相位信息或传统的旋转传 感器提供分别用于MA和MB的单独电机速度信号Na和Nb。这种电机、 电力设备、控制和量对于本领域的技术人员来讲是公知的，这里无需 对其进行进一步的描述。
在具体实施例中，系统控制器43包括一对基于微处理器 的控制模块，标识为车辆控制模块(VCM) 15和变速器控制模块(TCM) 17。 VCM和TCM可提供例如与EVT和车辆底盘相关的各种控制和诊断功 能，包括，如发动机扭矩指令、输入速度控制、与再生制动相匹配的 输出扭矩控制、防抱死制动和牵引控制。尤其是对于EVT功能，系统 控制器43用来从多个传感器直接获取数据，并通过多个不连续的线路 来分别控制EVT的多个致动器。为简便起见，系统控制器43显示为通 过集合线33与EVT双向连接。尤其应当注意，系统控制器43从旋转 传感器接收频率信号，用于处理为输入元件12的速度Ni和输出元件 64的速度No,以用在EVT 10的控制中。还示出了用户界面(UI )才莫块13,包括到系统控制器43的输入，如车辆加速踏板位置、用于可变 驱动范围选择的按钮式换档选择器(PBSS)、制动力度和快怠速请求 等等，可从这些输入确定操作员扭矩需求(To_req)。
现在参考图3,示出了输出速度No相对于输入速度Ni的 曲线图，其中输出速度No沿着横轴，输入速度Ni沿着纵轴。线91示 出了同步操作，这是离合器CI和C2同步操作而使其打滑速度基本为 零的输入速度与输出速度的关系。这样，它基本示出了输入速度和输 出速度关系，因而可在模式之间进行同步换档，或者因而通过同时应 用两个离合器CI和C2可实施从输入到输出的直接机械连接，也称为 固定传动比操作。线91这里还可称为同步线、换挡传动比线或固定传 动比线。
现在参考图4,示出了根据本发明用于操作参考图1、 2 和3所述的动力系的控制策略。如图所示，控制发动机14和0PIM 19 的各方面操作，以控制变速器IO输出到传动系的能量流。发动机具有 多个不受控制的附属设备负载和其它负载设备(图示为ACC),其通常 由控制系统估计，并不直接测量，如上所述。控制模块43以算法和预 定标定值的形式执行控制策略。在发动机运行和车辆操作期间，优选 有规律地在一个上述控制模块循环内执行所述算法。
总之，控制策略包括确定操作员扭矩需求和其它操作参 数，并基于此确定从发动机到机电变速器的优选能量流和从能量存储 系统到一个或两个电才几的优选能量流。控制发动4几、电才几和才几电变速 器的操作，以基本满足操作员扭矩需求。监测能量存储装置的实际能 量流，并调节发动机的优选能量流，以满足附属设备负载，并使能量 存储装置的不受控能量流最小。现在对其进行详细描述。
在除了这里所述的情形之外，在正在进行的操作期间， 调整电机的扭矩指令Ta-cmd和Tb_cmd,以使输出扭矩To符合操作员 扭矩需求To —req。操作中，调整的发动机扭矩指令Te_adjus t输入到 ECM 23,以控制发动机操作，从而根据需要产生用于向附属设备ACC 输送动力的扭矩，并以输入扭矩Ti和输入速度Ni的形式向变速器提 供输入动力。
现在参考图5,现在描述闭环控制策略80。确定误差项 Pbat_error (包括电池能量流与所需电池能量流之间的差)，并输入到比例积分(PI)控制器。PI控制器优选包括具有较慢更新率和有限 控制权限的传统PI控制器，如下面参考图6所述的。慢的更新率避免 了与快速控制循环(例如，换档逻辑)和快速车辆瞬态事件的相互干 涉。有限控制权限防止了系统严重误差(例如，发动机组件故障)的 过度修正。PI控制器的输出输入到参考图6所述的控制限制和重置逻 辑策略。确定输出功率修正，并输入到功率分配决定元件，其确定调整的发动才几速度和4丑矩项，称为Ne —adjust和Te —adjust。调整的发动 机速度和扭矩项优先通过设备模型82输入到设备(即，发动机和变速 器)。调整的发动机扭矩项Te — adjust输入到ECM，以控制发动机的操作。
现在参考图6，现在描述闭环解决方案的各方面。示出了 发动机速度/负载操作范围，包括发动机操作曲线75,该曲线包括典型 的发动机凸形曲线。对于给定的发动机速度Ne,凸形曲线表示发动机 扭矩Te的上限。当发动机速度和扭矩低于操作曲线75时，闭环控制 策略的控制限制和重置逻辑部分作用，以响应于误差项(Pbat-error) 来优先调整发动机输出扭矩Te。参考点A对其进行描述，包括低速轻 载操作点，例如轻载巡航期间出现的操作点。点A表示对于该速度/负 载操作点发动机机给变速器的最佳输入扭矩，圓A，表示使用PI控制器 调整速度和扭矩的控制权限的限制。在轻载低速操作情形时调整矢量 85优先调整发动机扭矩。因此，在该操作情形中，所述动力分配包括 调整发动机扭矩指令，以控制操作将误差项(Pbat-error )减小为零。 速度指令Ne-adjust不变。扭矩指令Te —ad jus t输出到ECM,以调整操 作，并因而控制发动机14。 Ti-adjust指令和不变化的Ne —adjust指 令输出到设备模型82,其通过DPIM 19确定电机的扭矩指令，以减小 和消除不受控的放电，包括由附属设备引起的不受控放电。
当发动机速度和扭矩在操作曲线75附近时，闭环控制策 略的控制限制和重置逻辑部分作用，以响应于误差项(Pbat-error) 优先调整发动机输出速度Ne。参考点B对其进行描述，包括高速重载 操作点，例如重载巡航期间或爬坡操作出现的操作点。点B表示对于 该速度/负载操作点发动机机给变速器的最佳输入扭矩，圆B，表示使用 PI控制器调整速度和扭矩的控制权限的限制，进一步限制如下所述。 在重载高速操作情形时调整矢量95优先调整发动机速度。因此，在该操作情形中，所述动力分配包括保持发动机扭矩指令基本不变，并调整发动才几输入速度Ne-adjust, 以〗2布'J4乘4乍'得i天>M ( Pbat一error ) <^ 小为零。从Te指令基本不变化的Te-adjust输出到ECM,以控制发动 机14。 Ne —adjust指令和不变化的Te_adjust指令输出到设备;f莫型82， 其通过DPIM 19确定电机的扭矩指令，以减小和消除不受控的放电， 包括由附属设备引起的不受控放电。[0048
当发动机操作点处于或超过操作曲线75时(图示为B"), 发动机超出了其调整速度或扭矩的能力，需要给发动机减载，减小扭 矩输出To,以减小或消除不受控的放电，包括由附属设备引起的不受 控放电。[0049上面的描述公开和描述了本发明的具体实施例。本领域 的技术人员从该描述、附图和权利要求书可容易地认识到，其中不脱 离由权利要求限定的本发明的实质和范围的各种改变、修改和变形。
权利要求
1.一种制品，包括存储介质，该存储介质具有编码在其中适于操作混合动力系的机器可执行程序，所述动力系包括内燃机、能量存储系统、电机和机电变速器，所述能量存储系统与所述电机电有效地连接以在其间进行功率传输；并且，所述发动机、所述电机和所述机电变速器机械有效地连接，以在其间传递动力，从而产生到输出的能量流，所述程序包括确定操作员扭矩需求的代码；基于所述操作员扭矩需求确定从所述发动机到所述机电变速器的优选能量流和从所述能量存储系统到所述电机的优选能量流的代码；控制所述发动机、所述电机和所述机电变速器的操作，以基本满足所述操作员扭矩需求的代码；在所述操作期间监测所述能量存储系统的实际能量流的代码；以及基于所述能量存储系统的所述实际能量流与所述优选能量流之间的差来控制所述发动机的能量流的代码。
2. 如权利要求l所述的制品，其中基于所述操作员扭矩需求确定从 所述发动机到所述机电变速器的优选能量流和从所述能量存储系统到 所述电机的优选能量流的所述代码还包括确定从所述发动机到所述 变速器的最佳能量流、并基于从所述发动机到所述变速器的所述最佳 能量流来确定从所述能量存储系统到所述电机的能量流的代码。
3. 如权利要求2所述的制品，其中确定从所述发动机到所述变速器 的最佳能量流的所述代码包括确定使所述动力系统的能量损失最小 的发动机扭矩指令和发动机速度指令的代码。
4. 如权利要求2所述的制品，其中控制所述发动机、所述电机和所 述机电变速器的操作，以基本满足所述操作员扭矩需求的所述代码包 括控制所述发动机以产生给所述变速器的最佳能量流的代码，以及 基于从所述发动机到所述变速器的所述最佳能量流来控制从所述能量 存储系统到所述电机的能量流以满足所述操作员扭矩需求的代码。
5. 如权利要求l所述的制品，其中监测所述能量存储系统的实际能 量流的所述代码包括监测从其流出的电流的代码。
6. 如权利要求l所述的制品，其中基于所述能量存储系统的所述实际能量流与所述优选能量流之间的差来控制所述发动机的能量流的所述代码包括基于发动机操作和所述能量存储系统的所述实际能量流 与所述优选能量流之间的所述差来执行闭环控制策略，以有选择地调 整发动机扭矩指令和发动机速度指令的代码。
7. 如权利要求6所述的制品，还包括在所述发动机扭矩输出大大小 于最大发动机扭矩输出时执行所述闭环控制策略，以有选择地调整所 述发动机扭矩指令的代码。
8. 如权利要求6所述的制品，还包括在所述发动机扭矩输出接近最 大发动机扭矩输出时执行所述闭环控制策略，以调整所述发动机速度 和所述发动机扭矩指令的代码。
9. 如权利要求6所述的制品，还包括在所述发动机扭矩输出基本为 最大发动机扭矩输出时执行所述闭环控制策略，以有选择地调整所述 发动机速度指令的代码。
10. 如权利要求6所述的制品，还包括在所述发动机扭矩指令超过 最大发动机扭矩输出时减小到所述输出的能量流的代码。
11. 如权利要求l所述的制品，还包括当所述能量存储系统的所 述实际能量流与所述优选能量流之间的所述差超过预定阅值时有选择 地减小到传动系的能量流的代码。
12. —种制品，包括存储介质，该存储介质具有编码在其中适于操 作混合动力系的机器可执行程序，所述动力系包括内燃机、能量存储 系统、电4几和机电变速器，所述能量存储系统与所述电机电有效地连 接以在其间进行功率传输；并且，所述发动机、所述电机和所述机电 变速器机械有效地连接，以在其间传递动力，从而产生到输出的能量 流；所述发动机输出能量比到所述变速器的输入能量超过一定量；所 述程序包括确定操作员扭矩需求的代码；基于所述操作员扭矩需求确定从所述发动机到所述机电变速器的 优选输入能量和从所述能量存储系统到所述电机的优选能量流的代 码；控制所述发动机、所述电机和所述机电变速器，以基本满足所述操 作员扭矩需求的代码；监测所述能量存储系统的实际能量流的代码；基于从所述能量存储系统到所述电机的所述优选能量流与所述能 量存储系统的所述实际能量流之间的差来确定所述发动机输出能量超过到所述变速器的输入能量的量的代码；以及基于所述发动机输出能量超过到所述变速器的输入能量的量来调 整所述发动机的输出能量的代码。
13. 如权利要求12所述的制品，其中所述发动机输出能量超过到所 述变速器的输入能量的量基于附属设备负载消耗的能量、环境温度、 操作温度、海拔高度、燃料质量、组件故障和组件老化中的至少一个。
14. 如权利要求12所述的制品，其中基于所述操作员扭矩需求确 定从所述发动机到所述机电变速器的优选能量流和从所述能量存储系 统到所述电机的优选能量流的所述代码还包括确定从所述发动机支'J 所述变速器的最佳能量流、并基于从所述发动机到所述变速器的所述 最佳能量流来确定从所述能量存储系统到所述电机的能量流的代码。
15. 如权利要求14所述的制品，其中确定从所述发动机到所述变速 器的最佳能量流的所述代码包括确定使所述动力系统的能量损失最 小的发动机扭矩指令和发动机速度指令的代码。
16. 如权利要求12所述的制品，其中基于所述发动机输出能量超过 到所述变速器的输入能量的量来调整所述发动机的输出能量的所述代 码包括基于发动机操作和所述能量存储系统的所述实际能量流与所 述优选能量流之间的所述差来执行闭环控制策略，以有选择地调整发 动机扭矩指令和发动机速度指令的代码。
17. 如权利要求16所述的制品，还包括在所述发动机扭矩输出大大 小于最大发动机扭矩输出时执行所述闭环控制策略，以有选择地调整 所述发动机扭矩指令的代码。
18. 如权利要求17所述的制品，还包括在所述发动机扭矩输出基本 为最大发动机扭矩输出时执行所述闭环控制策略，以有选择地调整所 述发动机速度指令的代码。
19. 如权利要求18所述的制品，还包括在所述发动机扭矩指令超过 最大发动机扭矩输出时减d、到所述输出的能量流的代码。
20. —种制品，包括存储介质，该存储介质具有编码在其中适于操 作混合动力系的机器可执行程序，所述动力系包括内燃机、能量存储 系统、两个电机和机电变速器，所述能量存储系统与所述电机电有效地连接以在其间进行功率传输；并且，所述发动机、所述电机和所述 机电变速器机械有效地连接，以在其间传递动力，从而产生到输出的 能量流；所述程序包括确定操作员扭矩需求的代码；基于所述操作员扭矩需求确定从所述发动机到所述机电变速器的 优选能量流和从所述能量存储系统到所述电机的优选能量流的代码；将所述发动机的能量流控制为所述优选能量流，并控制从所述能量 存储系统到所述电机的能量流，以基本满足所述操作员扭矩需求的代 码；监测从所述能量存储系统到所述电机的能量流的代码；以及 调整所述发动机的所述优选能量流，以减小所述监测的能量流与从 所述能量存储系统到所述电机的所述优选能量流之间的差的代码。
全文摘要
描述了混合动力系操作和控制。基于操作员扭矩需求确定从发动机到机电变速器和从能量存储系统到电机的优选能量流。发动机、电机和机电变速器的操作控制为基本满足操作员扭矩需求。监测能量存储装置的实际能量流。基于能量存储装置的实际能量流与优选能量流之间的差调整发动机的能量流。
文档编号G06F7/00GK101279603SQ200810090038
公开日2008年10月8日 申请日期2008年3月31日 优先权日2007年3月29日
发明者S·C·哈斯曼 申请人:通用汽车公司