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技术领域

本公开涉及一种用于其驱动电动机不可用时的混合动力电动车辆的控制 策略。

背景技术

混合动力电动车辆通常包括具有两个动力源的动力传动系，所述动力传 动系可建立通往车辆牵引车轮的第一动力流动路径和第二动力流动路径。第 一动力源是具有行星齿轮组的内燃发动机，以通过单独的动力流动路径将动 力分配至发电机系统和车辆牵引车轮。第二动力源是包括分别主要用作发电 机和驱动电动机的第一电机和第二电机的电力驱动系统。第二动力源还包括 电池。电池用作发电机和电动机的能量储存介质。

当动力传动系利用第一动力源操作时，通过控制发电机转速将发动机动 力在两个动力流动路径之间分配。按照这种方式，发动机转速可以与车轮转 速不相干(decouple)，使得车辆速度不依赖于发动机转速改变而改变。当动力 传动系利用第二动力源操作时，电动机通过传动系驱动通往车辆牵引车轮的 扭矩输出轴。

对于控制总的车轮扭矩和电功耗来说，两个电机中的驱动电动机是最关 键的。因此，如果驱动电动机不可用，则动力传动系性能会受到严重地限制。 在这种情况下，已知的混合动力车辆将停用驱动模式或者将进入限制操作策 略(“缓慢行进(creep)”)模式。任何一种方法都不能令客户满意。因此，希望 开发一种能够在驱动电动机不可用时使混合动力车辆以比在缓慢行进模式下 允许的速度大的速度来驱动的方法。

发明内容

一种用于控制混合动力电动车辆中的发动机的方法包括：响应于驱动电 动机不可用，命令发动机功率等于第一功率和第二功率中较小的功率。第一 功率足以满足当前发动机转速下的驾驶员车轮扭矩请求，第二功率与在目标 发动机转速下可用的最大发动机扭矩相对应，其中，选择目标发动机转速以 获得期望的电池荷电状态。

在所述方法的一个实施例中，第一功率是发动机扭矩请求与当前发动机 转速的乘积，其中，发动机扭矩请求等于驾驶员车轮扭矩请求与齿轮比的乘 积。在另一实施例中，用于获得期望的电池荷电状态的目标发动机转速是所 计算的中性荷电发动机转速与用于充电或放电的预定的标量抵消值的总和。 在又一实施例中，第二功率等于当前牵引车轮转速与最大的车轮扭矩的乘积 再加上用于对电池充电或放电的电池使用功率量，最大的车轮扭矩与最大的 发动机扭矩相对应。在一些这样的实施例中，从查找表中获得所述电池使用 功率量。在其它这样的实施例中，所述电池使用功率量被削减为小于电池充 电极限。

一种混合动力电动车辆包括发动机、电池、驱动电动机和控制器。所述 控制器被构造为：响应于驱动电动机不可用，控制发动机产生等于第一功率 和第二功率中较小的一个的发动机功率。第一功率足以满足当前发动机转速 下的驾驶员车轮扭矩请求，第二功率与在目标发动机转速下可用的最大发动 机扭矩相对应，其中，选择目标发动机转速以获得期望的电池荷电状态。或 者，第二功率与在用于获得期望的电池荷电状态的目标发动机转速下可用的 最大发动机扭矩相对应。

在车辆的一个实施例中，第一功率是发动机扭矩请求与当前发动机转速 的乘积，其中，发动机扭矩请求等于驾驶员车轮扭矩请求与齿轮比的乘积。 在另一实施例中，用于获得期望的电池荷电状态的目标发动机转速是计算的 中性荷电发动机转速与用于充电或放电的预定的标量抵消值的总和。在又一 实施例中，第二功率等于当前牵引车轮转速与最大的车轮扭矩的乘积再加上 用于对电池充电或放电的电池使用功率量，最大的车轮扭矩与最大的发动机 扭矩相对应。在一些这样的实施例中，所述控制器还被构造为从查找表中获 得所述电池使用功率量。在其它这样的实施例中，所述控制器还被构造为将 所述电池使用功率量削减为小于电池充电极限。

一种用于控制混合动力电动车辆的动力传动系的方法，所述车辆包括驱 动电动机、电池、发动机和车辆牵引车轮，所述方法包括：响应于驱动电动 机不可用并且牵引车轮转速高于阈值，改变发动机功率。改变发动机功率以 将电池荷电状态保持在期望的范围内。

在所述方法的一个实施例中，改变发动机功率以将电池荷电状态保持在 期望的范围内包括：计算中性荷电发动机转速；为电池充电或放电增加预定 的标量抵消值，以获得目标发动机转速；并且命令发动机产生与目标发动机 转速下的最大发动机扭矩相对应的功率。在一个这样的实施例中，与目标发 动机转速下的最大发动机扭矩相对应的功率等于当前牵引车轮转速和最大车 轮扭矩的乘积再加上用于对电池充电或放电的功率量，其中，最大车轮扭矩 对应于最大发动机扭矩。所述功率量可以从查找表中获得。所述功率量还可 被削减为小于电池充电极限。在另一实施例中，所述方法还包括：响应于驱 动电动机不可用并且牵引车轮转速低于阈值，命令发动机产生等于当前发动 机转速与发动机扭矩的乘积的发动机功率，以满足驾驶员扭矩请求。

附图说明

图1是混合动力车辆动力传动系的示意图。

图2a至图2c是示出行星齿轮组的传动元件之间的速度关系的水平图 (lever diagram)。

图3是示出用于控制混合动力电动车辆中的动力传动系的方法的流程 图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是 示例，其它实施例可采取多种和替换的形式。附图并不一定按照比例绘制； 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 构和功能性细节不被解释成限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以 多种方式使用本发明的代表性基础。作为本领域的普通技术人员将理解：参 照任一附图示出和描述的各种特征可以与在一个或更多个其它附图中示出的 特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。所示出的特征的结合为典型 应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种结合和变 型可被期望用于特定的应用或实施方式。

参照图1，混合动力电动车辆(HEV)包括动力分流式动力传动系10，在 动力传动系10中，内燃发动机12和高压电池或者电力牵引电池14中的任何 一个或两个向车辆的车轮16提供牵引动力。电池14具有双向电连接，从而 电池14可接收和储存例如通过再生制动产生的电能，并且电池14还将能量 提供到牵引电动机/发电机或“电机”18。车辆系统控制器(VSC)和/或动力传 动系控制模块(PCM)20控制发动机12、电池14和电机18的操作。发动机12 和电机18都能够为传动装置22提供动力，传动装置22最终将扭矩传递到车 辆的车轮16。

电池14可包括其自身指定的电池控制模块(BCM)，BCM电连接到电池 14，以控制电池14的操作。可选地，VSC/PCM20可直接控制电池14的操 作。可存在其它动力控制模块。应该理解的是，在本公开中，遍布在动力传 动系10中用于控制动力流动的VSC/PCM20、BCM以及其它控制模块可以 被共同称为“控制器”。

在动力分流式动力传动系10中，发动机12将动力传递至扭矩输入轴26， 扭矩输入轴26通过单向离合器(未示出)连接至行星齿轮组28。行星齿轮组28 包括齿圈齿轮30、太阳齿轮32及行星架组件34。扭矩输入轴26可驱动地连 接到行星架组件34，以向行星齿轮组28提供动力。太阳齿轮32可驱动地连 接到发电机38。发电机38可通过离合器(未示出)选择性地与太阳齿轮32接 合，使得发电机38可与太阳齿轮32一起旋转，或者发电机38不与太阳齿轮 32一起旋转。当单向离合器(未示出)将发动机12结合到行星齿轮组28时， 发电机38作为针对于行星齿轮组28的操作的反作用元件(reactionary element) 而产生能量。从发电机38产生的电能通过电连接40和高压总线被传递至电 池14。电池14还以已知的方式接收和储存通过再生制动产生的电能。电池 14将所储存的电能供应到电机18，以用于操作。从发动机12传递到发电机 38的动力中的一部分动力还可直接被传递到电机18。电池14、电机18和发 电机38均通过电连接40以双向电力流动路径互相连接。

车辆可仅由发动机12提供动力，仅由电池14和电机18提供动力，或者 由发动机12、电池14以及电机18的组合提供动力。在第一操作模式(“混合 动力操作模式”、“混合动力推进模式”等)下，发动机12起作用，以通过 行星齿轮组28传递扭矩。齿圈齿轮30将扭矩分配给包括多个啮合的齿轮元 件的有级速比齿轮42。扭矩从齿圈齿轮30经过有级速比齿轮42被分配至扭 矩输出轴44。在第一操作模式下，电机18还可起作用以通过有级速比齿轮 42传递扭矩以及将扭矩传递至扭矩输出轴44来辅助发动机12推进车辆。

在第二操作模式(“纯电力推进模式”、“EV模式”等)下，停用发动机 12或者另外防止发动机12将扭矩分配给扭矩输出轴44。在第二操作模式下， 电池14为电机18提供电力，以通过有级速比齿轮42分配扭矩以及将扭矩分 配给扭矩输出轴44。

在第一操作模式和第二操作模式中的任何一个或者两者下，VSC/PCM 20控制发动机12、电池14、电机18以及发电机38，以将扭矩分配至扭矩输 出轴44。扭矩输出轴44连接到差速器和半轴机构46，差速器和半轴机构46 将扭矩分配给牵引车轮16。还设置了制动器48，并且可由VSC/PCM20或者 另一控制器来控制制动器48。

应该理解的是，电机18和发电机38中的任何一个或者两个均可以按照 上面描述的方法分别产生电力或提供推进力。电机18和发电机38两者均可 以被互换地称为电动机或发电机、或者宽泛地称为电机。

对于控制总的车轮扭矩和电功耗来说，因为电机18与车轮16具有直接 的机械连接，所以两个电机中的电机18是最关键的。因此，如果电机18不 可用，则动力传动系10的性能会受到限制。如果内燃发动机12和发电机38 仍可用，则可能进行车辆操作。然而，电机18的缺失导致附加的挑战(包括 防止对电池14过充电)。

现在参照图2a至图2c，示出了行星齿轮组28的太阳齿轮、行星架和齿 圈齿轮之间的速度关系的水平图。行星齿轮组28在齿圈齿轮转速54、行星 架转速52和太阳齿轮转速50之间具有固定的线性关系。所述线性速度关系 由行星齿轮比ρ表示，行星齿轮比ρ被定义为太阳齿轮的齿数除以齿圈齿轮 的齿数。太阳齿轮连接到发电机38，因此，太阳齿轮转速50可以被理解为 等于发电机转速ω_gen。行星架连接到内燃发动机12，因此，行星架转速52 可以被理解为等于发动机转速ω_eng。齿圈齿轮通过传动组件(gearing assembly) 连接到输出轴，因此，齿圈齿轮转速54可以被理解为等于ω_ring，其中，ω_ring＝ C_RO×ω_out，C_RO是传动组件的齿轮比，ω_out是输出轴速度。

如图2a中所示，在低的车辆车轮转速(低ω_out)下，齿圈齿轮转速54低。 发动机转速ω_eng具有最小的怠速阈值，低于所述怠速阈值发动机将不运转， 因此，当内燃发动机12启动时，行星架转速52具有最小的正值。这样，根 据行星齿轮比ρ和齿轮比C_RO，在低的车辆速度下，太阳齿轮转速50一定是 正值。因此，在低的车辆速度下，ω_gen将是正值，导致电池充电。

如图2b和图2c中所示，在较高的车辆车轮转速下，可控制发动机转速 以按照期望对电池充电或者放电。随着车轮转速增大，齿圈齿轮转速54'增大 至超过发动机怠速运转转速的速度。一旦齿圈齿轮转速54'超过阈值，那么： 如果期望对电池充电，则可增大发动机转速；如果期望电池放电，则可减小 发动机转速。在图2b中，当发动机转速增大时，行星架转速52'增大，并且 根据行星齿轮比ρ，太阳齿轮转速50'增大到正值，因此，ω_gen是正值，导致 对电池充电。在图2c中，当发动机转速减小时，行星架转速52″减小，并且 根据行星齿轮比ρ，太阳齿轮转速50″减小到负值，因此，ω_gen是负值，使旋 转方向反向并导致电池放电。

当电动机不可用时，控制策略应该满足在低的车辆速度下不一致的需求。 所述策略应该限制电池充电幅值与持续时间，同时还提供最大量的车轮扭矩。

现在参照图3，以流程图的形式示出了用于控制混合动力电动车辆的策 略。如框56所示，当驱动电动机不可用时，接收到驾驶员扭矩请求。接着， 计算两个潜在的发动机功率。

通过满足驾驶员车轮扭矩请求所需的第一确定的发动机扭矩量计算第一 发动机功率，如框58所示。这是通过利用齿轮比将驾驶员车轮扭矩请求转换 成发动机扭矩来执行的。所述齿轮比可包括行星齿轮比ρ和齿轮比C_RO。第 一潜在的发动机功率等于所计算的发动机扭矩乘以当前发动机转速，如框60 所示。

第二发动机功率选项基于当前电池荷电状态通过第一计算的目标发动机 转速来确定，如框62所示。如果电池荷电状态低，则目标发动机转速将会变 得较高，以对电池充电；如果电池荷电状态高，则目标发动机转速将会变得 较低，以防止过充电。在一个实施例中，算法可计算“中性荷电”发动机转 速(“charge-neutral”engine speed)，在中性荷电发动机转速下，电池充电恰好 由电损耗抵消。在该实施例中，从中性荷电发动机转速起，充电发动机转速 和放电发动机转速可以以标量抵消。还可以使用确定目标发动机转速的其它 方法，诸如包含基于电池荷电状态的目标发动机转速的查找表。然后，目标 转速下的最大的发动机扭矩被计算并利用行星齿轮比被转换为车轮扭矩，如 框64所示。接着，计算最大的车轮功率，最大的车轮功率等于最大的车轮扭 矩与当前车轮转速的乘积，如框66所示。第二功率选项等于最大的车轮功率 加上可允许的电池使用量(allowable amount of battery usage)，如框68所示。 例如，电池使用的功率量可作为车辆速度的函数从查找表中获得。电池功率 量可被削减(clip)至比实际的电池功率极限与电损耗的总和小。这就防止了无 意地对电池过充电。

在计算第一发动机功率选项和第二功率选项之后，命令发动机产生两个 功率选项中较小的功率，如框70所示。这一命令可视情况由VSC或者其它 控制器发出。

使用上述方法，在没有对车辆电池过充电的情况下，最大量的扭矩被施 加到车轮。因此，可以以比在缓慢行进模式下可能的速度更大的速度来驱动 其驱动电动机不可用时的混合动力车辆。

虽然上面已经描述了示例性实施例，但是并非意指这些实施例包括本发 明的所有可能的形式。另外，在说明书中使用的词语是描述性的词语，而非 限制性的词语，并且应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可 以进行各种改变。另外，各种实现的实施例的特征可结合以形成本发明的进 一步的实施例。