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技术领域

本公开总体上涉及响应于驾驶员输入而控制发动机转速和混合动力车辆 的组合的输出扭矩。

背景技术

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 转速通过限定的一组传动比而约束为与车速成比例。当变矩器被锁定时，发 动机转速也被约束为与车速成比例。另外，在具有动力分离（power-split）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。

即使在具有自动变速器的车辆（在该车辆中通常通过控制器确定传动比 或发动机转速的选择）中，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， 其允许驾驶员发信号请求相对于车辆控制器自动选择的传动比而言更高或更 低的传动比，而使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，控制器通过换档为离散传动比中不同的一个传动比而响应这类指令， 该离散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）或类似变速箱的车辆（例如动力分离的混合动力 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

在多个实施例中，混合动力车辆控制策略实施四种不同的运转模式。车 辆控制器响应于多个驾驶员交互元件（例如包括变速杆、降档选择器和升档 选择器）的操作而确定在任何给定的时间使用哪种运转模式。在两种运转模 式中，控制器允许驾驶员选择影响发动机转速以及发动机和一个或更多个牵 引马达的组合输出扭矩的虚拟档位。根据启用哪种运转模式，控制器可使用 不同的逻辑来关闭发动机并仅通过电力驱动。

在一个实施例中，一种控制混合动力车辆的方法包括：在自动模式下， 控制发动机和牵引马达，然后增加车轮扭矩，以转换到档位选择模式。在自 动模式下，车轮扭矩是基于踏板位置和车速。在档位选择模式下，车辆扭矩 除了基于踏板位置和车速外还基于驾驶员可修改的虚拟档位号。在档位选择 模式下，车轮扭矩随着虚拟档位号的增加而降低。所述方法可包括响应于升 档选择器的操作而使虚拟档位号增加以及响应于降档选择器的操作而使虚拟 档位号降低。转换到档位选择模式可通过降档选择器的操作而启动。当转换 到档位选择模式时，所述方法可包括选择将使得扭矩增加的最高的虚拟档位 号。

在另一实施例中，一种用于混合动力车辆的控制器包括输入信道、输出 信道以及控制逻辑。输入信道接收指示车速、驾驶员操作的加速器踏板位置、 降档选择器的驾驶员操作以及升档选择器的驾驶员操作的输入信号。输出信 道向发动机和至少一个牵引马达发送控制信号。控制逻辑被配置为在自动模 式下控制发动机和牵引马达，然后增加车轮扭矩，以转换到档位选择模式。 在自动模式下，车轮扭矩是基于踏板位置和车速。在档位选择模式下，车轮 扭矩除了基于踏板位置和车速外还基于驾驶员可修改的虚拟档位号。在档位 选择模式下，车轮扭矩随着虚拟档位号的增加而降低。所述控制器可响应于 升档选择器的操作而使虚拟档位号增加并响应于降档选择器的操作而使虚拟 档位号降低。当转换为档位选择模式时，控制器可选择将导致扭矩增加的最 高的初始虚拟档位号。

一种用于混合动力车辆的控制器包括输入信道、输出信道以及控制逻辑。 输入信道接收车速、驾驶员操作的加速器踏板位置以及指示降档选择器的操 作的信号。输出信道被配置成控制发动机和至少一个牵引马达。控制逻辑被 配置为在自动模式下控制发动机和牵引马达，以基于踏板位置和车速产生车 轮扭矩；增加车轮扭矩，以转换到档位选择模式，其中，车轮扭矩是基于驾 驶员可修改的虚拟档位号、踏板位置和车速。

所述控制逻辑被配置为当在给定的虚拟档位以档位选择模式运转时，调 节车轮扭矩，使得车辆扭矩小于其在下一个较高的虚拟档位在相同的踏板位 置和车速下的车轮扭矩。

所述控制逻辑被配置为选择可用的最高初始虚拟档位号，以使当在踏板 位置和车速基本上恒定的情况下转换到档位选择模式时，车轮扭矩增加。

所述控制器还包括控制逻辑，所述控制逻辑被配置为当在档位选择模式 下运转时，通过增加车轮扭矩来响应于降档选择器的操作。

所述控制器还包括：输入信道，接收指示升档选择器的操作的信号；控 制逻辑，被配置为当在档位选择模式下运转时，通过降低车轮扭矩来响应于 升档选择器的操作。

在另一实施例中，一种混合动力车辆包括行星齿轮组和控制器。行星齿 轮组的元件（包括中心齿轮、环形齿轮以及行星齿轮架）可驱动地连接至发 动机、一组驱动轮和第一电机。第二电机可驱动地连接至车轮。控制器被配 置为在自动模式下控制发动机和电机，然后增加车轮扭矩，以转换到档位选 择模式。在自动模式下，车轮扭矩是基于踏板位置和车速。在档位选择模式 下，车轮扭矩除了基于踏板位置和车速外还基于驾驶员可修改的虚拟档位号。 当转换到档位选择模式时，控制器可选择将导致扭矩增加的最高的初始虚拟 档位号。

在又一实施例中，一种车辆包括：行星齿轮组，行星齿轮组的第一元件 可驱动地连接到发动机，行星齿轮组的第二元件可驱动地连接到第一电机， 行星齿轮组的第三元件可驱动地连接到一组车轮；第二电机，可驱动地连接 到一组车轮；控制器，控制器与发动机、电机、加速器踏板、升档选择器以 及降档选择器进行通信，所述控制器被配置为：在自动模式下使发动机和电 机运转，其中，传送到一组车轮的净扭矩响应于加速器踏板位置和车速的改 变而变化；在档位选择模式下使发动机和电机运转，其中，传送到一组车轮 的净扭矩还响应于驾驶员可修改的虚拟档位号而变化；响应于降档选择器的 操作，从自动模式转换为档位选择模式，所述转换包括选择最初的虚拟档位 号，以使传送到一组车轮的净扭矩相对于自动模式下传动到一组车轮的净扭 矩增加。

在从自动模式转换为档位选择模式期间而选择的最初的虚拟档位被选 择，以使在下一个较高虚拟档位号中将要传送到一组车轮的净扭矩低于在自 动模式下以相同的加速器踏板位置和车速传送到一组车轮的净扭矩。

根据本公开的多个实施例可提供一个或更多个优点。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变速箱的混 合动力车辆中模拟或仿真阶梯传动比自动变速器的手动或档位选择模式。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 地指令动力传动系统转速和加速，从而提供改善的豪华特征和运动感受。

通过下面结合附图对优选的实施例进行的详细的描述，上述优点和其它 优点以及特征将变得显而易见。

附图说明

图1是示出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；

图2是示出本公开的实施例的系统或方法的操作的状态转换图；

图3是示出根据多个实施例当处于正常运转模式时系统或方法的操作的 流程图；

图4是示出根据本公开的代表实施例在车速、加速器踏板位置以及车轮扭 矩指令之间关系的曲线图；

图5是示出根据本公开的代表实施例在车速、目标发动机动力和发动机转 速指令之间关系的曲线图；

图6是示出根据多个实施例当处于实时换档控制（LID）运转模式时系统 或方法的操作的流程图；

图7是示出根据本公开的代表实施例在实际的加速器踏板位置、虚拟的档 位号或运转模式以及修改的踏板位置之间关系的曲线图；

图8是示出根据本公开的代表实施例的车速、虚拟档位号和发动机动力调 整限制（engine power clipping limit）之间关系的曲线图；

图9是示出根据本公开的实施例当处于运动运转模式时系统或方法的操 作的流程图；

图10是示出本公开的多个实施例在特定运转模式中用于关闭或再起动发 动机的策略的操作的流程图；以及

图11是示出根据本公开的多个实施例当处于SST运转模式时系统或方法 的操作的流程图。

具体实施方式

根据需要，在此公开了本发明的具体的实施例；但是，应理解公开的实 施例仅为本发明的示例，本发明可以以多种和可替代的形式实施。附图无需 按比例绘制；可放大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处 所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员 不同地实施本发明的代表性基础。

图1示意地示出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可驱动地连接它们，以将元件的转速约束为基本 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直接或（例如通过差速总 成）间接驱动车轮。

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是能将电 能转换为旋转的机械能或者将旋转的机械能转换为电能的可逆电机。应该认 为术语“发电机”和“马达”仅作为标签以便于描述而不限制每个电机的功能或 运转。发电机24和牵引马达34都电连接至电池36。

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。可替代地，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。通过机械能 传输和电能传输的组合使动力从发动机传输至输出轴。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的动力更多的动力而将动力的 差异传输至电池36。在其它工况期间，与发电机24和/或牵引马达34组合的电 池36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。

发动机20、发电机24以及牵引马达34都响应于来自控制器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。控制器从制动器踏 板40、加速器踏板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 允许驾驶员选择泊车档、倒档、空档、行驶档和运动档行驶模式。例如，升 档选择器和降档选择器可以是安装在方向盘相对侧上的拨片。其它的升档选 择器和降档选择器实施方式（例如变速杆的其它位置）是已知的并且适用于 本发明。

在某些运转模式中，相对于通过离散的换档事件的改变，发动机转速可 响应于加速器踏板位置的变化而连续地改变。这样的情形（terminology）不 应解释为排除数字控制器（以频繁的时间间隔控制大量但有限数量的控制信 号水平）的使用。

图2示出了顶层（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，则转换为普通模式62。图3中的流 程图示出了普通模式中的运转。普通模式从64处开始。在普通模式下，控制 器重复执行在66处设置输出扭矩、在68处设置发动机模式68、在69处设置发 动机动力以及在70处设置发动机转速的操作。在普通模式下，在步骤66处使 用表格（例如在图4中示出的表格）基于加速器踏板位置和车速而计算目标输 出扭矩。在图4中，曲线202、204、206、208、210和212分别示出了分别在加 速器踏板位置的0%、20%、40%、60%、80%和100%处车轮扭矩指令作为车 速的函数。可以从牵引马达转速传感器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、输出动力指令、加速器踏板位置和车速的多种 输入信号将发动机模式设置为运转或停机。如果发动机模式为运行，则在步 骤69和70处计算目标发动机动力和目标发动机转速，以在传输期望的输出扭 矩并保持电池处于期望的荷电状态的同时使燃料消耗最小化。如果电池荷电 状态接近目标水平，那么目标发动机动力设置为等于将传输至车轮的动力（可 从目标车轮扭矩和车速计算得出）。如果电池荷电状态较低，那么目标发动 机动力设置为较高，以产生额外的动力对电池进行充电。如果电池荷电状态 高，目标发动机动力设置成较低以节约燃料。使用表格（例如图5中示出的表 格）基于目标发动机动力和车速计算目标发动机转速。在图5中，曲线214、 216、218、220、222、224和226分别示出了当目标发动机动力不同时车速和 发动机转速指令之间的函数关系。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。

再次参照图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 转换为实时换档控制（LID，Live-In-Drive）模式72。LID模式允许驾驶员通 过选择虚拟档位号来影响发动机转速和车轮扭矩。通过图6的流程图示出了 LID模式的运转。一旦进入LID模式，则在步骤74处控制器选择初始的虚拟传 动比并且随后重复地执行在步骤76和66′处用于设置输出扭矩、在步骤69′和78 处设置发动机动力和发动机转速以及在步骤80和82中更新虚拟传动比的操 作。这些操作中的每个操作将在下文中另外详细地讨论。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。此外，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器踏板位置的减压指示的松加速器踏板状况并且该状况 持续一定的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 高的驾驶员作业量（例如，诸如这些作业量可通过方向盘46的大的转向，大 的偏航、俯仰或侧倾速率，或者高的纵向或侧向加速指示），则后一种类型 的状况将不引起转换。

在步骤76处，使用表格（例如图7中示出的表格）从测量的加速器踏板位 置计算修改的加速器踏板位置。该修改的加速器踏板位置用于代替在步骤66′ 中的实际踏板位置以计算目标输出扭矩。在图7中，曲线240、242、244、246、 248、250、252和254分别指示用于第一、第二、第三、第四、第五、第六、 第七和第八虚拟档位的作为实际踏板位置函数的修改的踏板位置。选择图7 中的曲线来模拟动力传动系统和离散传动比变速器的输出扭矩容量。具体地 讲，对于给定的任何非零的加速器踏板位置，随着虚拟档位号（在该示例中 为1档到8档）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该组合的输出扭矩对应于多个输出扭矩 函数中的一者，对于关联的车速而言每个输出扭矩函数在加速器踏板位置的 最大值处具有不同的输出扭矩。

在步骤74处选择初始虚拟档位。关于图7的运转点在转变之前沿着线236。 控制器选择对应于曲线240-254中下一个较高曲线的虚拟档位号。换句话说， 控制器基于当前的实际踏板位置选择虚拟档位号，使得在选择的虚拟档位中 修改的踏板位置高于实际的踏板位置，但是在下一个较高虚拟档位中修改的 踏板位置将小于实际踏板位置。例如，如果转变前运转点是258，则将会选择 4档使得运转点变成点260。这样的效果是确保在恒定的加速器位置处一旦从 普通模式转变为LID模式则增加车轮扭矩。

如图6所示，在LID模式72中，在步骤69′处计算目标发动机动力并在步骤 78处计算目标发动机转速。在步骤78处，控制器使用表格（例如图8中示出的 表格）基于车速以及当前选择的虚拟档位号首先计算用于发动机动力的调整 限制。在图8中，曲线262、264、266、268、270、272、274以及276分别示出 了当虚拟档位号不同时，车速和发动机动力调整限制之间的函数关系。另外， 曲线278表示发动机动力调整限制和车速的最大值。例如，如果当前的虚拟档 位号是4，则将根据曲线268设置调整限制。如果调整限制高于目标发动机动 力，则使用调整限制代替目标发动机动力来计算目标发动机转速。当使用调 整限制时，较低的虚拟档位号的发动机转速将会设置得比较高虚拟档位号的 更高。同样，当使用调整限制时，目标发动机转速不会随加速器踏板位置的 变化而变化。当调整限制小于目标发动机动力（当选择较高的虚拟档位号时 更有可能）时，那么LID模式中的目标发动机转速与普通模式中的相同。调整 限制不影响指令的被调节用于传输目标车轮扭矩的发动机动力。

同样如图6所示，在步骤80中，控制器检查升档选择器或降档选择器的启 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。具体地讲，可通过车速的增加触发升档。类似地，当车速降低时 可以指示降档。然而，如上文所述，当指示自动降档时控制器转换回普通模 式62。在该实施例中，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较不频繁（common）。

再次参照图2，每当驾驶员将变速杆44移到运动（S）位置时，控制器就 从普通模式62转换为运动模式94。通过图9中的流程图示出了运动模式的操 作。控制器重复执行在96和66′′处用于设置输出扭矩、在99处设置发动机转速 以及在98处设置发动机模式的操作。为了对加速器踏板移动提供更加运动的 反应，基于如图7中上部的粗实线238示出的修改的加速器踏板位置计算目标 输出扭矩。选择实际的加速器踏板位置和修改的加速器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。

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，如在步骤98处指示的在运动模式中使用的算法只在车辆静止且压下 制动踏板时关闭发动机。在图10中示出了修改的发动机模式设置算法。如果 在100处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处再起动发动机。类似地，如果发动机当前正 在运转，则只有在110处车辆是静止的且在112处制动踏板被压下才在步骤108 处关闭发动机。

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 器中的任何一者，那么控制器转换为选择档位变速（SST）模式114。在SST 模式中，如关于LID模式描述的，基于虚拟档位号设置目标发动机扭矩和目标 发动机转速。然而，控制器将保持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档）位置而指示期望离 开该模式为止。通过图11中的流程图示出了SST模式的操作。在步骤74′中使 用与上文描述的当进入LID模式时使用的方法相似方法（除了初始运转点沿图 7中的曲线238而不是沿曲线236之外）设置初始虚拟档位号。所以，控制器选 择最高虚拟档位号，对于该档位号而言修改的踏板位置比运动模式中的更高。 这确保一旦转变为SST模式，则增加车轮扭矩。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模式中相同的方式调节虚 拟档位号。此外，控制器可响应于车速或加速器踏板位置的改变而自动调节 虚拟档位号，升档或降档。当车辆快要停止时，该自动的特征将虚拟档位号 设置为1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 而超控该选择。在SST模式中，发动机模式取决于虚拟档位号、车速以及加 速器踏板位置。在步骤120处，控制器计算发动机关闭极限，该极限是低于该 加速器踏板位置启用电力驱动（electric drive）的加速器踏板位置。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中的黑色圆圈示出了在 特定车速和输出动力需求处用于多个传动比的关闭极限。当启用较高的虚拟 档位号（即5-8档）中的一者且加速器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′。如果启用较低的虚拟档位号（即1-4档）或者如 果加速器位置高于发动机关闭极限，则使用更加约束的运动档和LID模式的算 法98′。

如通过上文描述的代表实施例示出的，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变速箱的混合动力车辆中模 拟阶梯传动比自动变速器的手动或档位选择模式。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，以手动地指令动力传动系统转 速和加速，从而提供改善的奢侈特征和运动感受。

虽然上文描述了示例实施例，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性词 语，并且应理解在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变。 此外，可组合多个执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。虽然可 将多个实施例描述为对于一个或多个期望的特征提供优点或者优于其它实施 例，但本领域技术人员应理解，取决于具体的应用或实施，可对一个或多个 特征进行折中以实现期望的系统属性。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的在此描述的实施例没有在本公开的范围之外并且可 期望用于特殊应用。