用于并行混合動力系統中變速器檔位選擇的方法及設備與流程

本公開涉及混合動力系統以及與其相關的變速器檔位選擇。

背景技術：

混合動力系統可采用被設置成與扭矩機形成并行結構以產生用于車輛推進的牽引動力的內燃機和變速器。用于操作變速器的優選檔位級別的選擇可能會受到從扭矩機輸出的功率的影響。

技術實現要素：

描述了一種混合動力系統，其包括被設置成與非燃燒式扭矩機形成并行結構以將牽引動力傳遞至車輛的動力傳動系統的內燃機和變速器。控制混合動力系統的方法包括監測車輛速度和加速器踏板位置，以及基于上述車輛速度和加速器踏板位置確定牽引動力命令。確定從扭矩機輸入至動力傳動系統的電機功率，基于牽引動力命令確定了調整后發動機功率命令，且確定扭矩機輸出的電機功率。基于調整后發動機功率命令和車輛速度確定調整后加速器踏板位置，且基于調整后加速器踏板位置和車輛速度確定優選變速器狀態。變速器被控制至該優選變速器狀態。

從以下結合附圖對實施所附權利要求書中所限定的本教導的一些最佳方式和其他實施例進行的詳細描述中，將很容易了解到本教導的上述特征和優點以及其他特征和優點。

附圖說明

現將參照附圖以示例的方式對一個或多個實施例進行描述，其中：

圖1示意性地示出了根據本公開的包括聯接至動力傳動系統并由控制系統進行控制的并行混合動力系統的車輛；

圖2示意性地示出了根據本公開的用于控制參照圖1進行描述的動力系統的實施例以確定優選變速器檔位的控制例程；

圖3-1圖解地示出了根據本公開的踏板圖的一個實施例，其中，當所有的牽引動力都源自發動機時，上述踏板圖包括被繪制成與車輛速度和加速器踏板位置相關的初始發動機功率輸出值；

圖3-2圖解地示出了根據本公開的逆向踏板圖的一部分的一個實施例，其中該逆向踏板圖包括被繪制成與車輛速度和發動機功率輸出相關的多個加速器踏板位置值；以及

圖3-3圖解地示出了根據本公開的包括與車輛速度相關的多個加速器踏板位置值的變速器換擋圖的一個實施例。

具體實施方式

現參照附圖，其中顯示僅僅是為了說明某些示例性實施例，而不是為了限制這些示例性實施例。圖1示意性地示出了包括聯接至動力傳動系統60并由控制系統10進行控制的并行混合動力系統20的車輛100。在整個說明書中，相同的數字指代相同的元件。動力系統20包括多個扭矩產生裝置，其包括被設置成形成并行結構以經由動力傳動系統60將扭矩傳遞至第一驅動輪66并經由第二結構將扭矩傳遞至第二驅動輪68的內燃機(發動機)40、第一非燃燒式扭矩機36以及(在一個實施例中)第二非燃燒式扭矩機34。在一個實施例中，第一驅動輪66可包括前車輪，第二驅動輪68可包括后車輪。

參照圖1示出的動力系統20的實施例包括發動機40的曲軸44，其在第一端上可旋轉地聯接至變速器48。在一個實施例中，曲軸44的第二端可以經由合適的齒輪機構43可旋轉地聯接至第二扭矩機34，其中該齒輪機構可為鏈條、皮帶或嚙合齒輪。變速器48的輸出構件49可經由可控離合器52的致動聯接至齒輪系50的旋轉構件，其中該齒輪系包括至少兩個嚙合接合的齒輪。齒輪系50的輸出構件62可旋轉地聯接至動力傳動系統60。在一個實施例中，第一扭矩機36經由第二齒輪系和輪軸聯接至第二驅動輪68。可選地，第二扭矩機34可以可旋轉地聯接至變速器48的輸入構件。可選地，第二扭矩機34可以可旋轉地聯接至變速器48的中間構件。

內燃機40和第二扭矩機34聯接至齒輪系50，并可被控制來產生可以就輸出扭矩和轉速而言進行描述的牽引動力。牽引動力被傳遞至動力傳動系統60以推進車輛100。可在本公開的范圍內采用動力系統的其他實施例，其中所述其他實施例包括被設置成與至少一個扭矩機并行以產生牽引動力的內燃機。通過定義的方式，‘輸出扭矩’指代正(牽引)扭矩和負(制動)扭矩兩者，這兩種扭矩可由動力系統20產生，并可傳遞至輸出構件62。通過非限制性示例的方式，車輛100可包括載客車輛、輕型或重型卡車、多用途車輛、農用車輛、工業/倉庫車輛或休閑越野車輛。

動力系統20包括內燃機40，第一扭矩機36和第二扭矩機34產生輸出扭矩，該輸出扭矩經由動力傳動系統60傳遞至第一驅動輪66和第二驅動輪68以產生推進扭矩。內燃機40的曲軸44經由扭矩轉換器46聯接至變速器48，且其輸出構件49可旋轉地聯接至齒輪系50的齒輪。齒輪系50可為任何合適的齒輪機構。

發動機40優選地為多缸內燃機，其通過熱力燃燒過程將燃料轉換成機械扭矩。發動機40配備有多個致動器和感測裝置，其用于監測操作和輸送燃料來形成產生膨脹力的缸內燃燒充量，其中該膨脹力經由活塞和連桿傳遞至曲軸44以產生扭矩。發動機40的操作由發動機控制器(ecm)45進行控制。

變速器48可為任何合適的變速器裝置，其用于在扭矩產生裝置(例如，發動機40)與輸出構件49之間傳遞扭矩。變速器48可被命令至多個檔位級別中的一個，包括，例如，泊車檔、倒車檔、空檔和前進擋。在一個實施例中，變速器40為包括多個可嚙合齒輪和可選擇性致動的離合器的多級檔位變速器，其中該多個可嚙合齒輪和可選擇性致動的離合器被配置成在多個固定齒輪比之一中、將內燃機40所產生的扭矩傳遞至輸出構件49。固定齒輪比可以是自動選擇的，或其可由操作員選擇。可選地，變速器48可為采用變換器的無級變速器(cvt)，該變換器可控制至輸出速度與輸入速度的速度比，其中該速度比在預定的操作范圍內是無限可變的。cvt是公知的，因此不在本文對其進行更詳細的描述。變速器48可包括機械驅動的液壓泵、液壓回路、離合器組件和其他扭矩傳遞元件，通過非限制性示例的方式，上述扭矩傳遞元件包括行星齒輪組、離合器、制動器等。變速器控制器(tcm)57監測各種旋轉構件的轉速，并控制各種可控部件的操作，這些可控部件包括變速器48的離合器以及扭矩轉換器46的扭矩轉換器離合器。tcm57包括響應于操作條件而將變速器48控制至優選狀態的可執行代碼。當變速器48為級檔位變速器時，該優選狀態可為選擇的變速器檔位和相關聯的齒輪比。當變速器48為cvt時，該優選狀態可為選擇的變速器速度比。

第一扭矩機36可為任何合適的非燃燒式扭矩機，而且，在一個實施例中，該第一扭矩機是高壓多相電動機/發電機，如圖所示。第一扭矩機36包括轉子和定子，并經由第一逆變器電路35和高壓dc總線29電連接至高壓dc電源(電池)25。通過非限制性示例的方式，其他扭矩機可包括氣體驅動扭矩機或液壓驅動扭矩機。氣體驅動扭矩機和液壓驅動扭矩機是本領域技術人員所熟知的，因此不在本文對其進行詳細的描述。第一扭矩機36被配置成將所存儲的電能轉換成機械動力，并將機械動力轉換成可存儲在電池25中的電能。電池25可為但不限于任何高壓dc電源，例如，多單元鋰離子裝置、超級電容器或另一合適裝置。在一個實施例中，電池25可經由車載電池充電器24電連接至遠程車輛外電源，以在車輛100靜止的同時進行充電。電池25經由高壓dc總線29電連接至第一逆變器模塊35。

第一逆變器模塊35配置有合適的控制電路，包括功率晶體管，例如，用于將高壓dc電力轉化為高壓ac電力以及將高壓ac電力轉化為高壓dc電力的igbt。第一逆變器模塊35被控制來響應于控制系統10中產生的控制信號而將高壓dc電力傳遞至第一扭矩機36。第一逆變器模塊35優選地采用脈沖寬度調制(pwm)控制件來將高壓電池25中產生的存儲dc電力轉換成ac電力，以驅動第一扭矩機36來產生扭矩。同樣，第一逆變器模塊35將傳遞至第一扭矩機36的機械動力轉換成dc電力，以產生可存儲在電池25中的電能，包括作為再生電力控制策略的一部分。第一逆變器模塊35被配置成接收電機控制命令，并控制逆變器狀態來提供電機驅動和再生制動功能。

第二扭矩機34和第二逆變器模塊33可分別為類似于第一扭矩機36和第一逆變器模塊35的裝置，盡管它們可在不同的扭矩和額定功率下具有合適的尺寸。

在一個實施例中，dc/dc電力轉換器23電連接至低壓總線28和低壓電池27，并電連接至高壓dc總線29。此類電力連接是公知的，因此不對其進行詳細的描述。低壓電池27電連接至輔助電力系統26，以將低壓電力提供給車輛上的低壓系統，這些低壓系統包括，例如，電動車窗、hvac風扇、座椅和低壓螺線管致動的電動起動器。

在一個實施例中，動力傳動系統60可包括機械聯接至輪軸、驅動橋或半軸64的差速齒輪裝置65，其中該輪軸、驅動橋或半軸64機械聯接至與路面相互作用的第一車輪66。動力傳動系統60將齒輪系50與第一驅動輪66之間的推進扭矩傳遞至路面。

車輛100的操作員界面14包括通過信號連接至多個人機接口裝置的控制器，車輛操作員通過該多個人機接口裝置命令車輛100的操作。人機接口裝置包括，例如，加速器踏板15、制動器踏板16和變速器級別選擇器17。其他人機接口裝置優選地包括使操作員能夠轉動并啟動發動機40的點火開關、方向盤和前燈開關。加速器踏板15提供指示加速器踏板位置(pps)的信號輸入，制動器踏板16提供指示制動器踏板位置(bps)的信號輸入。變速器級別選擇器17提供指示車輛的操作員意圖動作(prndl)的方向的信號輸入，其包括離散數量的操作員可選位置，這些操作員可選位置指示輸出構件62在前進方向、倒車方向或空擋中的優選旋轉方向。輸出速度傳感器61被采用來監測輸出構件62的轉速，且其可為任何合適的裝置，例如，霍耳效應傳感器。輸出速度傳感器61所輸出的信號可被采用來確定驅動輪66的轉速，并由此基于該轉速確定車輛速度。

控制系統10包括通過信號連接至操作員界面14的控制器12。為了便于說明，控制器12被示出為單個裝置，但其可由多個與動力系統20的單獨元件定位在同一位置的離散裝置組成，以響應于操作員命令和動力系統命令而實施動力系統20的單獨元件的操作控制。控制器12還可包括提供其他控制裝置的分級控制的控制裝置。控制器12直接或經由通信總線18通信地連接至高壓電池25、第一逆變器模塊35、ecm45和tcm57中的每一個，以監測和控制它們的操作。

控制器12命令動力系統20的操作，包括在多個操作模式中的一個下選擇和命令操作，以響應于牽引動力命令、發動機功率命令和電機功率命令而在扭矩產生裝置(例如，發動機40)、第一扭矩機36、第二扭矩機34(在采用的情況下)以及第一和第二驅動輪66、68之間產生并傳遞扭矩。

術語“控制器”、“控制模塊”、“模塊”、“控制件”、“控制單元”、“處理器”及類似術語指代專用集成電路(asic)、電子電路、中央處理單元(例如，微處理器)和相關聯的以存儲器和存儲裝置的形式存在的非瞬變存儲器部件(只讀、可編程只讀、隨機存取、硬驅動等)中的任一個或各種組合。非瞬變存儲器部件能夠存儲以一個或多個軟件或固件程序或例程、組合邏輯電路、輸入/輸出電路和裝置、信號調制和緩沖電路及其他可由一個或多個處理器訪問以提供所述功能的部件的形式存在的機器可讀指令。輸入/輸出電路和裝置包括模擬/數字轉換器以及監測來自傳感器的輸入的相關裝置，其中，以預設的采樣頻率監測此類輸入，或響應于觸發事件而監測此類輸入。軟件、固件、程序、指令、控制例程、代碼、算法和類似術語是指任何包括刻度和查找表的控制器可執行指令組。各控制器執行控制例程來提供所需功能，包括監測來自感測裝置和其他聯網控制器的輸入，以及執行控制和診斷指令來控制致動器的操作。例程可以以規律的時間間隔進行執行，例如，在不停的操作期間，每100微秒執行一次。可選地，可響應于觸發事件的發生而執行例程。可利用直接的有線點對點鏈路、聯網通信總線鏈路(例如，總線18)、無線鏈路或任何其他合適的通信鏈路來實現控制器之間的通信以及控制器、致動器和/或傳感器之間的通信。通信包括交換以任何合適的形式存在的數據信號，包括，例如，經由傳導介質的電信號、經由空氣的電磁信號、經由光波導的光信號等。數據信號可包括表示來自傳感器的輸入、致動器命令和控制器之間的通信的離散模擬或數字模擬信號。術語“信號”指代任何物理上可識別的傳送信息的指示符，且其可為任何合適的能夠傳播穿過介質的波形(例如，電、光、磁、機械或電磁)，例如，dc、ac、正弦波、三角形波、方波、振動等。術語‘模型’指代基于處理器或處理器可執行的代碼以及模擬裝置或物理過程的物理存在的相關聯刻度。

圖2示意性地示出了用于控制參照圖1進行描述的動力系統100的實施例以選擇優選變速器檔位132的控制例程101，且變速器48被命令在該優選變速器檔位132下進行操作。本領域技術人員理解的是，本文所描述的概念可有利地使用在各種包括內燃機和變速器的并行混合動力系統上，上述內燃機和變速器被設置成與非燃燒式扭矩機形成并行結構，以產生牽引動力并將其傳遞至動力傳動系統，以用于車輛推進。定期監測的參數包括車輛速度(vss)102、輸入至加速器踏板的操作員輸入(其優選地以加速器踏板位置(pps)104的形式存在)以及從第一扭矩機36輸入的電機功率106。可估計、監測或以其他方式確定電機功率106。如本領域技術人員所理解的，由于扭矩機的響應操作，電機功率106既表示獲得的電機功率，也表示命令的電機功率。

電機功率106可與將第一和/或第二扭矩機36、34作為扭矩電機進行操作以向齒輪系50提供正電機功率(即放電)相關聯，這會響應于加速命令而增加來自動力系統100的牽引動力。電機功率106可與將第一扭矩機36或第二扭矩機34作為發電機進行操作以向齒輪系50提供負電機功率(即充電)相關聯，其中負電機功率被采用來產生可存儲在電池25中的電力。可響應于增加電池25的荷電狀態(soc)的需求或減速命令(例如，滑行或制動)而命令負電機功率(即充電)。如此，負電機功率可與增加的再生制動力和來自動力系統100的減少的牽引動力相關聯。從動力系統100到動力傳動系統60的牽引動力命令112基于vss102和pps104進行確定，其中動力由發動機40或第一扭矩機36或這兩者貢獻。當電池25的soc大于上限閾值soc時，控制器12可選擇采用第一扭矩機36來貢獻額外的牽引動力，以減小soc。不論車輛速度和總牽引動力如何，當電池25的soc小于下限閾值soc時，控制器12可選擇采用第一扭矩機36來產生額外的電能，以增大soc。

vss102和pps104被周期性地提供至踏板圖110，以確定牽引動力命令112。牽引動力命令112可被采用來確定初始發動機功率命令。當所有的牽引動力都源自發動機40，且從第一扭矩機36輸入的電機功率106為零時，上述初始發動機功率命令是響應于vss102和pps104而對動力系統100進行操作時所需的發動機功率的量值。如本領域技術人員所理解的，包括初始發動機功率命令的發動機功率輸出值反而可被稱為扭矩命令、節氣門命令或另一合適的相關術語。

圖3-1圖解地示出了參照圖2進行描述的踏板圖110的一個實施例，并包括操作動力系統100的實施例所需的初始發動機功率輸出值，其中，當所有的牽引動力都源自發動機40時，上述初始發動機功率輸出值被繪制成與示出在橫軸上的車輛速度(vss)304(單位為千米/時(kph))和示出在縱軸上的加速器踏板位置(app)302(以全開節氣門值的百分比(％)表示)相關。示出了多條iso-發動機功率輸出線306，其包括值為0kw、20kw、40kw等的發動機功率量值。踏板圖110被有利地采用來確定初始發動機功率輸出的量值，其中，可響應于vss304的量值以及app302的量值而命令上述量值。可在動力系統開發期間確定踏板圖110，且該踏板圖可被簡化來作為初始發動機功率輸出的陣列進行實施，其中該陣列存儲在非易失性存儲器裝置中，并可基于vss304和app302進行搜索。出于說明的目的，示出了示例性操作點310，其包括約為65kw的發動機操作點，其中該發動機操作點與值為60kph的vss和值為30％的app相關聯。踏板圖對于動力系統的實施例而言是特定的，且與它們的制定和實施相關的過程是本領域技術人員所熟知的。

再次參考參照圖2進行描述的控制例程101，通過差值運算子114使牽引動力命令112減去從第一扭矩機36輸入的電機功率106的量值，得以確定調整后發動機功率命令116。

調整后發動機功率命令116和vss102被提供至逆向踏板圖120，以確定調整后加速器踏板位置(pps*)122。圖3-2圖解地示出了參照圖2進行描述的逆向踏板圖120的一部分的一個實施例。逆向踏板圖120包括多個app值，其中該多個app值以用于動力系統100的發動機20的實施例的全開節氣門值的百分比(％)表示。app值被繪制成與示出在橫軸上的車輛速度(vss)304(單位為千米/時(kph))和示出在縱軸上的發動機功率輸出306(單位為千瓦)相關。示出了多條iso-app線302，其包括值為20％、25％、30％等的app值。逆向踏板圖120被有利地采用來確定app302的量值，其中該量值與vss304的量值和發動機功率輸出306的量值相關聯。逆向踏板圖120是踏板圖110的倒轉形式，其是基于在選擇的車輛速度下發動機功率與app之間的1:1關系進行制訂的。因此，踏板圖110可在各車輛速度下倒轉來獲得逆向踏板圖120。出于說明的目的，示出了第二示例性操作點320，其包括值為25％的app，其中該app與約為45kw的發動機操作點和值為60kph的vss相關聯。當約為65kw的示例性操作點310包括20kw的電機功率貢獻時，第二示例性操作點320表示pps*122的量值。

再次參考參照圖2進行描述的控制例程101，pps*122和vss102被提供至變速器換擋圖130以確定優選變速器檔位132，且變速器48被命令在該優選變速器檔位132下進行操作。圖3-3圖解地示出了參照圖2進行描述的變速器換擋圖130的一個實施例，并包括多個app值(以用于動力系統100的實施例的全開節氣門值的百分比(％)表示)，其中該多個app值示出在縱軸302上，與示出在橫軸304上的車輛速度(vss)(單位為千米/時(kph))相關。示出了多個升檔點330和多個降檔點340。在約為65kw的示例性操作點310包括20kw的電機功率貢獻的情況下，即在發動機操作點為45kw且車輛速度vss為60kph的情況下，第三示例性操作點325表示與用于pps*122的量值的第二示例性操作點320相關聯的優選變速器檔位。變速器換檔圖對于動力系統的實施例而言是特定的，且與它們的制定和實施相關的過程是本領域技術人員所熟知的。

再次參考參照圖2進行描述的控制例程101，第二示例性操作點210表示調整后加速器踏板位置(pps*)122，其為與在第一扭矩機36對動力傳動系統扭矩產生貢獻時操作內燃機20相關聯的app的量值。實施了動力系統20的操作，該操作包括將變速器48控制至如本文所述進行選擇的優選變速器檔位132，以及響應于調整后加速器踏板位置(pps*)122而控制內燃機。

本文所述的概念有助于優化用于并行混合動力系統結構的檔位狀態的選擇，其中該并行混合動力系統結構采用與非混合動力系統結構相同的換擋規律和踏板圖。這降低了開發工作量，并在維持駕駛性能的同時，在對控制例程進行最小的改變的情況下實現了燃料經濟性操作的優化。

流程圖和流程示意圖中的框圖根據本公開的各種實施例示出了系統、方法和計算機程序產品的可能實施方式的結構、功能和操作。就這一點而言，流程圖或框圖中的各框可表示代碼模塊、代碼片段或代碼部分，其包括一個或多個用于實施指定邏輯功能的可執行指令。還將值得注意的是，框圖和/或流程圖的各框以及框圖和/或流程圖中的框的組合可通過基于專用硬件的系統或專用硬件和計算機指令的組合進行實施，其中這些系統執行指定的功能或動作。這些計算機程序指令還可存儲在計算機可讀介質中，它們可引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式運行，使得存儲在計算機可讀介質中的指令產生包括指令部件的制造產品，其中這些指令部件實施流程圖和/或框圖的框中所指定的功能/動作。

如在本說明書和權利要求書中使用的，當與一個或多個部件或其他項的列表結合使用時，術語“例如”、“比如”、“諸如”和“像”以及動詞“包括”、“具有”、“包含”及其其他動詞形式全部都應被理解為是開放式的，即該列表不應被理解為排除其他的額外部件或項。其他術語采用其最廣泛的合理含義來進行解釋，除非其用于要求不同解釋的上下文中。此外，在閱讀權利要求書時，本公開的意圖在于，當使用諸如“一”、“一個”、“至少一個”或“至少一部分”之類的詞語時，除非在權利要求中具體地規定與此相反，否則這些詞語的目的不是要將權利要求限制于僅僅一個項。當使用語句“至少一部分”和/或“一部分”時，除非具體地規定與此相反，否則該項可包括一部分和/或整個項。

詳細描述和附圖或圖支持并描述本教導，但是本教導的范圍僅由權利要求書限定。雖然已詳細描述了用于實施本教導的一些最佳方式和其他實施例，但是存在有各種用于實踐所附權利要求書中限定的本教導的可選設計和實施例。