專利名稱：混合電動車輛功率流穩(wěn)定的輸入扭矩最佳選擇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對車輛動力系的控制。更具體地，本發(fā)明涉及隨車(on-vehicle)確定動力系的優(yōu)選操作點(diǎn)。
背景技術(shù)：
已知的各種混合動力系結(jié)構(gòu)用于管理混合車輛中各種原動機(jī)，最通常的是內(nèi)燃機(jī)和電機(jī)的輸入和輸出扭矩。串聯(lián)混合結(jié)構(gòu)的特征通常是，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)又向電驅(qū)動系和電池組提供電力。在串聯(lián)混合結(jié)構(gòu)中，內(nèi)燃機(jī)不與驅(qū)動系直接機(jī)械聯(lián)接(couple)。發(fā)電機(jī)還可操作在電動機(jī)工作模式以為內(nèi)燃機(jī)提供起動功能，并且電驅(qū)動系還可通過操作在發(fā)電機(jī)模式來重獲車輛制動能量以為電池組再充電。并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)的特征通常是，內(nèi)燃機(jī)和電動機(jī)都與驅(qū)動系直接機(jī)械聯(lián)接。驅(qū)動系通常包括換檔變速器以為大范圍操作提供必要的傳動比。
已知的電子可變變速器(electrically variabletransmission)(EVT)通過組合串聯(lián)和并聯(lián)混合動力系結(jié)構(gòu)的特征來提供連續(xù)可變速比。EVT可操作在內(nèi)燃機(jī)和最終驅(qū)動單元之間的直接機(jī)械路徑中，從而允許高的傳輸效率和實(shí)現(xiàn)較低成本和不太笨重的電動機(jī)硬件。EVT還可以這樣的模式操作，即發(fā)動機(jī)操作與最終驅(qū)動在機(jī)械上是獨(dú)立的，或者按照各種機(jī)械/電分配貢獻(xiàn)操作以實(shí)現(xiàn)高扭矩連續(xù)可變速比、電力為主的起動、再生制動、發(fā)動機(jī)非空轉(zhuǎn)以及多模式操作。
已知的是根據(jù)儲能系統(tǒng)(例如電池)的充電狀態(tài)，從需要的路載(road-load)功率加上額外的發(fā)動機(jī)功率量來選擇發(fā)動機(jī)功率。選擇了發(fā)動機(jī)功率后，可利用發(fā)動機(jī)的最佳燃油經(jīng)濟(jì)性或者最佳排放圖或二者的組合來選擇發(fā)動機(jī)的扭矩/速度操作點(diǎn)。產(chǎn)生的電池功率要求與發(fā)動機(jī)功率結(jié)合起來以滿足路載要求并補(bǔ)償系統(tǒng)內(nèi)的功率損失。
已知的系統(tǒng)沒有優(yōu)化全部推進(jìn)系統(tǒng)部件的功率流。通常只優(yōu)化發(fā)動機(jī)的操作?，F(xiàn)有技術(shù)在選擇整體系統(tǒng)的優(yōu)選操作點(diǎn)時不考慮額外的因素，例如其它的系統(tǒng)機(jī)械和電損失以及電池的使用因素。
在共同轉(zhuǎn)讓且未決的序號為10/686,508(代理人卷號GP-304193)和10/686,034(代理人卷號GP-304194)的美國專利申請中公開了一種確定輸出速度的優(yōu)選方法。其中，包括發(fā)動機(jī)和變速器的車輛動力系的優(yōu)選操作點(diǎn)根據(jù)輸入和輸出條件的綜合操作映射和對應(yīng)于發(fā)動機(jī)與變速器損失的相應(yīng)合計系統(tǒng)損失來確定。在混合變速器應(yīng)用中，將電動機(jī)和電池的額外損失計入系統(tǒng)損失并在確定優(yōu)選操作點(diǎn)中考慮電池的限制。在一組或多組最小化的數(shù)據(jù)內(nèi)提供優(yōu)選操作點(diǎn)以便隨車執(zhí)行。希望的輸入速度由系統(tǒng)控制器例如根據(jù)希望的發(fā)動機(jī)操作點(diǎn)來提供以滿足各種效率和排放目標(biāo)。
在共同轉(zhuǎn)讓且未決的序號為10/685,511(代理人卷號GP-304140)中詳細(xì)描述了混合變速器的優(yōu)選速度控制。其中，所述多模式混合變速器的速度控制通過作為預(yù)選變速器加速度以及受控和不受控變速器扭矩的函數(shù)導(dǎo)出的開環(huán)模型提供。選擇電動機(jī)扭矩作為受控扭矩，選擇其它預(yù)選的變速器扭矩作為不受控扭矩。該控制還采用了響應(yīng)至少一個預(yù)選變速器速度誤差的閉環(huán)控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過在確定操作條件時將系統(tǒng)作為一個整體進(jìn)行考慮而克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，系統(tǒng)的優(yōu)選操作是根據(jù)在確定操作條件時將系統(tǒng)作為整體進(jìn)行考慮而實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，最佳系統(tǒng)操作點(diǎn)是通過綜合考慮發(fā)動機(jī)、基于機(jī)電的分?jǐn)?contributory)系統(tǒng)損失而確定的。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，最佳系統(tǒng)操作點(diǎn)是通過另外考慮與電池使用相關(guān)的主觀因素而確定的。
為動力系系統(tǒng)中預(yù)選的動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法包括為預(yù)選的動力系操作參數(shù)確定可行的操作空間，為對應(yīng)于最小系統(tǒng)功率損失的值搜索可行操作空間，并建立優(yōu)選操作點(diǎn)作為對應(yīng)于最小系統(tǒng)功率損失的值。優(yōu)選的是，預(yù)選動力系操作參數(shù)是輸入扭矩。系統(tǒng)功率損失可包括一些其它的因素，這些因素與實(shí)際功率損失無關(guān)，但由于考慮了例如混合動力系中的電池使用，能夠使最小功率損失偏離不太可取的輸入扭矩。在靜態(tài)動力系操作期間，額外的穩(wěn)定性是這樣實(shí)現(xiàn)的，即在對優(yōu)選操作參數(shù)進(jìn)行任何改變之前，從一個優(yōu)選操作參數(shù)的確定到下一個優(yōu)選操作參數(shù)的確定要求具有預(yù)定的功率損失水平的改善。搜索可行操作空間的一個優(yōu)選方式包括根據(jù)黃金分割比進(jìn)行的區(qū)間搜索(section search)。


圖1為機(jī)械硬件示意圖，示出了特別適合實(shí)施本發(fā)明的雙模式、復(fù)合分配、電子可變變速器的一個優(yōu)選形式；圖2為這里公開的混合動力系的優(yōu)選系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的機(jī)電示意圖；圖3為關(guān)于這里公開的示例性電子可變變速器的輸入和輸出速度的各種操作范圍的圖形展示；圖4為電動機(jī)扭矩(Ta和Tb)中的扭矩空間圖，包括恒定電池功率示例線(Pbatt)、恒定輸出扭矩示例線(To)和恒定發(fā)動機(jī)扭矩示例線(即輸入扭矩Ti)；圖5為在一組當(dāng)前系統(tǒng)速度和加速度下，用于確定最佳輸入扭矩操作點(diǎn)的與整個輸入扭矩范圍上的功率相關(guān)的示例性單個子系統(tǒng)成本和合計系統(tǒng)成本圖；圖6為收斂到輸入扭矩中最小系統(tǒng)成本操作點(diǎn)的優(yōu)選技術(shù)的圖形展示；圖7為根據(jù)本發(fā)明確定可行操作空間時使用的根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的電動機(jī)扭矩對速度特性數(shù)據(jù)的圖形描述；圖8為根據(jù)本發(fā)明確定電池功率損失時使用的電池功率損失對電池功率特性數(shù)據(jù)的圖形展示；圖9為歸因于電池功率流的充電狀態(tài)成本因素在整個電池充電狀態(tài)范圍上的圖形展示，以及用于確定在本發(fā)明的最佳輸入扭矩確定中所考慮的電池使用成本；圖10為在整個電池容許能力范圍上的電池容許能力(throughput)成本因素的圖形展示，用于確定在本發(fā)明的最佳輸入扭矩確定中所考慮的電池使用成本；圖11示出了由基于計算機(jī)的控制器執(zhí)行的一組指令中的示例性步驟的流程圖，該組指令特別與根據(jù)本發(fā)明確定最佳動力系操作參數(shù)相關(guān)；圖12為根據(jù)本發(fā)明確定電動機(jī)損失時使用的根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的電動機(jī)扭矩對速度特性數(shù)據(jù)的圖形描述；圖13A和13B示出了由基于計算機(jī)的控制器執(zhí)行的一組指令中的示例性步驟的流程圖，該組指令特別與根據(jù)本發(fā)明的功率流穩(wěn)定性相關(guān)。
具體實(shí)施例方式
首先參考圖1和2，車輛動力系系統(tǒng)整體以11表示。動力系11中包括一個多模式、復(fù)合分配式電子可變變速器(EVT)的典型形式，該變速器特別適合實(shí)施本發(fā)明的控制并在圖1和2中整體以數(shù)字10表示。然后特別參考這些附圖，EVT 10具有輸入元件12，輸入元件12可以具有由發(fā)動機(jī)14直接驅(qū)動的軸的性質(zhì)，或者如圖2中所示，具有結(jié)合在發(fā)動機(jī)14的輸出元件和EVT 10的輸入元件之間的瞬時扭矩緩沖器16的性質(zhì)。瞬時扭矩緩沖器16可以結(jié)合或與扭矩傳遞裝置(未示出)一起使用以允許有選擇地使發(fā)動機(jī)14與EVT 10接合，但必須明白，這種扭矩傳遞裝置不是用于改變或控制EVT 10操作的模式的。
在所示實(shí)施例中，發(fā)動機(jī)14可以是礦物燃料發(fā)動機(jī)，如柴油發(fā)動機(jī)，其非常適合以恒定的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)提供其可用的功率輸出。在圖1和2所指的示例性實(shí)施例中，起動后并且在其輸入的大部分范圍內(nèi)，發(fā)動機(jī)14可以恒定的速度操作，或者根據(jù)如可從操作者輸入和驅(qū)動條件確定的希望的操作點(diǎn)以不同的恒定速度操作。
EVT 10使用了三個行星齒輪子組24、26和28。第一行星齒輪子組24具有外齒輪元件30，該元件通?？煞Q為環(huán)形齒輪，其外接內(nèi)齒輪元件32，該內(nèi)齒輪元件通常稱為太陽齒輪。多個行星齒輪元件34可旋轉(zhuǎn)地安裝在支架36上，使得每個行星齒輪元件34都與外齒輪元件30和內(nèi)齒輪元件32嚙合。
第二行星齒輪子組26也具有通常稱為環(huán)形齒輪的外齒輪元件38，其外接通常稱為太陽齒輪的內(nèi)齒輪元件40。多個行星齒輪元件42可旋轉(zhuǎn)地安裝在支架44上，使得每個行星齒輪42都與外齒輪元件38和內(nèi)齒輪元件40嚙合。
第三行星齒輪子組28也具有通常稱為環(huán)形齒輪的外齒輪元件46，其外接通常稱為太陽齒輪的內(nèi)齒輪元件48。多個行星齒輪元件50可旋轉(zhuǎn)地安裝在支架52上，使得每個行星齒輪元件50都與外齒輪元件46和內(nèi)齒輪元件48嚙合。
盡管所有三個行星齒輪子組24、26和28自身都是“簡單的”行星齒輪子組，但第一和第二行星齒輪子組24和26是復(fù)合的，即第一行星齒輪子組24的內(nèi)齒輪元件32例如通過轂襯齒輪54與第二行星齒輪子組26的外齒輪元件38聯(lián)接。聯(lián)接的第一行星齒輪子組24的內(nèi)齒輪元件32和第二行星齒輪子組26的外齒輪38例如通過套筒軸58與第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)56持續(xù)相連。第一電動機(jī)/發(fā)電機(jī)56在這里還可以被不同地稱作電動機(jī)A或MA。
行星齒輪子組24和26還這樣復(fù)合，即第一行星齒輪子組24的支架36例如通過軸60與第二行星齒輪子組26的支架44聯(lián)接。這樣，第一和第二行星齒輪子組24和26的支架36和44分別相聯(lián)。軸60還有選擇地例如通過扭矩傳遞裝置62與第三行星齒輪子組28的支架52相連，如后面更詳細(xì)所述，其中的扭矩傳遞裝置62用于輔助選擇EVT 10的操作模式。扭矩傳遞裝置62在這里還可被不同地稱為第二離合器、離合器二或C2。
第三行星齒輪子組28的支架52與變速器輸出元件64直接相連。當(dāng)EVT 10用于陸地車輛時，輸出元件64可與車軸(未示出)相連，車軸又終止于驅(qū)動元件(也未示出)。驅(qū)動元件可以是使用它們的車輛的前輪或后輪，或者它們可以是履帶式車輛的驅(qū)動齒輪。
第二行星齒輪子組26的內(nèi)齒輪元件40例如通過外接軸60的套筒軸66與第三行星齒輪子組28的內(nèi)齒輪元件48相連。第三行星齒輪子組28的外齒輪元件46通過扭矩傳遞裝置70有選擇地接地，其中地以變速器外殼68表示。如后面所述，扭矩傳遞裝置70還用于輔助選擇EVT 10的操作模式。扭矩傳遞裝置70在這里還可被不同地稱為第一離合器、離合器一或C1。
套筒軸66還與第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)72持續(xù)相連。第二電動機(jī)/發(fā)電機(jī)72在這里還可被不同地稱為電動機(jī)B或MB。所有的行星齒輪子組24、26和28以及電動機(jī)A和電動機(jī)B(56，72)都例如圍繞軸向布置的軸60同軸定向。應(yīng)該注意到，電動機(jī)A和B都是環(huán)形構(gòu)造，這允許它們外接三個行星齒輪子組24、26和28，使得行星齒輪子組24、26和28布置在電動機(jī)A和B的徑向內(nèi)部。這種構(gòu)造保證EVT 10的整體外殼(即圓周尺寸)最小。
從輸入元件12可以有一個驅(qū)動齒輪80。如圖所示，驅(qū)動齒輪80將輸入元件12固定連接在第一行星齒輪子組24的外齒輪元件30上，因此驅(qū)動齒輪80接收來自發(fā)動機(jī)14和/或電動機(jī)/發(fā)電機(jī)56和/或72的動力。驅(qū)動齒輪80與空轉(zhuǎn)齒輪82嚙合，該空轉(zhuǎn)齒輪82又與固定在軸86一端的傳動齒輪84嚙合。軸86的另一端可以固定在變速器沖洗液泵88上，其中泵88從槽37獲得變速器沖洗液，并向調(diào)節(jié)器39輸送高壓液體，調(diào)節(jié)器39使一部分液體返回槽37并在管線41中提供調(diào)節(jié)的管線壓力。
在所述示例性機(jī)械布置中，輸出元件64通過EVT 10內(nèi)的兩種截然不同的齒輪系接收動力。當(dāng)?shù)谝浑x合器C1啟動以使第三行星齒輪子組28的外齒輪元件46“接地”時，就選擇了第一種模式或第一種齒輪系。當(dāng)釋放第一離合器C1，同時啟動第二離合器C2以將軸60與第三行星齒輪子組28的支架52相連時，就選擇了第二種模式或第二種齒輪系。如這里所使用的，當(dāng)提及與齒輪系有關(guān)的模式時，通常使用大寫字母表示的名稱MODE1或MODE2，或者M(jìn)1或M2。
本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會注意到，在每種操作模式內(nèi)，EVT 10都能夠提供從相對較慢到相對較快的輸出速度范圍。在每種模式中，具有慢到快輸出速度范圍的兩種模式的組合允許EVT 10將車輛從靜止?fàn)顟B(tài)驅(qū)動到高速公路行駛速度。此外，其中兩個離合器C1和C2同時應(yīng)用的固定比率狀態(tài)是可獲得的，以便將輸入元件與輸出元件以固定的齒輪比有效地機(jī)械聯(lián)接。而且，其中兩個離合器C1和C2同時釋放的中性狀態(tài)是可獲得的，以便使輸出元件與變速器機(jī)械脫開。最后，EVT 10能夠在兩個離合器C1和C2上的轉(zhuǎn)差速度基本為零的模式之間提供同步換檔。有關(guān)示例性的EVT操作的附加內(nèi)容可在共同轉(zhuǎn)讓的號碼為5,931,757的美國專利中找到，其內(nèi)容結(jié)合在這里作為參考。
如圖2中所示，發(fā)動機(jī)14優(yōu)選的是柴油發(fā)動機(jī)并且由發(fā)動機(jī)控制模塊(ECM)23電子控制。ECM 23是傳統(tǒng)的基于微處理器的柴油發(fā)動機(jī)控制器，包括一些普通的元件如微處理器、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存取存儲器RAM、電可編程只讀存儲器EPROM、高速時鐘、模擬-數(shù)字(A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)電路、輸入/輸出電路和裝置(I/O)、以及適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)和緩沖電路。ECM 23的作用是通過多個分立的線路從多種傳感器獲取數(shù)據(jù)并分別控制發(fā)動機(jī)14的多種致動器。簡單地說，所示的ECM 23通常通過集合線(aggregate line)35與發(fā)動機(jī)14雙向接口。ECM 23可檢測的各種參數(shù)中包括油槽和發(fā)動機(jī)冷卻液溫度、發(fā)動機(jī)速度(Ne)、渦輪壓力、以及周圍空氣溫度和壓力。ECM 23控制的各種致動器包括燃料噴射器、風(fēng)扇控制器、發(fā)動機(jī)預(yù)熱器，其中發(fā)動機(jī)預(yù)熱器包括電熱塞和格柵型進(jìn)氣加熱器。優(yōu)選的是，ECM響應(yīng)由EVT控制系統(tǒng)提供的扭矩命令Te_cmd為發(fā)動機(jī)14提供公知的基于扭矩的控制。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，這類發(fā)動機(jī)電子設(shè)備、控制機(jī)構(gòu)和量一般而言是公知的，因此這里不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
從前面的描述中可以明顯看出，EVT 10有選擇地接收來自發(fā)動機(jī)14的動力。下面繼續(xù)參考圖2進(jìn)行描述，EVT還接收來自儲電裝置如電池組模塊(BPM)21中的一個或多個電池的動力。動力系系統(tǒng)還包括為其功率流的主要部分的這種儲能裝置?？梢允褂镁哂写鎯﹄娔芎头峙潆娔艿钠渌鼉﹄娧b置代替電池，而不會改變本發(fā)明的概念。BPM 21是通過直流線路27與雙重功率變換器模塊(DPIM)19聯(lián)接的高壓直流電。根據(jù)BPM 21是充電還是放電，電流可流入BPM 21或從其流出。DPIM 19包括一對功率變換器和各個電動機(jī)控制器，其中電動機(jī)控制器構(gòu)造為接收電動機(jī)控制命令并控制變換器狀態(tài)，以提供電動機(jī)驅(qū)動或再生功能。電動機(jī)控制器是基于微處理器的控制器，包括如微處理器、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存取存儲器RAM、電可編程只讀存儲器EPROM、高速時鐘、模擬-字(A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)電路、輸入/輸出電路和裝置(I/O)、以及適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)和緩沖電路等的普通元件。在電動機(jī)驅(qū)動控制時，各個變換器接收來自直流線路的電流并通過高壓相位線29和31向各個電動機(jī)提供交流電。在再生控制時，各個變換器通過高壓相位線29和31接收來自電動機(jī)的交流電并向直流線路27提供電流。向變換器提供的或從變換器提供的凈直流電確定了BPM 21的充電還是放電操作模式。優(yōu)選的是，MA和MB為三相交流電機(jī)，變換器包括互補(bǔ)的三相功率電子設(shè)備。MA和MB分別的各個電動機(jī)速度信號Na和Nb也由DPIM 19從電動機(jī)相位信息或傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)動傳感器得到。對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，這類電動機(jī)、電子設(shè)備，控制機(jī)構(gòu)和量是公知的，因此這里不需要對其進(jìn)行進(jìn)一步的描述。
系統(tǒng)控制器43是基于微處理器的控制器，包括如微處理器、只讀存儲器ROM、隨機(jī)存取存儲器RAM、電可編程只讀存儲器EPROM、高速時鐘、模擬-數(shù)字(A/D)和數(shù)字-模擬(D/A)電路、輸入/輸出電路和裝置(I/O)、以及適當(dāng)?shù)男盘栒{(diào)節(jié)和緩沖電路等的普通元件。在示例實(shí)施例中，系統(tǒng)控制器43包括一對基于微處理器的控制器，作為車輛控制模塊(VCM)15和變速器控制模塊(TCM)17。VCM和TCM可提供例如與EVT和車輛底盤有關(guān)的多種控制和診斷功能，包括例如發(fā)動機(jī)扭矩命令、輸入速度控制、與再生制動配合的輸出扭矩控制、防抱死制動和牽引控制。特別在EVT的功能方面，系統(tǒng)控制器43用于從多種傳感器直接獲得數(shù)據(jù)并通過多個獨(dú)立的線路分別直接控制EVT的多種致動器。簡單地說，所示的系統(tǒng)控制器43通常通過集合線33與EVT雙向接口。特別是，系統(tǒng)控制器43從轉(zhuǎn)動傳感器接收頻率信號以處理成輸入元件12速度Ni和輸出元件64速度No，以便用于控制EVT 10。系統(tǒng)控制器43還可從壓力開關(guān)(未單獨(dú)示出)接收并處理壓力信號以監(jiān)視離合器C1和C2的作用室壓力。作為另外一種選擇，還可使用監(jiān)視大范圍壓力的壓力轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)控制器向EVT 10提供PWM和/或二進(jìn)制控制信號來控制離合器C1和C2的注入和排放，從而應(yīng)用和釋放離合器。此外，系統(tǒng)控制器43可例如從傳統(tǒng)的熱電偶輸入(未單獨(dú)示出)接收變速器沖洗液槽37溫度數(shù)據(jù)以導(dǎo)出槽溫度Ts，并提供可從輸入速度Ni和槽溫度Ts導(dǎo)出的PWM信號以通過調(diào)節(jié)器39控制管線壓力。離合器C1和C2的注入和排放是響應(yīng)上述PWM和二進(jìn)制控制信號，通過由螺線管線圈(solenoid)控制的滑閥實(shí)現(xiàn)的。優(yōu)選的是使用調(diào)整閥門，利用可變泄放螺線管線圈提供線圈在閥體內(nèi)的精確定位，從而在應(yīng)用期間相應(yīng)地精確控制離合器壓力。類似地，管線壓力調(diào)節(jié)器39也可以是由螺線管線圈控制類型的，以根據(jù)上述PWM信號建立調(diào)節(jié)的管線壓力。對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，這種管線壓力控制是公知的。離合器C1和C2上的離合器轉(zhuǎn)差速度可從輸出速度No、MA速度Na和MB速度Nb導(dǎo)出；具體地，C1滑動是No和Nb的函數(shù)，而C2滑動是No、Na和Nb的函數(shù)。圖中還示出了用戶接口(UI)塊13，其包括系統(tǒng)控制器43的這類輸入，其中例如車輛節(jié)流閥位置、用于可用驅(qū)動范圍選擇的按鈕換檔選擇器(PBSS)、制動效果和高速空轉(zhuǎn)請求。
系統(tǒng)控制器43確定扭矩命令Te_cmd并將其提供給ECM 23。扭矩命令Te_cmd代表由系統(tǒng)控制器確定的希望發(fā)動機(jī)提供的EVT扭矩分?jǐn)偂Ｏ到y(tǒng)控制器43還確定代表希望的EVT輸入速度的速度命令Ne_des，在發(fā)動機(jī)和EVT之間直接聯(lián)接的布置中，它也是希望的發(fā)動機(jī)速度操作點(diǎn)。對于這里例舉的直接聯(lián)接布置，發(fā)動機(jī)扭矩和EVT輸入扭矩，Te和Ti分別是等價的，并且在這里提及時可以互換。類似地，發(fā)動機(jī)速度和EVT輸入速度，Ne和Ni分別是等價的，并且在這里提及時可以互換。優(yōu)選的是，按照在共同轉(zhuǎn)讓并未決的序號為10/686,508(代理人卷號GP-304193)和10/686,034(代理人卷號GP-304194)的美國專利申請中公開的方法確定希望的輸入速度操作點(diǎn)，這些專利申請的內(nèi)容結(jié)合在這里作為參考。在共同轉(zhuǎn)讓并未決的序號為10/686,511(代理人卷號GP-304140)的美國專利申請中詳細(xì)描述了混合變速器的優(yōu)選速度控制，該專利申請結(jié)合在這里作為參考。所述各種模塊(即系統(tǒng)控制器43、DPIM 19、BPM 21、ECM 23)通過控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)(CAN)總線25通信。CAN總線25允許在各種模塊之間進(jìn)行控制參數(shù)和命令的通信。使用的具體通信協(xié)議是專用的。例如，優(yōu)選的重型應(yīng)用協(xié)議是汽車工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)(Society of AutomotiveEngineers standard)J1939。CAN總線和適當(dāng)?shù)膮f(xié)議使系統(tǒng)控制器、ECM、DPIM、BPIM和其它控制器(如防抱死制動和牽引控制器)之間能夠可靠地傳遞消息和進(jìn)行多控制器接口連接。
參考圖3，圖中示出了EVT 10沿水平軸的輸出速度No相對沿垂直軸的輸入速度Ni的曲線圖。同步操作，即此時兩個離合器C1和C2都同時以基本為零的轉(zhuǎn)差速度操作的輸入速度和輸出速度關(guān)系用線91表示。同樣地，它也代表了這樣的輸入和輸出速度關(guān)系，即模式之間可以進(jìn)行同步換檔，或者通過同時應(yīng)用兩個離合器C1和C2可以實(shí)現(xiàn)從輸入到輸出的直接機(jī)械聯(lián)接，也稱為固定比率。可產(chǎn)生圖3中線91所示的同步操作的一個特定的齒輪組關(guān)系如下外齒輪元件30具有91個齒，內(nèi)齒輪元件32具有49個齒，行星齒輪元件34具有21齒；外齒輪元件38具有91個齒，內(nèi)齒輪元件40具有49個齒，行星齒輪元件42具有21個齒；外齒輪元件46具有89個齒，內(nèi)齒輪元件48具有31個齒，行星齒輪元件50具有29個齒。這里線91還可稱為同步線、換檔比率線或固定比率線。
換檔比率線91左側(cè)是第一模式的優(yōu)選操作區(qū)域93，其中在第一模式應(yīng)用C1而釋放C2。在換檔比率線91右側(cè)是第二模式的優(yōu)選操作區(qū)域95，其中在第二模式釋放C1而應(yīng)用C2。當(dāng)用于在這里提及離合器C1和C2時，術(shù)語應(yīng)用表示各個離合器之間實(shí)質(zhì)的扭矩傳遞能力，而術(shù)語釋放表示各個離合器之間無實(shí)質(zhì)的扭矩傳遞能力。由于通常優(yōu)選的是使從一個模式到另一個模式的換檔同步發(fā)生，所以從一個模式到另一個模式的扭矩傳遞是通過兩個離合器應(yīng)用固定比率發(fā)生的，其中對于釋放當(dāng)前應(yīng)用的離合器之前的一段有限時間，當(dāng)前被釋放的離合器是應(yīng)用的。而且，當(dāng)通過繼續(xù)應(yīng)用與正在進(jìn)入的模式相關(guān)的離合器和釋放與正在退出的模式相關(guān)的離合器來退出固定比率時，模式改變就完成了。
盡管操作區(qū)域93對于EVT在MODE 1中的操作通常是優(yōu)選的，但這并不表示在這里不能或不會發(fā)生EVT的MODE 2操作。但通常來說，優(yōu)選的是在區(qū)域93中進(jìn)行MODE 1操作，因?yàn)镸ODE 1優(yōu)選地使用了在各種方面(例如質(zhì)量、尺寸、成本、慣性能力等等)特別適合區(qū)域93的高起動扭矩的齒輪組和電動機(jī)硬件。類似地，盡管操作區(qū)域95對于EVT在MODE 2中的操作通常是優(yōu)選的，但這并不表示在這里不能或不會發(fā)生EVT的MODE 1操作。但通常來說，優(yōu)選的是在區(qū)域95中進(jìn)行MODE 2操作，因?yàn)镸ODE 2優(yōu)選地使用了在各種方面(例如質(zhì)量、尺寸、成本、慣性能力等等)特別適合區(qū)域93的高速度的齒輪組和電動機(jī)硬件。MODE 1操作通常是優(yōu)選的區(qū)域93可以看作低速區(qū)域，而MODE2操作通常是優(yōu)選的區(qū)域95可以看作高速區(qū)域。向MODE 1換檔被看作是換低速檔，并與和Ni/No關(guān)系一致的較高齒輪比相關(guān)。類似地，向MODE 2換檔被看作是換高速檔，并與和Ni/No關(guān)系一致的較低齒輪比相關(guān)。
作為本控制的起點(diǎn)，各種動力系參數(shù)被測量或預(yù)定。輸出速度No和輸入速度Ni優(yōu)選的是由檢測并濾波后的信號導(dǎo)出。電動機(jī)速度Na和Nb通過檢測已知，用已知的EVT聯(lián)接約束條件計算，或者通過電動機(jī)控制相位信息導(dǎo)出。輸入加速度Ni_dot優(yōu)選的是希望的變速器輸入速度的變化率，其可根據(jù)共同轉(zhuǎn)讓且未決的序號為10/686,511(代理人卷號GP-304140)的美國專利申請所授方法進(jìn)行確定。輸出速度加速度No_dot優(yōu)選的是根據(jù)檢測并濾波的輸出速度No確定，其方法也公開在共同轉(zhuǎn)讓且未決的序號為10/686,511(代理人卷號GP-304140)的美國專利申請中。
在電動機(jī)當(dāng)前條件能力范圍內(nèi)的最小和最大電動機(jī)扭矩(Ta_min、Ta_max、Tb_min和Tb_max)優(yōu)選的是從系統(tǒng)控制器43中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)的以表格形式存儲的數(shù)據(jù)組獲得。這種數(shù)據(jù)組以預(yù)存儲的表格格式提供以供程序引用，它們是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過在各種溫度和電壓條件下對組合的電動機(jī)和功率電子設(shè)備(例如功率變換器)進(jìn)行傳統(tǒng)的測功試驗(yàn)導(dǎo)出的。圖7中示出了這種典型的電動機(jī)扭矩對速度數(shù)據(jù)的一個示例性表示，其中對于給定的速度，最小和最大數(shù)據(jù)由與恒定溫度/恒定電壓示例線111、113相交的恒定速度線112表示。用表格表示的數(shù)據(jù)用電動機(jī)速度(Na，Nb)、電壓和溫度標(biāo)注。電動機(jī)速度可根據(jù)下面已知的聯(lián)接約束條件方程從輸入速度Ni和輸出速度No導(dǎo)出NaNb=K11K12K21K22NiNo]]>其中Na是發(fā)動機(jī)A的速度，Nb是發(fā)動機(jī)B的速度，Ni是EVT輸入速度，No是EVT輸出速度，和Kn是2×2的由硬件齒輪和軸互連確定的參數(shù)值矩陣。
盡管電動機(jī)既用在電動機(jī)驅(qū)動模式也用在發(fā)電模式，意味著四個扭矩/速度數(shù)據(jù)象限(I，II，III，IV)，但兩個象限的數(shù)據(jù)收集通常就足夠了，其中在相鄰象限收集的數(shù)據(jù)僅僅反射在另一個未直接測量的象限中。在本實(shí)例中，所示的象限I和II具有確定的數(shù)據(jù)111，而所示的象限III和IV用從其反射的數(shù)據(jù)113填充。
在電池的當(dāng)前條件能力范圍內(nèi)的最小和最大電池功率Pbatt_min和Pbatt_max優(yōu)選的是從系統(tǒng)控制器43中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)以表格形式存儲的數(shù)據(jù)組獲得。這種數(shù)據(jù)組以預(yù)存儲的表格格式提供以供程序引用，它們已經(jīng)與各種條件，例如充電狀態(tài)、溫度、電壓和使用情況(安培-小時/小時)相關(guān)。在共同轉(zhuǎn)讓且未決的序號為10/686,180(代理人卷號GP-304119)中公開了確定最小和最大電池功率的優(yōu)選方法，其內(nèi)容結(jié)合在這里作為參考。
現(xiàn)在參考圖4，電動機(jī)a(MA)扭矩沿水平軸畫出，電動機(jī)a(MB)扭矩沿垂直軸畫出。邊界作為與最小和最大電動機(jī)A扭矩(Ta_min和Ta_max)對應(yīng)的虛線畫出，最小和最大值相對于在Ni、No、Ni_dot和No_dot中的某示例當(dāng)前操作條件的電動機(jī)能力，對于從圖4獲得的教導(dǎo)的當(dāng)前解釋和當(dāng)前討論來說，不需要其精確的數(shù)值。類似的邊界作為與這種最小和最大的電動機(jī)B扭矩(Tb_min和Tb_max)對應(yīng)的虛線畫出。封閉的空間表示在當(dāng)前條件下電動機(jī)單元MA和MB的可行的解決方案空間。再次重申，這里使用的精確數(shù)值對于理解本描述和圖不是關(guān)鍵的，但也提供了適當(dāng)?shù)纳舷挛暮蜏p少教導(dǎo)的抽象性。
在該電動機(jī)扭矩解決方案空間內(nèi)畫出了幾個其它的恒定值參數(shù)線，這些參數(shù)線類似地具有示例值，這些值對于理解本描述和圖不是關(guān)鍵的，但也提供了適當(dāng)?shù)纳舷挛暮蜏p少本教導(dǎo)的抽象性。圖中畫出了多條恒定電池功率線Pbatt，代表在Ta和Tb中可行解決方案空間內(nèi)的恒定電池功率解決方案。在該電動機(jī)扭矩解決方案空間內(nèi)也畫出了恒定輸出扭矩線To，它們代表在Ta和Tb中可行解決方案空間內(nèi)的恒定輸出扭矩解決方案。最后，在Ta和Tb中的同一可行解決方案空間內(nèi)還畫出了恒定輸入扭矩線，它們代表其中的恒定輸入扭矩解決方案。在圖4的圖形表示中，盡管關(guān)于Ta和Tb的空間根據(jù)各個電動機(jī)單元的能力是可行的，但恒定電池功率線(Pbatt)、恒定輸出扭矩線(To)和恒定輸入扭矩線(Ti)不一定代表在當(dāng)前條件下關(guān)于它們各自子系統(tǒng)能力的可行解決方案。但為使圖4清楚，恒定輸入扭矩線Ti被限制在輸入扭矩的可行解決方案內(nèi)，例如在本實(shí)例中為-400牛米到1000牛米。
繼續(xù)參考圖4，畫出了希望的輸出扭矩To_des，并在圖中以粗實(shí)線表示。To_des表示由系統(tǒng)限定的輸出扭矩控制目標(biāo)。它可以對應(yīng)于當(dāng)車輛操作者的要求處于系統(tǒng)能力范圍內(nèi)時由車輛操作者所要求的扭矩。但它可以對應(yīng)于根據(jù)系統(tǒng)限制的受限輸出扭矩。還可以根據(jù)除系統(tǒng)能力以外的其它因素限制To_des，例如車輛驅(qū)動能力和穩(wěn)定性的考慮。受限的輸出扭矩可根據(jù)在當(dāng)前操作條件下的最小和最大輸入扭矩能力(Ti_min，Ti_max)，在當(dāng)前操作條件下的最小和最大電動機(jī)扭矩(Ta_min，Ta_max，Tb_min，Tb_max)以及在當(dāng)前操作條件下的最小和最大電池功率能力(Pbatt_min，Pbatt_max)確定。
當(dāng)前有關(guān)的在Ta和Tb內(nèi)可行的解決方案空間就沿著該To_des線。類似地，當(dāng)前有關(guān)的可行輸入扭矩(-400牛米＜Ti＜1000牛米)，也是沿該To_des線的。當(dāng)前有關(guān)的可行電池功率(Pbatt_min＜Pbatt＜Pbatt_max)，也是沿該To_des線的。因此，To_des的總體可行解決空間受到當(dāng)前的能力如最小和最大電動機(jī)單元扭矩、輸入扭矩和電池功率所帶來的不同限制。
在該可行解決方案空間內(nèi)，希望確定輸入扭矩的最佳操作點(diǎn)。下面參考圖11的流程圖陳述在所述可行解決方案空間內(nèi)確定輸入扭矩的優(yōu)選方法。流程圖示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的代表性步驟，包括作為可執(zhí)行計算機(jī)代碼一部分執(zhí)行的指令和系統(tǒng)控制器43的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，由此表示的指令作為實(shí)現(xiàn)上述動力系的各種控制和診斷功能的大得多的指令集和程序的一部分被執(zhí)行。
從步驟131開始，確定了操作者對輸出扭矩的要求。優(yōu)選的是，扭矩要求從多個操作者輸入判定得出，所述操作者輸入包括加速器踏板位置、制動踏板位置和換檔選擇器位置；車輛動態(tài)條件，如加速度變化率或減速度變化率；以及EVT操作條件，如溫度、電壓、電流和速度。
在步驟132確定希望的輸出扭矩(To_des)。來自步驟131的要求扭矩被評價并經(jīng)受各種限制測試以保證最終希望的輸出扭矩位于各種系統(tǒng)約束條件內(nèi)。約束條件包括如根據(jù)發(fā)動機(jī)當(dāng)前操作條件確定的輸入扭矩最大和最小值，其中發(fā)動機(jī)當(dāng)前操作條件主要包括實(shí)際發(fā)動機(jī)速度Ne(輸入速度Ni)。約束條件還包括電動機(jī)最小和最大扭矩，以及最小和最大電池功率。
優(yōu)選的是，區(qū)間搜索是以快速收斂到如下所述的優(yōu)選輸入扭矩操作點(diǎn)來進(jìn)行的。在已經(jīng)建立的最大和最小扭矩界限Ti_min和Ti_max內(nèi)，在步驟133選擇評價輸入扭矩Ti_n。優(yōu)選的是，評價輸入扭矩根據(jù)公知的黃金分割比產(chǎn)生，其中剩余的可行輸入扭矩的全部范圍(在開始迭代時是Ti_min到Ti_max)實(shí)際上相對于整個區(qū)域被分成比率為φ和1-φ的兩個區(qū)域，其中Φ=(5-1)/2,]]>約等于0.61803…。
在隨后的迭代中，如后面結(jié)合圖6的說明更完整地描述的，比例區(qū)域相對于新產(chǎn)生的待評價區(qū)域邊界量出。
在步驟134，接著確定在選定的評價輸入扭矩Ti_n時的電池功率Pbatt。對于EVT，下面的聯(lián)接約束方程是已知的用于計算電動機(jī)A和電動機(jī)B的扭矩
TaTb=K11K12K13K14K21K22K23K24TiToNi_dotNo_dot]]>其中Ta是電動機(jī)A的扭矩；Tb是電動機(jī)B的扭矩；Ti是EVT輸入扭矩；To是EVT輸出扭矩；Ni_dos是EVT輸入加速度；No_dos是EVT輸出加速度；Kn是2×4的參數(shù)值矩陣，由硬件齒輪和軸互連以及可應(yīng)用于當(dāng)前驅(qū)動范圍的評價硬件慣性確定，表示通常所說的工廠模型。
此外，電動機(jī)速度從下面已知的聯(lián)接約束方程導(dǎo)出NaNb=K11K12K21K22NiNo]]>其中Na是發(fā)動機(jī)A的速度；Nb是發(fā)動機(jī)B的速度；Ni是EVT輸入速度；No是EVT輸出速度；Kn是2×2的參數(shù)值矩陣，由硬件齒輪和軸互連決定。
在評價輸入扭矩處的電池功率根據(jù)下面的關(guān)系確定Pbatt＝Pmotor_A+Ploss_A+Pmotor_B+Ploss_B+Ploss_acc其中Pmotor_A和Pmotor_B分別是單元A和單元B的電動機(jī)功率；Ploss_A和Ploss_B分別是單元A和單元B的合計電動機(jī)和功率電子設(shè)備損失(電動機(jī)損失)；和Ploss_acc是作為直流負(fù)載建模的，例如V*I，表示功率附件或任何不直接與電動機(jī)單元A和B相關(guān)的其它負(fù)載汲取的電池。
電動機(jī)功率根據(jù)下面的關(guān)系確定Pmotor_A＝Ta*Na，和Pmotor_B＝Tb*Nb其中電動機(jī)速度Na和Nb以及電動機(jī)扭矩Ta和Tb從上面所示的兩個聯(lián)接約束方程導(dǎo)出。
電動機(jī)損失以預(yù)存儲的表格格式提供以供程序引用，該表格格式按照電動機(jī)扭矩和電動機(jī)速度進(jìn)行索引，它們是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，從對組合的電動機(jī)和功率電子設(shè)備(例如功率變換器)進(jìn)行的傳統(tǒng)測功試驗(yàn)導(dǎo)出。在圖12中示出了這種典型電動機(jī)扭矩對速度數(shù)據(jù)的示例性表示。用表格表示的數(shù)據(jù)用電動機(jī)扭矩(Ta，Tb)和電動機(jī)速度(Na，Nb)標(biāo)注。如下所示，電功率輸入(Ia*V和Ib*V)和電動機(jī)軸機(jī)械功率輸出(Ta*Na和Tb*Nb)之間的差值等于電動機(jī)功率損失(Ploss_A，Ploss_B)Ploss_A＝Ia*V-Pmotor_A；和Ploss_B＝Ib*V-Pmotor_B其中Ia和Ib分別是輸送到電動機(jī)A和電動機(jī)B功率變換器的電流；以及V是提供電流時的電壓。
盡管電動機(jī)既用在電動機(jī)驅(qū)動模式也用在發(fā)電模式，意味著四個扭矩/速度數(shù)據(jù)象限(I，II，III，IV)，但兩個象限的數(shù)據(jù)收集通常就足夠了，其中在相鄰象限收集的數(shù)據(jù)僅僅反射在另一個未直接測量的象限中。在本實(shí)例中，所示的象限I和II具有確定的數(shù)據(jù)151，而所示的象限III和IV用從其反射的數(shù)據(jù)153填充。
在步驟135，通過在當(dāng)前條件下將電池功率與電池功率約束條件或界限Pbatt_min和Pbatt-max進(jìn)行比較來評價剛確定的電池功率Pbatt。如果評價的輸入扭矩的電池功率沒有位于界限以內(nèi)，則程序跳到步驟138，在那里當(dāng)前評價輸入扭矩Ti_n為待評價的剩余可行輸入扭矩范圍產(chǎn)生新的輸入扭矩邊界。否則，可接受的電池功率使控制轉(zhuǎn)到成本評價步驟136，在那里為評價輸入扭矩確定各種子系統(tǒng)功率損失和其它的主觀損失。
當(dāng)前步驟136的一個目標(biāo)是確定整體系統(tǒng)功率損失，如下所示，整體系統(tǒng)功率損失包括單個子系統(tǒng)功率損失之和Ploss_total＝Ploss_evt+Ploss_eng+Ploss_A+Ploss_B+Ploss_batt其中Ploss_evt表示EVT損失，如液力泵送損失、自旋損失、離合器阻力等等；Ploss_eng表示與遠(yuǎn)離最有效制動馬力燃油消耗率(BSFC)點(diǎn)的操作相關(guān)的發(fā)動機(jī)損失；Ploss_A代表電動機(jī)A的損失；Ploss_B代表電動機(jī)B的損失；Ploss_batt代表電池的內(nèi)部功率損失。
EVT損失(Ploss_evt)以按照Ni和No索引的預(yù)存儲表格格式提供以供程序引用，它們是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通過在全部的EVT單元的各種操作模式及相關(guān)的有效齒輪比率范圍內(nèi)對EVT單元進(jìn)行傳統(tǒng)的測功試驗(yàn)導(dǎo)出的。
發(fā)動機(jī)功率損失(Ploss_eng)也是根據(jù)預(yù)存儲的表格數(shù)據(jù)確定的。發(fā)動機(jī)功率損失以按照Ti和Ni索引的預(yù)存儲表格格式提供以供程序引用。產(chǎn)生這種表格的優(yōu)選方式是通過使用下面的損失方程來計算發(fā)動機(jī)功率損失Ploss_eng＝ηMAXLHV(kJ/g)QFUEL(g/s)-POUT其中ηMAX是發(fā)動機(jī)的最大效率，LHV(kJ/g)是燃料的下限發(fā)熱量，QFUEL(g/s)是在操作條件下的燃料流速，和POUT是在操作條件下的發(fā)動機(jī)機(jī)械軸輸出功率。
傳統(tǒng)的測功試驗(yàn)用于建立基線ηMAX和收集相對的發(fā)動機(jī)損失并將其制表。Ploss_evt和Ploss_eng還可組合成單個機(jī)械損失項(xiàng)或者集合在一起稱為Ploss_eng。
如前面所述，電動機(jī)損失被確定、存儲和引用。
電池的內(nèi)部功率損失Ploss_batt通常稱為I2R損失。Ploss_batt數(shù)據(jù)以預(yù)存儲的表格格式提供以供程序引用，該表格是從電池等效模型產(chǎn)生的并且按照電池功率Pbatt索引。圖8中示出了這種典型電池功率對損失數(shù)據(jù)115的示例性表示。
在圖5中示出了在示例輸入扭矩區(qū)域上的示例子系統(tǒng)功率損失。
接著步驟136并進(jìn)一步參考圖9和10，優(yōu)選的是計算額外的主觀成本并在根據(jù)本發(fā)明選擇最佳輸入扭矩操作點(diǎn)時將其作為因素計入。與在此之前所述的子系統(tǒng)功率損失不同，主觀成本是懲罰，不能從物理損失模型中導(dǎo)出，但代表相對于在特定點(diǎn)操作系統(tǒng)時的另一種懲罰形式。但這些懲罰是以功率損失單位進(jìn)行主觀度量的，所以它們可與上述子系統(tǒng)損失一起作為因素計入。第一電池成本因素項(xiàng)SOC_cost_Factor不利于在高充電狀態(tài)進(jìn)行充電(圖9中的實(shí)線123)并不利于在低充電狀態(tài)進(jìn)行放電(圖9中的虛線121)。第二電池成本因素項(xiàng)Throughput_Cost_Factor捕獲電池壽命影響并為其規(guī)定適當(dāng)?shù)膽土P(圖10中的線125)。優(yōu)選的是電池壽命按照平均電池電流(安培-小時/小時)測量，置于平均電池電流操作點(diǎn)上的懲罰隨著電池電流升高而增加。優(yōu)選的是，這種成本因素從系統(tǒng)控制器43中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)以表格形式存儲的數(shù)據(jù)組獲得。這種數(shù)據(jù)組還以預(yù)存儲的表格格式提供以供程序引用。各個成本因素和電池功率的乘積產(chǎn)生了成本函數(shù)項(xiàng)Pcost_SOC和Pcost_throughput。在共同轉(zhuǎn)讓且未決的序號為60/511,456(代理人卷號GP-304118)的美國臨時專利申請中公開了圍繞主觀成本因素的其它細(xì)節(jié)，其內(nèi)容結(jié)合在這里作為參考。
在下面的SOC和容許能力懲罰的示例中，全部的主觀成本是按照將單個主觀成本加起來確定的Pcost_sub＝Pcost_SOC+Pcost_throughput其中Pcost_SOC＝Pbatt*SOC_Cost_Factor；和Pcost_throughput＝Pbatt*Throughput_Cost_Factor當(dāng)然，Pcost_sub換算成和上述子系統(tǒng)功率損失相同的單位。因此，在圖5中類似地畫出了在示例輸入扭矩范圍上的Pcost_sub。
然后，按照下面的公式將子系統(tǒng)功率損失Ploss_total和換算后的主觀成本懲罰Pcost_sub加起來就確定了全部的損失Total_lossTotal_loss＝Ploss_total+Pcost_sub因此，在圖5中類似地畫出了在示例輸入扭矩范圍上的Total_loss。
下面是步驟137，在這里將在評價輸入扭矩Ti_n確定的Total_loss與在先前評價扭矩Ti_n-1確定的Total_loss進(jìn)行比較。在程序中，沒有這種先前Total_loss確定值的第一步僅僅使程序返回到步驟133，而第二評價輸入扭矩將根據(jù)黃金分割比率的考慮確定。
步驟138刪除評價輸入扭矩Ti_n和Ti_n-1中對應(yīng)較大Total_loss值的一個評價輸入扭矩外側(cè)的輸入扭矩中的解決方案空間。然后，與各自Total_loss值中較大的相關(guān)的評價輸入扭矩Ti_n或Ti_n-1，作為待評價的剩余可行輸入扭矩范圍的新輸入扭矩邊界而建立。
下面步驟139確定在區(qū)域搜索中是否完成了預(yù)定的迭代次數(shù)。如果沒有，則程序返回到步驟133選擇另一個評價扭矩并在程序步驟133-139循環(huán)。當(dāng)完成了預(yù)定的迭代次數(shù)后，就到了步驟140，在這里將最佳輸入扭矩Ti_opt設(shè)置為當(dāng)前和剛剛過去的評價輸入扭矩中具有相應(yīng)最小的與其相關(guān)的Total_loss的一個評價輸入扭矩Ti_n或Ti_n-1?，F(xiàn)在在設(shè)置發(fā)動機(jī)扭矩時可使用選定的輸入扭矩值。但在步驟141表示了與靜止條件下的穩(wěn)定性考慮相關(guān)的額外的程序，它可以減少令人不快的頻繁的扭矩分配變化的發(fā)生。下面參考圖13A和13B解釋示例的靜止穩(wěn)定性程序。
根據(jù)所述黃金分割比進(jìn)行的區(qū)域搜索在每次隨后的評價時都使可行輸入扭矩范圍減少1-φ倍，或近似為0.38197倍。經(jīng)過11次這種評價，可使精度達(dá)到小于1.0％以內(nèi)。現(xiàn)代發(fā)動機(jī)控制通常限制在基本為1.0％的控制精度。目前認(rèn)為11次以上的評價不具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。因此，以優(yōu)選的黃金分割比搜索進(jìn)行11次這種評價是優(yōu)選的評價次數(shù)。
現(xiàn)在參考圖6，沿水平軸的是換算到0和1之間的輸入扭矩范圍的示例連續(xù)區(qū)域。Ti中解決方案空間的初始范圍對應(yīng)于Ti_min值(換算為0)和Ti_max值(換算為1)。相對垂直軸畫出了相應(yīng)換算并移位的Total_loss數(shù)據(jù)。根據(jù)黃金分割比搜索的第一個比較對應(yīng)于與線Ti_1和Ti_2相關(guān)的一對評價輸入扭矩。通過直觀觀察可以肯定，Ti_2的Total_loss比Ti_1的Total_loss大。因此，在以后的考慮中就去除了Ti_2外側(cè)的解決方案空間(去除A)，并且新的解決方案空間對應(yīng)于界限Ti_min和Ti_2(即Ti_2是新的Ti_max)。根據(jù)黃金分割比準(zhǔn)則，相對最新的界限Ti_2在Ti_3產(chǎn)生了另一個評價輸入扭矩。將前面迭代中與Ti_1對應(yīng)的最小Total_loss與當(dāng)前迭代中與最新評價輸入扭矩Ti_3對應(yīng)的Total_loss進(jìn)行比較。再次通過直觀觀察可以看到，Ti_3的Total_loss比Ti_2的Total_loss大。因此，在以后的考慮中就去除了Ti_3外側(cè)的解決方案空間(去除B)，并且新的解決方案空間對應(yīng)于界限Ti_3和Ti_2(即Ti_3是新的Ti_min)。再次根據(jù)黃金分割比準(zhǔn)則，相對最新的界限Ti_3在Ti_4產(chǎn)生了另一個評價輸入扭矩。將前面迭代中與Ti_1對應(yīng)的最小Total_loss與當(dāng)前迭代中與最新評價輸入扭矩Ti_4對應(yīng)的Total_loss進(jìn)行比較。再次通過直觀觀察可以看到，Ti_2的Total_loss比Ti_4的Total_loss大。因此，在以后的考慮中就去除了Ti_2外側(cè)的解決方案空間(去除C)，并且新的解決方案空間對應(yīng)于界限Ti_1和Ti_2(即Ti_1是新的Ti_min)。按照上面所述將該過程重復(fù)預(yù)定的迭代或比較次數(shù)，這時最佳輸入扭矩點(diǎn)就作為最后兩個評價輸入扭矩中與各個Total_loss值中最小的對應(yīng)的那個輸入扭矩而產(chǎn)生了。
可以類似方式使用替代的區(qū)域搜索方法以收斂到最佳輸入扭矩，但這些替代方法在已知迭代或比較次數(shù)內(nèi)達(dá)到特定目標(biāo)精度的效率較低并且不可靠。各種其它的解決方案收斂方法也是公知的并可用于實(shí)施本發(fā)明，包括無限的二次或其它更高階多項(xiàng)式評價實(shí)例和迭代微分收斂技術(shù)。
在圖13A中，通過檢查靜止條件標(biāo)志的狀態(tài)來開始靜止穩(wěn)定性程序。標(biāo)志狀態(tài)為真表示先前的循環(huán)靜止條件，而標(biāo)志狀態(tài)為假表示沒有先前的循環(huán)靜止條件。這里所使用的靜止條件是通過相對較低的油門踏板位置和相對較低的車輛速度確定的，優(yōu)選的是這兩個方面都根據(jù)可校準(zhǔn)的閾值確定。標(biāo)志為真將轉(zhuǎn)到步驟144，在這里使靜止計時器減少。如果靜止計時器期滿，那么步驟146將控制轉(zhuǎn)到步驟149，在這里將靜止標(biāo)志設(shè)為假，從而表示在該循環(huán)靜止條件管理結(jié)束。然后，當(dāng)前循環(huán)的Total_loss被精確地設(shè)定為前面圖11的程序所確定的值，而不帶任何懲罰或偏移。如果在步驟146確定靜止計時器沒有到期，那么在步驟148檢查限定靜止?fàn)顟B(tài)的條件。如果靜止條件不存在，那么類似地將控制轉(zhuǎn)到步驟149，在這里將靜止標(biāo)志設(shè)為假，從而表示在該循環(huán)靜止條件管理結(jié)束。然后，當(dāng)前循環(huán)的Total_loss被精確地設(shè)定為前面圖11的程序所確定的值，而不帶任何懲罰或偏移。如果靜止計時器期滿或者靜止條件不再存在，則步驟146和148在當(dāng)前循環(huán)有效地終止靜止管理。如果這些存在條件中沒有一個滿足，那么執(zhí)行步驟151以為前面圖11的程序確定的Total_loss賦以懲罰或偏移K。
回到步驟142，標(biāo)志為假使控制轉(zhuǎn)到步驟143，在這里檢查限定靜止?fàn)顟B(tài)的條件。如果靜止條件不是當(dāng)前的，那么控制轉(zhuǎn)到塊149，在這里將靜止標(biāo)志設(shè)為假。然后，當(dāng)前循環(huán)的Total_loss被精確地設(shè)定為前面圖11的程序所確定的值，而不帶任何懲罰或偏移。但如果存在靜止條件，那么步驟145和147分別將靜止計時器初始化并將靜止標(biāo)志設(shè)為真。然后，控制轉(zhuǎn)到步驟151，在這里給前面圖11的程序確定的Total_loss加上懲罰或偏移K。
然后，靜止條件在至少預(yù)定的期間內(nèi)會導(dǎo)致施加到當(dāng)前循環(huán)Total_loss的懲罰或偏移，而沒有當(dāng)前的靜止條件或預(yù)定期間期滿會導(dǎo)致加上這種懲罰或偏移。此外，如從圖13A還可看到的，在塊150之后，即靜止計時器期滿或者沒有當(dāng)前靜止條件，程序返回并且不采取靜止條件管理步驟。但如果靜止計時器未到期，靜止條件仍是當(dāng)前的并且Total_loss加上了懲罰或偏移，那么如圖13B開始所示，采取靜止條件管理步驟。
對于懲罰或偏移K，選擇一個常值應(yīng)用在靜止條件期間或靜止計時器期間內(nèi)執(zhí)行的多重循環(huán)的Total_loss值上。但是，還可以這樣設(shè)想，即在靜止條件期間或靜止計時器期間，添加的懲罰或偏移對于每個隨后的循環(huán)可以衰減。
在圖13B中，在步驟152從存儲器中獲取最近的前面循環(huán)的最佳輸入扭矩Ti_opt_prior。然后，步驟153確定當(dāng)前條件在與最近前面循環(huán)的最佳輸入扭矩對應(yīng)的輸入扭矩時的電池功率Pbatt@Ti_opt_prior。在本程序中計算電池功率的方法與關(guān)于圖11的程序所述的方法相同，更具體地是與關(guān)于圖11程序的步驟134的描述相同。然后，將Pbatt@Ti_opt_prior與當(dāng)前條件下的最小和最大電池功率界限進(jìn)行比較。該步驟也是以與關(guān)于圖11的程序所述，更具體地是與關(guān)于圖11程序的步驟135的描述相同的方法完成的。如果Pbatt@Ti_opt_prior位于界限以外，則表明若使用Ti_opt_prior控制EVT就會導(dǎo)致不可行的電池功率條件，此時控制轉(zhuǎn)到步驟157，在這里選定的控制EVT的輸入扭矩是對應(yīng)當(dāng)前循環(huán)的最佳輸入扭矩Ti_opt。但當(dāng)Pbatt@Ti_opt_prior是可行的時，則進(jìn)入步驟155，在這里確定當(dāng)前條件在與最近前面循環(huán)的最佳輸入扭矩對應(yīng)的輸入扭矩時的各種子系統(tǒng)功率損失和主觀成本Total_loss@Ti_opt_prior。下面在步驟156將當(dāng)前循環(huán)的Total_loss與Total_loss@Ti_opt_prior進(jìn)行比較，其中當(dāng)前循環(huán)的Total_loss在本程序的靜止條件管理步驟條件下包括懲罰或者偏移。然后在步驟157將最佳輸入扭矩Ti_opt或Ti_opt_prior中與全部損失Total_loss或Total_loss@Ti_opt_prior中較小的對應(yīng)的那個最佳輸入扭矩選擇作為要返回用于控制EVT的最佳輸入扭矩。因此，如上面看到的，添加到當(dāng)前循環(huán)全部損失的懲罰或偏移使系統(tǒng)傾向于在靜止條件期間不將輸入扭矩改變到新的調(diào)整點(diǎn)，除非這樣做會獲得足夠顯著的Total_loss改善或者從最后一次輸入扭矩改變開始經(jīng)過了足夠的時間，從而輸入扭矩改變的頻率不是令人不快的。
關(guān)于特定的示例混合動力系布置描述了本發(fā)明。本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會認(rèn)識到，其它的混合和傳統(tǒng)動力系布置也可與本發(fā)明一起使用。例如，傳統(tǒng)的電液控制的、多速變速器可與本發(fā)明一起使用。
盡管參考一定的優(yōu)選實(shí)施例和實(shí)施方法描述了本發(fā)明，但應(yīng)該明白，在所述本發(fā)明概念的精神和范圍內(nèi)可進(jìn)行無數(shù)的改變。因此，本發(fā)明不局限于公開的實(shí)施例，而是具有下面權(quán)利要求書的語言所允許的全部范圍。
權(quán)利要求
1.為動力系系統(tǒng)中的預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，包括為預(yù)選的動力系操作參數(shù)確定可行的操作空間；為對應(yīng)于最小系統(tǒng)功率損失的值搜索可行的操作空間；以及建立優(yōu)選的操作點(diǎn)作為對應(yīng)于最小系統(tǒng)功率損失的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中所述預(yù)選動力系參數(shù)包括輸入扭矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中所述動力系系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)、變速器、電機(jī)和儲能裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中所述基本最小的系統(tǒng)功率損失還通過考慮主觀功率損失因素來確定，該主觀功率損失與實(shí)際的子系統(tǒng)功率損失無關(guān)，但有效地使所述基本最小的功率損失靠近要求較少使用儲能系統(tǒng)的預(yù)選動力系操作參數(shù)的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中所述優(yōu)選操作點(diǎn)根據(jù)權(quán)利要求1的方法周期性更新，并且其中在靜止動力系操作過程中，只有當(dāng)最近搜索的值對應(yīng)于至少比對應(yīng)于先前建立的優(yōu)選操作點(diǎn)的相應(yīng)最小功率損失小預(yù)定量的相應(yīng)最小功率損失時，才進(jìn)行這種周期性更新。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中最小系統(tǒng)功率損失是從多個子系統(tǒng)功率損失確定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中為一個值搜索可行的操作空間包括進(jìn)行區(qū)域搜索。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中所述區(qū)域搜索包括黃金分割比。
9.確定優(yōu)選輸入扭矩以有效操作電子可變變速器的方法，該變速器包括輸入、輸出和具有已知聯(lián)接關(guān)系的電機(jī)以及儲能系統(tǒng)，該方法包括確定當(dāng)前EVT操作條件，包括輸入、輸出和電機(jī)速度；確定在當(dāng)前EVT操作條件下電機(jī)扭矩、電池功率和輸入扭矩的系統(tǒng)約束條件；提供可在所述系統(tǒng)約束條件范圍內(nèi)產(chǎn)生的目標(biāo)輸出扭矩；計算對應(yīng)于可在所述系統(tǒng)約束條件范圍內(nèi)產(chǎn)生目標(biāo)輸出扭矩的可行輸入扭矩的合計功率損失；收斂到對應(yīng)于基本最小合計功率損失的可行輸入扭矩；以及選擇對應(yīng)于基本最小合計功率損失的可行輸入扭矩作為優(yōu)選輸入扭矩。
10.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中計算合計功率損失包括計算單個子系統(tǒng)功率損失；以及將單個子系統(tǒng)功率損失加起來。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中單個子系統(tǒng)功率損失是從包括輸入源功率損失、電機(jī)功率損失、儲能系統(tǒng)功率損失和附件功率損失的組中選擇的。
12.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中計算合計功率損失包括按照儲能系統(tǒng)使用的預(yù)定函數(shù)將功率損失向高偏移。
13.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中所述優(yōu)選輸入扭矩根據(jù)權(quán)利要求9的方法周期性更新，并且其中在靜止動力系操作過程中，只有當(dāng)最近選擇的可行輸入扭矩對應(yīng)于至少比對應(yīng)于先前選擇的可行輸入扭矩的相應(yīng)基本最小合計功率損失小預(yù)定量的相應(yīng)基本最小合計功率損失時，才進(jìn)行這種周期性更新。
14.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中收斂到可行輸入扭矩包括在可行輸入扭矩和對應(yīng)的合計功率損失中進(jìn)行區(qū)域搜索。
15.根據(jù)權(quán)利要求14中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中所述區(qū)域搜索包括黃金分割比。
16.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中收斂到可行輸入扭矩包括進(jìn)行迭代微分收斂。
17.根據(jù)權(quán)利要求9中所述的確定優(yōu)選輸入扭矩的方法，其中收斂到可行輸入扭矩包括進(jìn)行多項(xiàng)式評價。
18.一種混合動力系系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)；電機(jī)；儲能系統(tǒng)；輸出；其中儲能系統(tǒng)和電機(jī)可電操作地聯(lián)接以在其間傳遞功率流，并且其中發(fā)動機(jī)、電機(jī)和輸出可機(jī)械操作地聯(lián)接以在其間傳遞功率流；基于計算機(jī)的控制器，包括一個存儲介質(zhì)，該存儲介質(zhì)在其中具有編碼的計算機(jī)程序，用于確定導(dǎo)致基本最小動力系功率損失的預(yù)定發(fā)動機(jī)速度和輸出速度條件下的發(fā)動機(jī)扭矩，所述計算機(jī)程序包括用于為發(fā)動機(jī)扭矩確定可行操作空間的代碼；用于為對應(yīng)于基本最小動力系系統(tǒng)功率損失的發(fā)動機(jī)扭矩的值搜索可行操作空間的代碼。
19.根據(jù)權(quán)利要求18中所述的混合動力系，其中用于為發(fā)動機(jī)扭矩確定可行操作空間的代碼包括用于確定當(dāng)前動力系系統(tǒng)操作條件的代碼，該操作條件包括發(fā)動機(jī)、輸出和電機(jī)速度；以及用于確定在當(dāng)前動力系系統(tǒng)操作條件下，電機(jī)扭矩、儲能系統(tǒng)功率和發(fā)動機(jī)扭矩中的動力系系統(tǒng)約束條件的代碼。
20.根據(jù)權(quán)利要求19中所述的混合動力系，其中用于為對應(yīng)于基本最小動力系系統(tǒng)功率損失的發(fā)動機(jī)扭矩的值搜索可行操作空間的代碼包括用于提供可在所述動力系系統(tǒng)約束條件范圍內(nèi)產(chǎn)生的目標(biāo)輸出扭矩的代碼；用于計算對應(yīng)于可在所述動力系系統(tǒng)約束條件范圍內(nèi)產(chǎn)生目標(biāo)輸出扭矩的發(fā)動機(jī)扭矩的合計動力系系統(tǒng)功率損失的代碼；用于收斂到對應(yīng)于基本最小計算合計動力系系統(tǒng)功率損失的發(fā)動機(jī)扭矩的代碼；用于選擇對應(yīng)于基本最小計算合計動力系系統(tǒng)功率損失的發(fā)動機(jī)扭矩作為對應(yīng)于基本最小動力系系統(tǒng)功率損失的發(fā)動機(jī)扭矩的值的代碼。
21.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的為預(yù)選動力系操作參數(shù)建立優(yōu)選操作點(diǎn)的方法，其中所述基本最小的系統(tǒng)功率損失還通過考慮主觀功率損失因素來確定，該主觀功率損失與實(shí)際的子系統(tǒng)功率損失無關(guān)，但有效地使所述基本最小的功率損失靠近要求較多使用儲能系統(tǒng)的預(yù)選動力系操作參數(shù)的值。
全文摘要
根據(jù)多個動力系系統(tǒng)約束條件，在可行輸入扭矩的解決方案空間內(nèi)確定混合動力系的優(yōu)選輸入扭矩，該優(yōu)選輸入扭矩可導(dǎo)致最小整體動力系系統(tǒng)損失。在可行輸入扭矩計算合計動力系系統(tǒng)損失，收斂對應(yīng)于最小合計動力系系統(tǒng)損失的輸入扭矩的解決方案以確定優(yōu)選的輸入扭矩。
文檔編號B60K6/445GK1654854SQ20051000901
公開日2005年8月17日 申請日期2005年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月14日
發(fā)明者G·A·哈巴德, A·H·希普, T·-M·希 申請人:通用汽車公司