專利名稱：用于控制發(fā)動機扭矩的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領域：
本技術(shù)領域總體上是用于控制發(fā)動機扭矩的系統(tǒng)和方法，包括響應在發(fā)動機上的載荷。
背景技術(shù)：
在車輛的怠速操作期間，載荷會立即并且快速地施加到車輛的動力系統(tǒng)，并且汲取由內(nèi)燃機供應的動力。載荷包括各種電載荷、機械載荷、以及由環(huán)境條件產(chǎn)生的載荷。例如，當車輛從怠速加速時(例如當車輛從停止或從恒速加速時)、當啟用聯(lián)接到發(fā)動機的空調(diào)壓縮機或者當交流發(fā)電機響應于在電力使用方面增加時，載荷被施加。在怠速操作期間， 發(fā)動機僅需要相對恒定的特定量能量來使發(fā)動機運轉(zhuǎn)(例如，補償熱損失和摩擦損失)以及維持恒定怠速速度。然而，為了補償施加到發(fā)動機的間歇性載荷同時維持恒定怠速速度操作，已經(jīng)研發(fā)了不同的方法。一種方法是通過節(jié)氣門控制進入發(fā)動機的空氣流。然而，節(jié)氣門提供的扭矩響應通常太慢而不能滿足間歇性施加的載荷的要求。另一種方法是控制電火花正時。對于電火花點火的內(nèi)燃機來說電火花正是是相對于曲軸旋轉(zhuǎn)測量的，其中活塞壓縮行程的上止點 (TDC)被認為是0度。提前電火花是指在活塞旋轉(zhuǎn)周期中提早激勵電火花設備。延遲電火花是指在旋轉(zhuǎn)周期中較晚地激勵電火花。理想的，在怠速操作期間需要的電火花正時是電火花提前，該電火花提前提供最大的制動扭矩正時(稱為MBT正時)。這對于給定操作條件和使用的燃料量來說提供最高的發(fā)動機能量輸出。從MBT正時延遲電火花正時減少了來自發(fā)動機的能量輸出。這具有降低發(fā)動機效率和需要更多空氣流和燃料來提供給定扭矩的作用，但它也具有產(chǎn)生扭矩儲備的作用，該扭矩儲備可經(jīng)由通過在下一個燃燒周期時提前電火花的電火花控制被用來滿足在發(fā)動機上快速增加的載荷的要求。然而，如所述地，延遲電火花正時導致增加的燃料消耗和伴隨的燃料經(jīng)濟性方面的減少。在例如混合動力車輛的車輛中，一個或以上的電機器可以與內(nèi)燃機聯(lián)合工作，并且可以用來響應于間歇性載荷的要求。電機器對扭矩命令的響應可以比用于內(nèi)燃機的節(jié)氣門產(chǎn)生的扭矩命令快得多。因此，電機器代表可用于取代電火花延遲產(chǎn)生的扭矩儲備的扭矩致動器。此外，當載荷從發(fā)動機去除并且需要較少扭矩時，電機器可以快速提供負扭矩， 負扭矩可以使用來給電能存儲設備充電。這個操作消除甚至進一步延遲用于降低的扭矩請求的電火花的必要。電機器可以由蓄電池或其他電能源(例如超級電容或燃料電池)來供能，并且還具有產(chǎn)生和存儲電能的能力。當電機器汲取電能時，它提供正扭矩，當電機器產(chǎn)生和存儲電能時，它提供負扭矩。

發(fā)明內(nèi)容
各個實施例提供一種發(fā)動機控制系統(tǒng)，其構(gòu)造成提供怠速扭矩儲備，在發(fā)動機怠速期間減少電火花延遲損失，提高在怠速時的燃燒穩(wěn)定性，明顯地降低或消除在LV總線上的蓄電池電壓波動，以及與它們相關的問題。在一個實施例中，本公開涉及一種車輛系統(tǒng)，其包括曲軸和連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機。該車輛系統(tǒng)還包括聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩 T2到曲軸的電機器，以及機械配件子系統(tǒng)，機械配件子系統(tǒng)包括至少一個機械配件，其聯(lián)接到曲軸、并且施加第三配件扭矩T3到曲軸。該車輛系統(tǒng)還包括具有處理器以及存儲指令的實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)的控制子系統(tǒng)，所述指令在由處理器執(zhí)行時導致處理器(i )在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇模式進行操作， 以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (T4=WT3)穩(wěn)定，以及(ii)根據(jù)選擇的模式控制電機器和發(fā)動機的至少一個的操作，從而限制在電力子系統(tǒng)(例如在LV總線上)中的電壓波動。在另一個實施例中，本公開涉及一種由車輛的計算機化系統(tǒng)執(zhí)行的方法，所述車輛具有曲軸和連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機，聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩T2到曲軸的電機器，以及機械配件子系統(tǒng)，機械配件子系統(tǒng)聯(lián)接到曲軸、并且施加第三配件扭矩T3到曲軸。所述方法包括(i )在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中的選擇模式進行操作，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (T4=WT3)穩(wěn)定，以及(ii)根據(jù)選擇的模式控制電機器和發(fā)動機的至少一個的操作，從而限制在電力子系統(tǒng)(例如在LV總線上)中的電壓波動。在一個實施例中，本公開涉及一種存儲指令的實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述指令當由計算機處理器執(zhí)行時導致處理器執(zhí)行控制車輛的選擇操作的方法，所述車輛具有電力子系統(tǒng)、曲軸、連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機、聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩T2到曲軸的電機器、以及聯(lián)接到曲軸并且施加第三配件扭矩T3到曲軸的機械配件子系統(tǒng)，所述方法包括(a)在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (T4=I\+T2+T3)穩(wěn)定，以及(b)根據(jù)選擇的模式控制電機器和發(fā)動機的至少一個的操作，從而限制在電力子系統(tǒng)(例如在LV總線上)中的電壓波動。前述內(nèi)容已經(jīng)寬泛地概述出各個實施例的一些方面和特征，其應該被解釋為僅是各個潛在應用的說明。其他有益結(jié)果可以通過以不同方式應用公開的信息或通過組合公開的實施例的各個方面來獲得。在由權(quán)利要求限定的范圍的基礎上，結(jié)合附圖地參考對示例性實施例的具體描述可獲得其他方面和更全面的理解。本發(fā)明還提供了以下方案 方案1. 一種車輛系統(tǒng)，包括
電力子系統(tǒng)，其包括高電壓蓄電池、低電壓蓄電池、直流/直流轉(zhuǎn)換器以及電力配件； 曲軸；
內(nèi)燃機，其連接到曲軸、并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸； 電機器，其聯(lián)接到曲軸、并且施加第二扭矩T2到曲軸；
機械配件子系統(tǒng)，其包括至少一個機械配件，該至少一個機械配件聯(lián)接到曲軸、并且施加第三附加扭矩T3到曲軸； 控制子系統(tǒng)，其包括處理器；以及
實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，其存儲指令，所述指令在由處理器執(zhí)行時導致處理
器
在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (Τ4= \+Τ2+Τ3)穩(wěn)定，以及根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。方案2.如方案1所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令在導致處理器從多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式過程中導致處理器
根據(jù)與在相對較低燃料消耗速率Hl1.和相對較高燃料消耗速率IVhkh之間在發(fā)電機輸出端處將額外燃料轉(zhuǎn)化為電的效率相關的算法評估車輛參數(shù)，所述車輛參數(shù)包括電動機充電扭矩Τ2_。Η(;、電動機速度w2、電動機能量轉(zhuǎn)化效率eff2、以及低燃料熱值Quiv,該算法表示為
Pbatt—in/Pfuel (Tg-CHG
Xw2Xeff2)/(( HI1-I1igh - Hl1-l0ff) XQlhv)；
如果燃料轉(zhuǎn)化效率超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇充電模式；以及如果燃料轉(zhuǎn)化效率不超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇放電模式。方案3.如方案2所述的車輛系統(tǒng)，其中預定能量轉(zhuǎn)化效率值是系統(tǒng)所能達到的峰值能量轉(zhuǎn)化效率。方案4.如方案1所述的車輛系統(tǒng)，其中 所述系統(tǒng)還包括高電壓(HV)蓄電池；以及所述指令導致處理器
在選擇操作模式過程中，考慮HV蓄電池的充電狀態(tài)(S0C)；以及在導致處理器選擇操作模式過程中
如果SOC小于存儲在實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的最小SOC時選擇充電模
式；以及
如果SOC大于存儲在實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的最大SOC時選擇放電模式。方案5.如方案1所述的車輛系統(tǒng)，其中 所述系統(tǒng)還包括高電壓(HV)蓄電池；以及所述指令導致處理器
在選擇操作模式過程中，考慮HV蓄電池的充電狀態(tài)(S0C)；以及在導致處理器選擇操作模式過程中，導致處理器 確定最小SOC閾值； 確定最大SOC閾值；
如果SOC在最大SOC閾值內(nèi)，選擇放電模式；以及如果SOC在最小SOC閾值內(nèi)，選擇充電模式。方案6.如方案5所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令導致處理器
根據(jù)包括HV蓄電池的最佳SOC在內(nèi)的至少一個因素確定最大SOC閾值； 確定最小SOC (SoC)閾值以包括在存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最小SOC和與HV蓄電池關聯(lián)并且存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最小極限之間的充電模式操作緩沖區(qū)；以及確定最大SoC閾值以包括在存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最大SOC和與HV蓄電池關聯(lián)并且存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最大極限之間的放電模式操作緩沖區(qū)。方案7.如方案1所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令在導致處理器根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的過程中，所述指令導致處理器操作電機器以增加或減少第二扭矩T2以補償配件扭矩τ3。方案8.如方案1所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令在導致處理器根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的過程中，所述指令導致處理器
當選擇放電模式時，操作電機器以便第二扭矩T2為正的或大約為O ；以及當選擇充電模式時，操作電機器以便第二扭矩T2為負的或大約為O。方案9.如方案8所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令導致處理器在根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的過程中，控制發(fā)動機以響應于控制電發(fā)動機來應用負第二扭矩T2而增加發(fā)動機扭矩T1。方案10. —種由車輛的計算機化系統(tǒng)執(zhí)行的方法，所述車輛具有電力子系統(tǒng)、曲軸、連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機、聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩T2到曲軸的電機器、以及聯(lián)接到曲軸并且施加第三配件扭矩T3到曲軸的機械配件子系統(tǒng)，所述方法包括
在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (Τ4= \+Τ2+Τ3)穩(wěn)定，以及根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。方案11.如方案10所述的方法，其中在車輛的怠速操作期間從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式包括
根據(jù)與在相對較低燃料消耗速率IVot和相對較高燃料消耗速率IVhkh之間在發(fā)電機輸出端處將額外燃料轉(zhuǎn)化為電的效率相關的算法評估車輛參數(shù)，所述車輛參數(shù)包括電動機充電扭矩Τ2_。Η(;、電動機速度w2、電動機能量轉(zhuǎn)化效率eff2、以及低燃料熱值Quiv,該算法表示為
Pbatt—in/Pfuel (Tg-CHG
Xw2Xeff2)/(( HI1-I1igh - Hl1-L0ff) XQlhv)；
如果燃料轉(zhuǎn)化效率超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇充電模式；以及如果燃料轉(zhuǎn)化效率不超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇放電模式。方案12.如方案11所述的方法，其中預定能量轉(zhuǎn)化效率值是系統(tǒng)所能達到的峰值能量轉(zhuǎn)化效率。方案13.如方案10所述的方法，其中車輛還包括高電壓(HV)蓄電池并且所述方法還包括，在選擇操作模式過程中，考慮HV蓄電池的充電狀態(tài)。方案14.如方案13所述的方法，其中選擇操作模式包括
如果SOC小于存儲在實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的最小SOC時選擇充電模式；以及如果SOC大于存儲在實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的最大SOC時選擇放電模式。方案15.如方案13所述的方法，還包括根據(jù)至少一個因素確定最大SOC閾值包括確定HV蓄電池的最佳SOC。方案16.如方案15所述的方法，其中確定最小SOC閾值；確定最大SOC閾值；
如果SOC在最大SOC閾值內(nèi)，選擇放電模式；以及如果SOC在最小SOC閾值內(nèi)，選擇充電模式；
確定最小SOC (SoC)閾值包括確定最小SoC閾值以定義在存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最小SOC和與HV蓄電池關聯(lián)并且存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最小極限之間的充電模式操作緩沖區(qū)；以及
確定最大SoC閾值包括確定最大SoC閾值以定義在存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最大 SOC和與HV蓄電池關聯(lián)并且存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最大極限之間的放電模式操作緩沖區(qū)。方案17.如方案10所述的方法，其中根據(jù)所選擇的模式控制發(fā)動機和電機器中至少一個包括
當選擇放電模式時，操作電機器以便第二扭矩T2為正的或大約為O ；以及當選擇充電模式時，操作電機器以便第二扭矩T2為負的或大約為O ；以及控制發(fā)動機以響應于控制電發(fā)動機來施加負第二扭矩T2而增加發(fā)動機扭矩1\。方案18. —種存儲指令的實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述指令當由計算機處理器執(zhí)行時導致處理器執(zhí)行控制車輛的選擇操作的方法，所述車輛具有電力子系統(tǒng)、曲軸、連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機、聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩 T2到曲軸的電機器、以及聯(lián)接到曲軸并且施加第三配件扭矩T3到曲軸的機械配件子系統(tǒng)， 所述方法包括
在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (Τ4= \+Τ2+Τ3)穩(wěn)定，以及根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。方案19.如方案18所述的實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，其中存儲在其上的指令導致處理器執(zhí)行所述方法，所述方法進一步包括，在車輛的怠速操作期間從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式過程中
根據(jù)與在相對較低燃料消耗速率Hl1.和相對較高燃料消耗速率IVhkh之間在發(fā)電機輸出端處將額外燃料轉(zhuǎn)化為電的效率相關的算法評估車輛參數(shù)，所述車輛參數(shù)包括電動機充電扭矩Τ2_。Η(;、電動機速度w2、電動機能量轉(zhuǎn)化效率eff2、以及低燃料熱值Quiv,該算法表示為
Pbatt—in/Pfuel (Tg-CHG
Xw2Xeff2)/(( HI1-I1igh - Hl1-L0ff) XQlhv)；
如果燃料轉(zhuǎn)化效率超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇充電模式；以及如果燃料轉(zhuǎn)化效率不超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇放電模式； 其中預定能量轉(zhuǎn)化效率值是系統(tǒng)所能達到的峰值能量轉(zhuǎn)化效率。方案20.如方案18所述的實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，其中存儲在其上的指令導致處理器在選擇操作模式過程中，考慮車輛的HV蓄電池的充電狀態(tài)。


圖1為具有根據(jù)示例性實施例構(gòu)造來響應載荷的系統(tǒng)的車輛的原理圖。圖2和3為與圖1的系統(tǒng)的充電操作模式相關的扭矩的曲線圖。
圖4和5為與圖1的系統(tǒng)的放電操作模式相關的扭矩的曲線圖。圖6為與圖1的子系統(tǒng)關聯(lián)的充電狀態(tài)的曲線圖。
具體實施例方式按照要求，本文公開了詳細實施例。應該理解，公開的實施例僅為示例性的并且可以以各種不同的或替換的形式以及它們的組合來實施。當本文中使用時，術(shù)語“示例性”廣泛地用來指實施例用作示例、范例、模型或樣本。附圖不一定是按比例的，并且一些特征可以被放大或縮小來顯示特定部件的細節(jié)。在其他實例中，本領域的技術(shù)人員已知的公知部件、系統(tǒng)、材料或方法沒有詳細地描述出以免對本發(fā)明喧賓奪主。因此，本文公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細節(jié)不應該被解釋為限制性的，而僅作為權(quán)利要求的基礎以及作為教導本領域的技術(shù)人員的代表性基礎。怠速操作
在怠速操作背景下描述車輛的示例性實施例。一般來說，當內(nèi)燃機的載荷被限制為附件系統(tǒng)載荷和內(nèi)部發(fā)動機損失時，例如當車輛停止時，怠速操作發(fā)生。一般來說，在怠速操作期間，司機不會要求會導致發(fā)動機速度改變的任何操作。怠速操作可以還包括任何操作模式，其中必需經(jīng)由電火花延遲來維持扭矩儲備，以滿足間歇性載荷的扭矩需要的請求，同時保持平滑的發(fā)動機操作。載荷
本文描述的系統(tǒng)和方法構(gòu)造成響應在車輛的怠速操作期間間歇性和快速地施加到車輛的動力系統(tǒng)(例如發(fā)動機)的載荷。這些載荷包括機械載荷、電載荷、由環(huán)境條件導致的載荷等等。例如，只要直接聯(lián)接到內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)輸出端的機械設備改變它們的扭矩需要載荷變化就會發(fā)生。這些機械設備的實例是空調(diào)壓縮機、交流發(fā)電機、泵等。此外，車輛變速器甚至在怠速時也代表在發(fā)動機上的載荷。當離合器分離時，手動變速器載荷提供附加的摩擦阻力。自動變速器載荷包括摩擦阻力，但也包括驅(qū)動在變速器中的液壓泵需要的附加變化載荷。參考圖1，車輛100包括內(nèi)燃機110、電機器112、其他機械配件系統(tǒng)114和控制系統(tǒng)116。電機器112可以是電動機和/或發(fā)電機，并且在一個實施例中優(yōu)選地是組合的電動機/發(fā)電機。發(fā)動機110驅(qū)動曲軸120，并且電機器112和其他機械配件系統(tǒng)114聯(lián)接到曲軸 120。在某些實施例中，電機器112選擇性地聯(lián)接發(fā)動機110。例如，電機器可以經(jīng)由離合器、帶驅(qū)動器或齒輪驅(qū)動器連接。發(fā)動機110包括控制到發(fā)動機110的空氣流的節(jié)氣門122，和控制電火花正時的電火花控制器(未詳細示出)。節(jié)氣門122和電火花控制器由控制系統(tǒng)116電子地控制。發(fā)動機110產(chǎn)生發(fā)動機扭矩T1，其根據(jù)進入發(fā)動機110的空氣量和電火花正時的設置被施加到曲軸120?？梢蕴崆盎蜓舆t電火花正時來改變發(fā)動機扭矩1\。然而，控制系統(tǒng)116總體上將電火花正時維持在MBT正時附近以優(yōu)化燃料效率。電機器112構(gòu)造來施加扭矩T2 (正的、負的或0)到曲軸120。電機器112施加負扭矩T2來使用由發(fā)動機110產(chǎn)生的動力或者施加正扭矩T2來增加由發(fā)動機110輸出的動力。如下面進一步描述的，在怠速操作期間，發(fā)動機扭矩T1和扭矩T2被控制來穩(wěn)定凈扭矩。就此而言，電機器112構(gòu)造成支持內(nèi)燃機110的怠速操作。機械配件系統(tǒng)114構(gòu)造來施加附加扭矩T3到曲軸120。機械配件系統(tǒng)114不施加附加扭矩T3或施加負的附加扭矩T3來使用由發(fā)動機110產(chǎn)生的動力。示例性配件系統(tǒng)包括變速器(例如關于旋轉(zhuǎn)損失)，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，制動系統(tǒng)，加熱、通風、和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)，其他機械系統(tǒng)，它們的組合等。參考圖1-5，發(fā)動機扭矩T1、扭矩T2和配件扭矩T3的總和稱為凈扭矩T4。通常，在怠速操作期間凈扭矩T4足以克服摩擦(例如，發(fā)動機內(nèi)的摩擦和/或車輛100內(nèi)與發(fā)動機 110相關聯(lián)的系統(tǒng)的其他部分中的摩擦)并且維持期望的怠速速度。繼續(xù)參考圖1，車輛100還包括經(jīng)由DC/DC變換器1 連接到低電壓(LV)蓄電池 128 (例如12V蓄電池)的高電壓(HV)蓄電池124。HV蓄電池IM構(gòu)造來給電機器112供電以及由電機器112充電。當電機器112施加正載荷(例如正扭矩T2)時，HV蓄電池124給電機器112供電，并且當電機器112施加負載荷(例如負扭矩T2)時，HV蓄電池124由電機器112充電。HV蓄電池IM還構(gòu)造來給LV蓄電池1 再充電。DC/DC變換器1 將HV蓄電池124的輸出轉(zhuǎn)換為給LV蓄電池128充電的輸入。通常，LV蓄電池1 提供電力給低電壓車輛子系統(tǒng)129，例如車燈、收音機等?，F(xiàn)在更詳細地描述控制系統(tǒng)116。控制系統(tǒng)116包括控制單元130，其構(gòu)造成控制節(jié)氣門122、電火花正時、以及電機器112。在一些實施例中，控制系統(tǒng)1 連接到機械配件114，例如在需要激勵AC壓縮機離合器或一些其他致動器的情況中。將會理解，控制單元130實際上可以與各個其他汽車系統(tǒng)通信，并且顯示在圖1中的系統(tǒng)為了簡潔被簡化。并且，雖然顯示在附圖中的系統(tǒng)包含在機動車輛中，但是系統(tǒng)并不被限制于此，并且可以包含在航空器、船舶、或在其中可以使用內(nèi)燃機的任何其他應用中。控制單元130包括處理器140、計算機可讀介質(zhì)(例如內(nèi)存142)、以及由程序模塊 144表示的程序模塊。程序模塊144包括存儲在內(nèi)存142中的計算機可執(zhí)行指令，其當由處理器140執(zhí)行時導致控制單元130執(zhí)行本文描述的方法。雖然本文描述的方法有時可以描述為在計算機可執(zhí)行指令的總體背景下，但是本發(fā)明的方法也可以與其他程序模塊組合地執(zhí)行和/或?qū)嵤橛布蛙浖慕M合。術(shù)語“程序模塊”或者其變形在本文中廣泛地用來表示例程、應用程序、程序、組成部分、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、 算法等。程序模塊可以在各種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上被執(zhí)行，包括服務器、網(wǎng)絡系統(tǒng)、單處理器或多處理器系統(tǒng)、微型計算機、大型計算機、個人計算機、手持計算設備、移動設備、基于微處理器的可編程消費類電子設備、它們的組合等。計算機可讀介質(zhì)包括，例如，易失性介質(zhì)、非易失性介質(zhì)、可擦除介質(zhì)、以及非可擦除介質(zhì)。術(shù)語“計算機可讀介質(zhì)”及其變形，當使用在說明書和權(quán)利要求中時，是指存儲介質(zhì)。在一些實施例中，存儲介質(zhì)包括易失性和/或非易失性的、可擦除、和/或非可擦除介質(zhì)，例如，像隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、電可擦除可編程只讀存儲器 (EEPR0M)、固態(tài)存儲器或其他存儲器技術(shù)，CD ROM、DVD、BLU-RAY、或者其他光盤存儲器、磁帶、磁盤存儲器或其他磁性存儲設備。在一個可行實施例中，控制系統(tǒng)116還包括確定來自曲軸120的凈扭矩T4的虛擬扭矩傳感器150。雖然反饋環(huán)152顯示來將虛擬扭矩傳感器150連接到控制系統(tǒng)116，用于提供凈扭矩T4到控制系統(tǒng)116，但是虛擬扭矩傳感器150可以是控制系統(tǒng)116的組成部分。 虛擬扭矩傳感器150使用各種發(fā)動機和傳動系測量結(jié)果來確定凈扭矩T4。在主要實施例中，控制系統(tǒng)116包括RPM傳感器(未示出)，其構(gòu)造成測量曲軸120 的速度。在一個可行實施例中，控制系統(tǒng)116還包括確定(HV)蓄電池124的充電狀態(tài)并將它提供給控制單元130的虛擬充電狀態(tài)傳感器160。通過虛擬傳感器表示估計充電狀態(tài)的計算模塊。虛擬傳感器160利用測量的變量，例如蓄電池電壓、電流、和溫度及數(shù)學模型 (即，蓄電池數(shù)學模型)估計充電狀態(tài)。程序模塊144包括計算機可執(zhí)行指令，其當由處理器140執(zhí)行時候?qū)е驴刂茊卧?130控制發(fā)動機110和電機器112并且從而控制發(fā)動機扭矩T1和扭矩Τ2。一般來說，在怠速操作期間，發(fā)動機扭矩T1和扭矩T2被控制來穩(wěn)定凈扭矩τ4。參考圖2-5，控制系統(tǒng)116以被稱為“充電模式”和“放電模式”的兩個模式的其中一個模式操作來穩(wěn)定凈扭矩Τ4。圖2和3表示充電模式，而圖4和5表示放電模式。顯示在圖3和5中的凈扭矩T4基本上相同。圖3表示為圖2的扭矩1\、T2, T3的總和的凈扭矩 T40圖5表示為圖4的扭矩1\、T2、T3的總和的凈扭矩Τ4。參考圖2和3，在充電模式中，控制系統(tǒng)116控制電機器112來施加負扭矩T2，并且此時給HV蓄電池IM充電?？刂葡到y(tǒng)116根據(jù)需要增加或減少扭矩T2以響應配件扭矩 T3，其中增加顯示在圖2和4中。關于增加扭矩T2,在一些情況中控制系統(tǒng)116減少負(或阻抗)扭矩的絕對幅度，如圖2所示。換句話說，當充電扭矩的幅度僅需要足夠減少到補償間歇性附件載荷時，扭矩的數(shù)值增加向0，盡管增加的扭矩可能不會實際上到達0。并且，在充電模式中，控制系統(tǒng)116以更高的發(fā)動機扭矩T1操作發(fā)動機110以補
償負扭矩τ2。參考圖4和5，在放電模式中，控制系統(tǒng)116操作電機器112來施加大約為0的第二扭矩T2,以使獲得目標凈扭矩T4需要的發(fā)動機扭矩T1最小。并且，如所述地，控制系統(tǒng) 116根據(jù)需要增加扭矩T2以響應配件扭矩T3，如圖4中所示。內(nèi)存142存儲使用來確定發(fā)動機扭矩T1和扭矩T2的非中斷值的參數(shù)。所述參數(shù)包括凈扭矩T4的目標值和配件扭矩T3的最大值。確定凈扭矩T4的目標值以便于它足夠大來克服發(fā)動機內(nèi)部損失，例如在怠速時的機械摩擦。參考圖6，在一個實施例中，根據(jù)程序模塊144的計算機可讀指令，控制單元130根據(jù)例如HV蓄電池124的充電狀態(tài)(SOC)選擇操作模式。如前面提供的，車輛100包括提供充電狀態(tài)給控制單元130的虛擬充電狀態(tài)傳感器160。如果充電狀態(tài)小于最小充電狀態(tài)602，那么控制單元130操作在充電模式604。雖然最小充電狀態(tài)602顯示為大體上在圖6中的0充電狀態(tài)水平，但是最小充電狀態(tài)602不一定為0。如果充電狀態(tài)大于最大充電狀態(tài)606，那么控制單元130操作在放電模式608。 同樣，HV蓄電池IM保持至少部分地充電，并且當它充滿時不再被充電。在其他可行實施例中，執(zhí)行指令的控制單元130根據(jù)其他變量選擇操作模式，以便該模式是對車輛100來說是最能量高效的。在一些實施例中，顯示在圖6中的最小充電狀態(tài)閾值、或下閾值610是根據(jù)一個或以上的因素設置的，例如使得能夠應用最大附件載荷(例如，附件電載荷)需要的所確定的最小充電量。并且在一些實施例中，也顯示在圖6中的最大充電狀態(tài)閾值、或上閾值612根據(jù)一個或以上的因素設置的，例如所確定的最佳充電狀態(tài)。在具有顯示在圖6中的這兩個閾值610、612中的一個或兩個的情況下，設置了安全帶，該安全帶提供了在到達HV蓄電池的物理極限602和/或606之前的足夠緩沖。在使用這些閾值帶的情況中，所述帶可以變化，例如依賴于總蓄電池容量。例如，越大的電池容量可以與越小的SOC安全帶關聯(lián)。應該認識到，在混合動力電動車輛(HEV)中的充電能量完全或至少部分來自車載燃料能量。因此，當在閾值610、612 (顯示在圖6中，如“604或608”)之間操作，并且做出以充電或放電模式操作的決定時，通常來說有效的是對蓄電池充電，以充電模式操作，而當車輛處于怠速，蓄電池可以被以足夠高的燃料-電系統(tǒng)轉(zhuǎn)化效率或其他方式來充電時，對蓄電池進行放電，以放電模式操作。例如，相對高的扭矩，例如在圖2中的扭矩T1,以相對高的速率IVhkh消耗燃料，并且相對低的扭矩，例如在圖4中的扭矩T1,以相對低的速率Hl1. 消耗燃料。通過實例，通過T2_eH(;表示電動機充電扭矩、W2表示電動機速度、eff2表示電動機能量轉(zhuǎn)化效率(或充電效率)、以及Quiv表示低燃料熱值，下面的關系可以用來描述在相對低的燃料消耗速率IVot與相對高的燃料消耗速率IVhkh之間的在發(fā)電機輸出端處的將額外燃料轉(zhuǎn)化為電的效率
Pbatt—in/Pfuel = (T2-CHG X W2 X θ 2) / ( ( HI^high ~ Hl1-L0w) X Qmv)。執(zhí)行存儲在內(nèi)存142中的指令的處理器140將這個效率(Pbatt in/Pfuel)與預定能量轉(zhuǎn)化效率值進行比較。預定能量轉(zhuǎn)化效率值由處理器140預先計算并且存儲在內(nèi)存142中， 或者在可行實施例中，存在與車輛外部并且在初始或更新數(shù)據(jù)加載中存儲在內(nèi)存142中， 例如在車輛制造或維護期間。設置預定能量轉(zhuǎn)化效率值以便當在怠速車輛操作期間評估的效率(Pba —in/PflKl)超過預定效率時，對蓄電池充電會是最佳的。同樣，當在怠速車輛操作期間評估的效率(Pbatt—in/Pfml)不超過預定效率時，對蓄電池放電會是最佳的，并且系統(tǒng)之后在驅(qū)動周期期間可以確定更高效的充電時機。在一個實施例中，預定能量轉(zhuǎn)化效率值是系統(tǒng)可能獲得的峰值能量轉(zhuǎn)化效率。通過單個非限制性實例，在一個實施例中，峰值能量轉(zhuǎn)化為大約35%的峰值發(fā)動機效率和大約85%的發(fā)電機效率。本技術(shù)的一個目標是快速地抵消在發(fā)動機軸上的扭矩擾動，同時維持高的能量轉(zhuǎn)化效率(例如，組合的燃料和電力)。HV系統(tǒng)和DC/DC轉(zhuǎn)換器的存在使得能夠部分地將LV總線與發(fā)生在HV總線上的潛在電壓波動隔離。上面描述的實施例僅為實施例的示例性表示，其被提出用于對本發(fā)明的原理清楚的理解。在不脫離權(quán)利要求的范圍情況下，可以做出與上面描述實施例關聯(lián)的變形、修改和組合。所有這些變形、修改和組合在本文中包括在本公開和下面的權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種車輛系統(tǒng)，包括電力子系統(tǒng)，其包括高電壓蓄電池、低電壓蓄電池、直流/直流轉(zhuǎn)換器以及電力配件； 曲軸；內(nèi)燃機，其連接到曲軸、并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸； 電機器，其聯(lián)接到曲軸、并且施加第二扭矩T2到曲軸；機械配件子系統(tǒng)，其包括至少一個機械配件，該至少一個機械配件聯(lián)接到曲軸、并且施加第三附加扭矩T3到曲軸； 控制子系統(tǒng)，其包括 處理器；以及實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，其存儲指令，所述指令在由處理器執(zhí)行時導致處理器 在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (Τ4= \+Τ2+Τ3)穩(wěn)定，以及根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令在導致處理器從多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式過程中導致處理器根據(jù)與在相對較低燃料消耗速率Hi1.和相對較高燃料消耗速率IVhkh之間在發(fā)電機輸出端處將額外燃料轉(zhuǎn)化為電的效率相關的算法評估車輛參數(shù)，所述車輛參數(shù)包括電動機充電扭矩Τ2_。Η(;、電動機速度w2、電動機能量轉(zhuǎn)化效率eff2、以及低燃料熱值Quiv,該算法表示為Pbatt—in/Pfuel (Tg-CHGXw2Xeff2)/(( HI1-I1igh - Hl1-L0ff) XQlhv)；如果燃料轉(zhuǎn)化效率超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇充電模式；以及如果燃料轉(zhuǎn)化效率不超過預定能量轉(zhuǎn)化效率值就選擇放電模式。
3.如權(quán)利要求2所述的車輛系統(tǒng)，其中預定能量轉(zhuǎn)化效率值是系統(tǒng)所能達到的峰值能量轉(zhuǎn)化效率。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛系統(tǒng)，其中 所述系統(tǒng)還包括高電壓(HV)蓄電池；以及所述指令導致處理器在選擇操作模式過程中，考慮HV蓄電池的充電狀態(tài)(S0C)；以及在導致處理器選擇操作模式過程中 如果SOC小于存儲在實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的最小SOC時選擇充電模式；以及如果SOC大于存儲在實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)中的最大SOC時選擇放電模式。
5.如權(quán)利要求1所述的車輛系統(tǒng)，其中 所述系統(tǒng)還包括高電壓(HV)蓄電池；以及所述指令導致處理器在選擇操作模式過程中，考慮HV蓄電池的充電狀態(tài)(S0C)；以及在導致處理器選擇操作模式過程中，導致處理器 確定最小SOC閾值； 確定最大SOC閾值；如果SOC在最大SOC閾值內(nèi)，選擇放電模式；以及如果SOC在最小SOC閾值內(nèi)，選擇充電模式。
6.如權(quán)利要求5所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令導致處理器根據(jù)包括HV蓄電池的最佳SOC在內(nèi)的至少一個因素確定最大SOC閾值；確定最小SOC (SoC)閾值以包括在存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最小SOC和與HV蓄電池關聯(lián)并且存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最小極限之間的充電模式操作緩沖區(qū)；以及確定最大SoC閾值以包括在存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最大SOC和與HV蓄電池關聯(lián)并且存儲在計算機可讀介質(zhì)中的最大極限之間的放電模式操作緩沖區(qū)。
7.如權(quán)利要求1所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令在導致處理器根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的過程中，所述指令導致處理器操作電機器以增加或減少第二扭矩T2以補償配件扭矩τ3。
8.如權(quán)利要求1所述的車輛系統(tǒng)，其中所述指令在導致處理器根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的過程中，所述指令導致處理器當選擇放電模式時，操作電機器以便第二扭矩T2為正的或大約為O ；以及當選擇充電模式時，操作電機器以便第二扭矩T2為負的或大約為O。
9.一種由車輛的計算機化系統(tǒng)執(zhí)行的方法，所述車輛具有電力子系統(tǒng)、曲軸、連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機、聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩T2到曲軸的電機器、以及聯(lián)接到曲軸并且施加第三配件扭矩T3到曲軸的機械配件子系統(tǒng)，所述方法包括在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (Τ4= \+Τ2+Τ3)穩(wěn)定，以及根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。
10.一種存儲指令的實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，所述指令當由計算機處理器執(zhí)行時導致處理器執(zhí)行控制車輛的選擇操作的方法，所述車輛具有電力子系統(tǒng)、曲軸、連接到曲軸并且產(chǎn)生第一發(fā)動機扭矩T1以驅(qū)動曲軸的內(nèi)燃機、聯(lián)接到曲軸并且施加第二扭矩T2到曲軸的電機器、以及聯(lián)接到曲軸并且施加第三配件扭矩T3到曲軸的機械配件子系統(tǒng)，所述方法包括在車輛的怠速操作期間，從包括充電模式和放電模式的多個系統(tǒng)模式中選擇操作模式，以使作為第一、第二、以及第三扭矩的總和的凈扭矩T4 (Τ4= \+Τ2+Τ3)穩(wěn)定，以及根據(jù)所選擇的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制發(fā)動機扭矩的系統(tǒng)和方法。一種車輛系統(tǒng)，包括電力子系統(tǒng)、產(chǎn)生第一扭矩驅(qū)動曲軸的發(fā)動機、施加第二扭矩到曲軸的電機器、以及施加第三扭矩到曲軸的機械配件子系統(tǒng)。車輛系統(tǒng)還包括控制子系統(tǒng)，控制子系統(tǒng)具有處理器和實體非瞬態(tài)計算機可讀介質(zhì)，其存儲有指令，當由處理器執(zhí)行時，導致處理器(ⅰ)在車輛的怠速運轉(zhuǎn)期間，從包括充電模式和放電模式的多種系統(tǒng)模式中選擇模式操作，以使作為第一、第二和第三扭矩的總和的凈扭矩穩(wěn)定，以及(ⅱ)根據(jù)所選的模式控制電機器和發(fā)動機中至少一個的操作。
文檔編號B60W20/00GK102556053SQ20111039266
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者K.科普魯巴西, W.L.阿爾德里奇三世 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司