选择性寻求最佳扭矩目标的动力总成及控制方法

技术领域

本公开涉及一种选择性寻求最佳扭转目标的车辆动力总成及控制方法。

背景技术

机动车辆将输入扭矩从一个或多个扭矩源(通常为发动机和/或一个或多个电机)传递到变速器。输入扭矩的水平基于由驾驶员施加到油门踏板的扭矩请求。变速器的输出扭矩以受控的水平传递到车辆的传动轴。当扭矩请求在很长的一段时间内保持不变时，动力总成控制器可假定动力总成正提供足够的输出扭矩。在诸如汽缸选择性停用的这种情况下，可以由控制器执行控制动作，以便优化总体燃料经济性。在这种模式中，除了按照驾驶员的扭矩请求之外，控制器可以命令变速器的输出扭矩代替寻求计算的最佳输出扭矩目标。

在混合动力总成中，尤其是，出于产生马达扭矩的目的，高压电池将电机通电。马达扭矩可以用于在电动力总成模式中推进车辆，或者用于辅助来自发动机的输入扭矩。针对允许的电池功率的最大限和最小限，可以随时间的推移对电池的充电状态、电流以及单个电池电压监控。命令的输出扭矩可通过评估针对这种电池功率极限，以及关于发动机扭矩、马达扭矩、离合器扭矩和/或其它动力总成约束的极限的驾驶员扭矩请求而自动地确定。从能量存储系统中可用的功率可以转换为最佳输出扭矩或曲轴扭矩，它们可用作为开环控制逻辑的目标。类似的方法可用于常规动力总成(省略了上述提及的能量存储系统和电机)。

发明内容

这里公开的是一种用于在预定车辆事件期间选择性寻求计算的最佳扭矩目标的动力总成及方法，该预定车辆事件例如可以是燃料经济性事件，诸如汽缸选择性停用、涡轮增压器的激活或停用；附件电力负荷的改变，诸如空调、驾驶室加热器等。当动力总成在稳定状态的驾驶员扭矩请求条件(例如可经由休眠定时器以及油门踏板位置或行程确定)下操作时，控制器可选择性命令执行燃料经济性(FE)模式。在这种燃料经济性模式下，不是遵循驾驶员的扭矩请求，取而代之的是控制器允许命令的输出扭矩遵循计算的最佳扭矩值。当在通电的动力总成中使用时，这个值可以确定为最佳电池功率的函数。其它系统极限(诸如可用发动机功率)可用在本发明的意图范围内的常规车辆中。

这里应该认识到，本公开方法的基础是：最佳扭矩目标可以在任何上述提及到的预定车辆事件期间动态移动。因此，在这种事件期间，即使驾驶员的扭矩请求保持不变或者呈稳定状态，由命令的输出扭矩寻求的计算最佳扭矩目标(即在开环控制逻辑中的计算最佳扭矩目标的尝试匹配)可能会导致动力总成系统紊乱。同样地，当预定车辆事件仍在进行时，节流阀的进气或排气，或者其它的扭矩请求均会导致类似的结果。因此，本发明方法意在提供一种有助于防止命令的输出扭矩的动态移动的控制方法，尤其是在与驾驶员的扭矩请求相反的方向上。

在特定的实施例中，控制车辆动力总成的方法包括经由控制器计算作为车辆的预定极限的函数的动力总成的最佳扭矩目标。该方法还包括在稳定状态扭矩请求条件期间，经由命令的输出扭矩信号的传输，命令动力总成的实际输出扭矩遵循计算的最佳扭矩目标。另外，在稳定状态扭矩请求条件期间对预定车辆事件进行检测。响应于预定车辆事件的检测，使用可变增益因子整形命令的输出扭矩信号。这允许命令的输出扭矩信号以及实际输出扭矩暂时性地偏离最佳扭矩目标。

这里还公开了一种动力总成，在一个实施例中，该动力总成包括电机、能量存储系统以及控制器。能量存储系统电连接到电机，并具有校准功率极限。控制器与电机通信，并经编程以计算作为动力总成的系统极限的函数的动力总成的最佳扭矩目标。系统极限包括校准功率极限。在稳定状态扭矩请求条件期间，经由输出扭矩信号的传输，控制器还命令动力总成的实际输出扭矩，以寻求或遵循计算的最佳扭矩目标。另外，在稳定状态扭矩请求条件期间，控制器经编程以检测预定车辆事件，并且响应于预定车辆事件的检测，使用可变增益因子来整形输出扭矩信号。这允许输出扭矩信号在稳定状态扭矩请求条件期间暂时性地偏离计算的最佳扭矩目标。其它实施例可具有使用发动机作为唯一的扭矩产生装置的常规动力总成。

从以下结合附图对实施本公开的最佳方式进行的详细描述中能够很容易了解到本公开的上述特征和优点以及其它特征和优点。

附图说明

图1是具有动力总成和控制器的示例车辆的示意图，所述控制器经编程以在如前所述的预定车辆事件期间控制动力总成。

图2是用于控制图1所示的动力总成的车辆参数的时间曲线图，在纵轴上示出的是幅度，在横轴上示出的是时间。

图3是用于控制图1所示的动力总成的车辆参数的另一时间曲线图。

图4是在根据计算的扭矩目标的预定车辆事件期间，描述用于控制图1的动力总成的方法的示意流程图。

具体实施方式

参考附图，其中各个附图中相似的参考数字用来表示相似或相同的部件，图1示意性地示出了具有动力总成11的示例车辆10。动力总成11包括一个或多个扭矩源，如示出的内燃机(E)12和/或一个或多个电机(M1)18，其中经由能量存储系统(ESS)的电池部分对电机18通电。图示的示例实施例中的发动机12和电机18响应于驾驶员的扭矩请求(箭头TR表示)，产生输入扭矩并将其传递到变速器(T)14。控制器(C)50计算作为来自油门踏板30的踏板信号(箭头S₃₀)的测量力、行程或位置的函数的扭矩请求(图2和3中的迹线TR)。随后控制器50执行方法100，该方法100根据以下述参考图2-4阐述的方式的计算的最佳扭矩目标(在图2和图3中以迹线T_OT示出了计算的最佳扭矩目标)，以选择性的方式控制动力总成。

一般情况下，由控制器50计算用于图1中的动力总成11的最佳扭矩目标，其作为车辆10的预定极限的函数，诸如计算得到的车辆10的能量存储系统(ESS)22的功率极限，和/或发动机12和/或电机18的动力或扭矩极限。在稳定状态扭矩请求条件期间(即，当驾驶员请求的扭矩在校准的持续时间内保持不变时)，经由输出扭矩信号(箭头T_CC)，控制器50命令动力总成11的实际输出扭矩(箭头T_O)寻求或遵循计算的最佳扭矩目标。另外，当在稳定状态扭矩请求条件期间检测出预定车辆事件时，如图2和图3所示，控制器50使用可变增益因子(K1)自动生成输出扭矩信号(箭头T_CC)，以便允许输出扭矩信号(箭头T_CC)以及因此实际输出扭矩(箭头T_O)，以暂时性地偏离计算最佳扭矩目标。

预期范围内合适的预定车辆事件可以包括改变发动机12或电机18的扭矩容量的任何车载事件，这进而可够改变在实施例中的最佳电池功率，在该实施例中将动力总成11通电，即使用来自能量存储系统22的能量给作为扭矩发生器的电机18供电。由于计算出的最佳扭矩目标是所转换成的动力总成11任意电力形式的最佳电池电力的函数，所以在预定车辆事件期间继续寻求计算最佳扭矩目标可能在动力总成11中产生不良噪音、振动和粗糙度。示例性的预定车辆事件包括汽缸选择性停用、涡轮增压器25的激活/停用，以及附件电力负荷(L)27诸如空调或驾驶室加热器的变化。

图1的示例性车辆10可以包括液力变矩器(T_C)16或离合器以及位于发动机12的曲轴13与变速器14的输入构件15之间的减震器组件。发动机扭矩(箭头T_E)从而向变速器14贡献了总输入扭矩的至少一部分。在一些设计中，电机18可用于经由转子轴24向变速器14产生和传递马达扭矩(箭头T_M)，在曲轴13和输出构件17之间的任何地方。附加的电机(未示出)可单独使用或与在其它实施例中的发动机12联合使用，或发动机12可在没有任何附加扭矩源的情况下使用。输出构件17最终将输出扭矩(箭头T_O)向一个或多个传动轴26传递，并且从而驱动车辆10的车轮19。

使用高压能量存储系统22的实施例可以经由电力逆变器模块(PIM)20借助交流电(AC)电压母线21的方式将能量存储系统22连接到电机18，伴随着经由直流母线电压(DC)121将PIM20连接到能量存储系统22。能量存储系统22的电荷状态(箭头SOC)和/或能量存储系统22的电压(箭头V)或电流(箭头i)随着到方法100中的输入可由控制器50接收。

可选的涡轮增压器25可以是迫使吸入空气(箭头AI)到发动机12中的离心式气体压缩机。如本领域已知的，含氧空气的额外质量提高了发动机12的容积效率，允许发动机12能在给定的压缩循环中燃烧更多的燃料，并且从而产生更多的能量。发动机12包括汽缸12C，汽缸12C在主动燃料管理(AFM)模式下可以通过控制器50选择性停用以节约燃料。车辆10还包括附件电力负荷27，诸如空调单元、除霜器或驾驶室加热器，它们打开时可以增加大量的电力负荷，从而影响方法100中所使用的任何最佳扭矩指标的计算。因此，正如下面所解释的，主动燃料管理模式和附件功率循环是本发明方法100的预定车辆事件的两个可能的例子。

图1所示的控制器50可以体现为具有足够存储器(M)和处理器(P)的一个或多个数字计算机，与可操作用于测量、检测或计算到控制器的所需输入值的传感器通信。例如，传感器S1可以测量油门踏板30的踏板位置，而能量存储系统22中的电子传感器S2可用于测量能量存储系统22的电性能，诸如荷电状态(箭头SOC)、电压(V)和电流(I)。存储器(M)采用用于执行方法100的指令来编程。存储器(M)包括有形的、非暂态存储器装置或介质，诸如只读存储器、随机存取存储器、光存储器、闪存、电可编程只读存储器、定时器23和扭矩极限模块。命令的输出扭矩信号(箭头T_CC)最终命令来自一个可用扭矩源(在这种情况下为发动机12和电机18)的特定量的扭矩。

作为本发明方法100的一部分，定时器23可以用于帮助确定驾驶员请求的扭矩是否是足够稳定状态的，即在校准的持续时间内不变或稳定。定时器23可以是休眠定时器。这种休眠定时器可以用于启动燃料经济性(FE)模式，在该燃料经济性模式中动力总成例如图1中的动力总成11根据节能计算出的最佳输出扭矩目标而不是遵循驾驶员请求的扭矩来控制。最佳输出扭矩目标通常作为最佳电池功率的函数来计算。电池功率进而转换为最佳输出扭矩目标，伴随着将命令的输出扭矩目标(箭头T_CC)传递到动力总成11，包括使用以节省燃料的方式确定的组合扭矩源。本文公开的方法100旨在通过密切监测驾驶员的扭矩请求和计算的输出扭矩信号的以前值的相关性(箭头T_CC)，来防止实际输出扭矩(箭头T_O)的动态移动，特别是在与驾驶员请求扭矩相反方向上的动态移动。

图2和图3示出了图1所示的动力总成11的控制中所用并且始于t0的车辆参数的示例性时间曲线，其中纵轴为幅度(A)，横轴为时间(t)。图2说明了在t1扭矩请求的突然性踩油门示例性情况，其中迹线T_max和T_min分别说明动力总成11的扭矩上限和下限。迹线TR代表车辆10驾驶员的原始扭矩要求，其中扭矩请求随着油门踏板请求(迹线S₃₀)在t1时的增加而增加。

在t1，定时器23重新开始，以校准的速率增加并且然后在扭矩请求(TR)返回到并保持在稳定状态时在校准时间段内(ΔT)计数。在定时器23增加阈值量并持续停留校准的时间时间(ΔT)之后，燃料经济性模式启用，如t2处的迹线F1所示。燃料经济性模式可以在当其它所需条件例如踏板角度、传输状态、不在间隙状态的传动系统、车辆速度等满足的情况下启用。在实施例中，燃料经济性模式随着定时器23的到期、图1的油门踏板30被施力至校准角度上方以及车辆10的速度高于阈值例如35KPH而启用。可以根据迹线F1的状态设置标志，在该时间点来自控制器50的开环命令输出扭矩信号(迹线T_CC)遵循计算的最佳扭矩目标(迹线T_OT)。这在大约t2时启动，随着迹线T_OT偏离驾驶员请求的扭矩(迹线TR)，寻求命令的输出扭矩信号(迹线T_CC)，并继续这样做直到大约t3时。

在t3，驾驶员请求扭矩(迹线TR)没有变化的情况下，预定车辆事件可以开始，引起计算的最佳扭矩目标中发生动态变化(迹线T_OT)。方法100中没有的是，控制器50将控制开环命令输出扭矩信号(迹线T_CC)尽可能寻求最佳扭矩目标(迹线T_OT)。相反，控制器50执行方法100以经由命令的输出扭矩信号(迹线T_CC)来防止输出扭矩的任何动态移动(箭头T_O)。

这可以通过响应于预定车辆事件的检测，使用可变增益因子(K1)整形命令的输出扭矩信号(迹线T_CC)来实现。可变增益因子(K1)是由控制器50设置的0和1之间的范围R_K1中的值，以实现期望的扭矩响应，即输出扭矩信号(迹线T_CC)的整形。这允许实际输出扭矩(箭头T_O)暂时偏离计算的最佳扭矩目标(迹线T_OT)，这发生在图2的t3，即通过将为0的增益因子K1应用于开环控制。K1例如可以设置为1，例如以允许输出扭矩信号(迹线T_CC)紧密匹配计算的最佳扭矩目标(迹线T_OT)，并且设置为0以保证开环输出扭矩信号(迹线T_CC)不寻求计算的最佳扭矩目标(迹线T_OT)。

图3的时间曲线图示出了描述输出扭矩信号(迹线T_CC)的整形的迹线70，且以下述方式描述：包括防止输出扭矩信号(迹线T_CC)在与稳定状态扭矩请求方向相反的方向中改变。迹线70示出了t1时的轻踩油门和t3时的主动燃料管理过渡。从t1到t3，车辆10以燃料经济性模式操作，例如，仅激活可能的8个汽缸中的4个。在这种模式期间，迹线S₃₀描述了图1的油门踏板30的轻微增加或轻踩油门，这导致了扭矩请求(迹线TR)中的所得升高。如同图2，迹线T_CC是开环输出扭矩命令，且迹线T_OT是计算的最佳扭矩目标。

当扭矩请求(迹线TR)在t1时轻微升高时，定时器23可能不会很快下降，并且因此可保持燃料经济性模式。然而，最佳扭矩目标(迹线T_OT)能下降，因为控制器50假定，发动机12的速度将增加。然而，由于正在进行的燃料经济性模式，开环输出扭矩信号(迹线T_CC)能够以与扭矩请求相反的方向移动，如由迹线Δ在t2时所指示。控制器50经由方法100操作，以防止这种结果。

在这种情况下，可变增益因子(K1)是一种校准，该校准是基于驾驶员的扭矩请求(迹线TR)与扭矩命令(箭头T_CC)的先前值之间的差，如由迹线Δ以图形所示。因此，迹线Δ升高时，控制器50可开始改变增益因子(K1)，作为差(迹线Δ)值大小的校准函数。图2中的结果是通过操作可变增益因子K1，迹线T_CC并没有寻求最佳扭矩目标(迹线T_OT)，而通常在脱离方法100的情况下迹线T_CC会寻求最佳扭矩目标。

另一示例性预定车辆事件发生在图3的t3时，该事件是以主动燃料管理(AFM)事件的形式。t3时的迹线F2的增加表示活动汽缸的数量增加，例如，从t1时的4个汽缸12C到t3时及随后的8个汽缸12C。在这种情况下，由于活动的或供油的汽缸12C数量增加，控制器50假定发动机12贡献更大扭矩。t3时的控制效果是相同的。也就是说，控制器50经由可变增益因子K1整形输出扭矩信号(T_CC)，以防止输出扭矩信号(迹线T_CC)在与稳定状态扭矩请求方向相反的方向中改变，即选择性地防止寻求最佳扭矩目标(迹线T_OT)。

参照图4，方法100的示例性实施例从步骤S102开始，其中图1的控制器50检测到或另外确定车辆100的一组条件。条件可包括来自图1的油门踏板30的踏板信号(箭头S₃₀)的位置、驾驶员扭矩请求、变速器状态、车辆速度或其它因素。步骤S102包括经由控制器50计算动力总成11的最佳扭矩目标(图2和图3的迹线T_OT)，其作为车辆10的系统极限的函数，诸如发动机12和/或电机18上的电池功率极限和/或电力极限或扭矩极限。方法100接着继续到步骤S104。

在步骤S104处，控制器50使用来自步骤S102的条件，确定稳定状态扭矩请求条件是否存在步骤S104可通过使用定时器23进行，即可操作用于评估扭矩请求是否处于未改变或足够稳定状态的休眠定时器。如果稳定状态扭矩请求条件不存在，则方法100继续到步骤S106。否则，方法100继续到步骤S108。

步骤S106包括根据驾驶员扭矩请求经由输出扭矩信号(图1的箭头T_CC)控制动力总成11，同时保持对发动机12、电机18和能量存储系统22的可允许极限内。方法100返回到步骤S104，循环执行步骤S104和步骤S106，直到在步骤S104确定稳定状态扭矩请求条件不存在，这时执行步骤S108。

在步骤S108处，控制器50在稳定状态扭矩请求条件期间检测到预定车辆事件。如果预定车辆事件以上述类型中的任何一种出现，例如汽缸，选择性停用、涡轮增压器25的激活/停用、附件电力负荷27中的开/关循环或其它改变等。方法100继续到步骤S112。如果在稳定状态扭矩请求条件期间没有检测到预定车辆事件，则作为替代执行步骤S110。

在步骤S110处，控制器50施加为1的可变增益因子来整形输出扭矩信号(图1的箭头T_CC)，使得输出扭矩信号紧密寻求图2和图3中的计算的最佳扭矩目标(迹线T_OT)，接着循环重复步骤S108和步骤S110直到在步骤S108检测到预定车辆事件。

步骤S112包括响应于步骤S108中检测到的预定车辆事件，使用可变增益因子K1，经由控制器50整形输出扭矩信号(箭头T_CC)。这允许实际输出扭矩(箭头T_O)经由输出扭矩信号(图1的箭头T_CC)的整形，暂时偏离步骤S102的计算的输出扭矩目标(迹线T_OT)。如参考图3在上面所述的，步骤S102中的整形可包括将可变增益因子K1从1降低到0，其中降低水平取决于驾驶员要求的扭矩和扭矩命令的先前值(箭头T_CC)之间的差，如图3中由迹线Δ以图形所示。

尽管已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但是本领域的技术人员仍将认识到落入所附权利要求范围内的各种替代设计和实施例。在以上描述中包含的以及在附图中显示的所有内容应解释为是说明性的，而不是限制性的。