CN104972891B - 混合动力车辆阶梯传动比变速器控制 - Google Patents

混合动力车辆阶梯传动比变速器控制 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种混合动力车辆阶梯传动比变速器控制。一种并联式混合动力电动车辆的离散阶梯传动比自动变速器换档策略试图使马达转速接近目标马达转速，以提高在混合动力模式下被连接的发动机的燃料经济性。控制器根据驾驶员扭矩需求的大小、当前的转子或叶轮转速和马达是正在消耗电流还是正在产生电流而使变速器换档。

Description

混合动力车辆阶梯传动比变速器控制
技术领域
本公开涉及利用两种动力源的传统的并联式混合动力车辆的自动变速器齿轮比管理，更具体地讲，涉及基于马达转速管理发动机转速以使其接近目标转速，从而在不损害车辆操控性的情况下实现节能。
背景技术
混合动力车辆是在动力传动***中具有两种或更多种动力源的车辆。最常见的汽车混合动力是汽油-电动混合动力，其具有内燃发动机和电动马达/发电机。通常，混合动力车辆使用发动机和马达两者，以根据混合动力***和车辆模式通过在最佳时机在这两者之间切换(当发动机和马达中的一个可比另一个更高效时)或者以这两者的组合(当使用这两者的组合比仅使用其中一者更高效时)来改善燃料消耗、排放和性能。
混合动力车辆通常按照动力源之间的能量划分进行分类；两种动力源可并联地运转以同时提供加速，或者它们可在一种动力源单独提供加速而另一种动力源用于补充第一种动力源的能量贮备的情况下串联地运转。
虽然串联式混合动力车辆(也被称为续航电动车辆或增程电动车辆)被设计为主要通过马达而运行，但具有汽油或柴油发电机来给电池再充电。在串联式混合动力***中，发动机驱动发电机而不是直接驱动车轮。发电机为驱动马达提供电力。简言之，串联式混合动力车辆仅由马达驱动。
并联式混合动力车辆可以是传统式，其中，发动机和马达在一轴线处并联地连接，使得转速在该轴线处相同或者通过减速或偏心齿轮装置而彼此成正比，从而供应的扭矩在同一输出轴上被加在一起。当仅使用两种动力源中的一种时，另一种动力源必须以空转的方式旋转或者必须通过离合器而被分离。这两种动力源可直接应用于同一轴，因此当进入变速器时，这种构造的转速相等而扭矩被累计。根据马达是正在消耗电流(驱动车辆)还是正在产生电流(给电池充电)，马达向***添加扭矩或者从***减去扭矩。
并联式混合动力车辆也可以是动力分流式混合动力车辆(有时也被称为混联式混合动力车辆)。动力分流式混合动力车辆允许任一动力源单独提供所有的动力或者允许两种动力源同时提供不同量的动力，以提供车轮处所需要的动力。这种***通常具有两个发电机，其中一个类似于在串联***中连接到发动机的发电机，另一个则是存在于并联***中的牵引马达/发电机。发动机的输出轴和牵引马达的输出轴可通过一连串齿轮装置相结合，而无需分离离合器。
混合动力车辆还可在传动***中包含自动变速器，自动变速器位于一个或更多个动力源与驱动车轮之间。自动变速器(也被称为自动变速箱)可随着车辆开始运动而自动地换档至不同的齿轮比，而驾驶员无须手动换档。大部分自动变速器都具有一组限定的档位，这样的自动变速器被称为阶梯传动比自动变速器。从根本上具有不同类型的自动变速器是无级变速器或CVT，其能够通过改变一副带或链连接的滑轮、轮子或锥体(cone)的直径而平稳且无级地改变其齿轮比。阶梯传动比自动变速器具有预定义的换档计划，该换档计划通常通过使用车速和驾驶员扭矩需求或节气门位置进行映射。所述换档计划被设计为允许发动机以一组最佳的发动机转速运行，同时提供期望的车速和最终的扭矩输出。
对于(例如)马达设置在发动机和变速器之间的传统的并联式混合动力车辆，在混合动力驱动期间，发动机通常通过接合的分离离合器被连接到传动***。然后，在发动机接合时，通过当前的车速和当前的变速器档位来确定发动机转速。通过换档计划来选择当前的档位，该换档计划没有针对并联式动力传动***构造被优化，尤其是当考虑马达是处于消耗来自电池的电流的牵引模式还是处于向电池提供电流的充电模式时。从能量管理的角度来看，发动机转速和马达转速是确定整体***效率的关键因素。因此，为了使***更加高效地运转，会希望拥有改变发动机转速的自由。
发明内容
本公开的一方面致力于一种并联式混合动力动力传动***。所述动力传动***具有自动变速器、与变速器连接的发动机以及与发动机连接的马达。所述马达具有转子。所述动力传动***具有控制器，所述控制器被配置为：用于使变速器换档，以使转子转速接近目标转子转速，从而提高燃料经济性，所述目标转子转速是根据驾驶员扭矩需求的大小和马达是正在消耗电流还是正在产生电流而进行选择的。
所述动力传动***可具有电池，所述电池具有电流极限。那么，马达在任何给定的时间具有当前的马达扭矩(马达扭矩的量被加到动力传动***或者从动力传动***中被减去)，并具有与电池的电流极限相关联的可用马达扭矩范围。所述控制器还可被配置为：用于使变速器换档，并使马达扭矩保持在所述马达扭矩范围内。
所述控制器还可被配置为：响应于驾驶员扭矩需求的变化使变速器换档，或者响应于马达消耗电流或产生电流的变化使变速器换档。所述变速器可以是阶梯传动比变速器，所述控制器还可被配置为：通过从即将离开的齿轮比换至即将到来的齿轮比而使变速器换档。所述控制器还可被配置为：在使变速器换档之前，验证即将到来的齿轮比能够提供驾驶员扭矩需求。
目标转子转速是当前的转子转速、传递给动力传动***的发动机扭矩、传递给动力传动***的马达扭矩和基于电池正在充电或放电的效率函数的函数。
根据本公开的另一方面，公开了一种用于并联式混合动力动力传动***的能量管理方法，所述动力传动***具有马达转速与发动机转速成正比的混合动力模式。所述方法包括：发送信号来使变速器换档，以使马达转速接近目标马达转速，从而提高燃料经济性，所述目标马达转速基于驾驶员扭矩需求、马达扭矩可用范围、马达转速和电池的荷电状态。马达转速可以是马达的叶轮转速。
所述方法还可包括：选择变速器齿轮比，所述齿轮比能够提供驾驶员扭矩需求、将马达扭矩保持在马达扭矩可用范围内、维持电池的荷电状态并提供接近目标马达转速的马达转速。
发送信号可由马达转速超出目标马达转速范围、驾驶员扭矩需求的变化或者电池的荷电状态的变化触发。所述方法还可包括：使变速器换档。
根据本公开的又一方面，公开了一种修改并联式混合动力动力传动***中的变速器的换档计划的方法。该方法包括：响应于马达正在产生电流，通过控制器向变速器发送第一换档计划，使得变速器按照第一换档计划换档。该方法还包括：响应于马达正在消耗电流，通过控制器向变速器发送第二换档计划，使得变速器按照第二换档计划换档。
发送第一换档计划或发送第二换档计划的步骤可由叶轮转速超出目标叶轮转速范围触发，以提高燃料经济性。发送第一换档计划或发送第二换档计划的步骤可由驾驶员扭矩需求的变化触发。发送第一换档计划或发送第二换档计划的步骤可由马达的充电/放电状态的变化触发。
所述方法还可包括：发送信号而不遵循第一换档计划或第二换档计划，使得变速器换档，以使叶轮转速接近目标叶轮转速，从而提高燃料经济性，所述目标叶轮转速是根据驾驶员扭矩需求的大小、马达扭矩可用范围和马达是正在消耗电流还是正在产生电流而进行选择的。
根据本发明，提供一种用于混合动力动力传动***的能量管理方法，所述动力传动***具有马达转速与发动机转速成正比的混合动力模式，所述方法包括：使变速器换档，以使马达转速接近目标马达转速，从而提高燃料经济性，所述目标马达转速基于驾驶员扭矩需求、马达扭矩可用范围、马达转速和电池的荷电状态。
根据本发明的一个实施例，马达转速是叶轮转速。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：选择变速器齿轮比，所述齿轮比能够提供驾驶员扭矩需求、将马达扭矩保持在马达扭矩可用范围内、维持电池的荷电状态并提供接近目标马达转速的马达转速。
根据本发明的一个实施例，发送信号由马达转速超出目标马达转速范围触发。
根据本发明的一个实施例，发送信号由驾驶员扭矩需求的变化触发。
根据本发明的一个实施例，发送信号由电池的荷电状态的变化触发。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：使变速器换档。
根据本发明，提供一种修改混合动力动力传动***中的变速器的换档计划的方法，所述方法包括：响应于马达正在产生电流，通过控制器向变速器发送第一换档计划，使得变速器按照第一换档计划换档；响应于马达正在消耗电流，通过控制器向变速器发送第二换档计划，使得变速器按照第二换档计划换档。
根据本发明的一个实施例，发送第一换档计划或发送第二换档计划的步骤由叶轮转速超出目标叶轮转速范围触发，以提高燃料经济性。
根据本发明的一个实施例，发送第一换档计划或发送第二换档计划的步骤由驾驶员扭矩需求的变化触发。
根据本发明的一个实施例，发送第一换档计划或发送第二换档计划的步骤由马达是正在消耗电流还是正在产生电流的变化触发。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：发送信号而不遵循第一换档计划或第二换档计划，使得变速器换档，以使叶轮转速接近目标叶轮转速，从而提高燃料经济性，所述目标叶轮转速是根据驾驶员扭矩需求的大小、马达扭矩可用范围和马达是正在消耗电流还是正在产生电流而进行选择的。
下面将参照附图对本公开的上述方面和其他方面进行更加详细的说明。
附图说明
图1是并联式混合动力车辆的动力传动***的示意图。
图2是示出并联式混合动力车辆中的动力传动***的能量管理的框图。
图3是示出用于选择目标发动机和马达扭矩的算法的流程图。
图4是示出用于选择目标马达转速的算法的流程图。
具体实施方式
参照附图公开了说明的实施例。然而，应理解，公开的实施例意在仅为可以以多种和替代的形式实施的示例。附图不一定按比例绘制，并且可夸大或最小化一些特征以显示特定组件的细节。公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员如何实践公开的构思的代表性基础。
图1示出了混合动力电动车辆(HEV)10的示意图，并示出了车辆10的一些组件之间的代表性关系。组件在车辆10内的实体布局(physical placement)和方位可改变。车辆10按照传统的并联式混合动力动力传动***12被示出。动力传动***12包括驱动传动***16的发动机14，传动***16也可被称为模块化混合动力传动装置(MHT)16。传动***16包括连接到关联的牵引电池20的电机(诸如，电动马达/发电机(M/G))18(以下简称为马达18)、变矩器22以及自动变速器24。分离离合器26也可以是传动***16的一部分(如在此所示出的)，或者分离离合器26可不包含在传动***16内。
发动机14和马达18两者均为车辆10的驱动源。发动机14通常表示可包括内燃发动机(诸如，汽油、柴油或天然气驱动的发动机)的动力源。当发动机14和马达18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机14产生提供至传动***16的发动机功率和对应的发动机扭矩teng(也可被表示为τeng)。发动机14在运转时还具有发动机转速ωeng。发动机14可具有曲轴28或发动机输出轴28，发动机输出轴28提供发动机扭矩teng并具有发动机转速ωeng。
当分离离合器26至少部分地接合时，动力可从发动机14流向马达18或者从马达18流向发动机14。例如，分离离合器26可接合，并且马达18可作为发电机运转，以将由发动机输出轴28和马达输入轴29提供的旋转能转换成电能储存在电池20中。分离离合器26也可分离，以使发动机14与动力传动***12的其余部分隔离，使得马达18可用作车辆10的唯一驱动源。马达输入轴29可穿过马达18延伸到马达输出轴30。马达输入轴29和马达输出轴30可以是一个单一的马达轴30。在这种构造中，马达18持续可驱动地连接至轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分地接合时才可驱动地连接至轴30。
马达18可被实现为多种类型的电机中的任何一种。例如，马达18可以是永磁同步马达。马达18可具有连接到马达轴30的电枢或转子35。当马达18消耗由电池20提供的电流时，马达18产生提供至传动***16的马达功率和对应的马达扭矩tmtr(也可被表示为τmtr)。马达18具有转速ωmtr，该转速可被称为转子(35)转速ωmtr或马达轴(30)转速ωmtr。当分离离合器26完全接合时，发动机14的转速ωeng和马达转速ωmtr将相等，并且发动机14的转速ωeng和马达转速ωmtr可被称为发动机/马达转速ω。
马达18经由轴30连接至变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分地接合时，变矩器22连接至发动机14。变矩器22包括固定至马达轴30的泵轮31以及固定至变速器输入轴33的涡轮32。变矩器22在轴30和变速器输入轴33之间提供液力耦合。当泵轮31旋转得比涡轮32快时，变矩器22将动力从泵轮31传递至涡轮32。涡轮扭矩的大小通常取决于相对转速。当泵轮转速与涡轮转速之比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的倍数。变矩器22的输出是变速器输入轴33，变速器输入轴33传递变速器输入扭矩tin并具有变速器输入转速ωin。变矩器22也可被包括在变速器24内，并且变速器输入轴33可以是内部传动轴。连接到马达输出轴30的泵轮31与马达具有相同的转速ωmtr。
还可提供在接合时摩擦地或机械地连接变矩器22的泵轮31和涡轮32的变矩器旁通离合器34(有时被称为锁止离合器)，从而允许更高效的动力传输。变矩器旁通离合器34可作为起步离合器运转，以提供平稳的车辆起步。可替代地或者组合地，对于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用，可以在马达18和变速器24之间提供类似于分离离合器26的起步离合器。在一些应用中，分离离合器26通常被称为上游离合器，而起步离合器(可以是变矩器旁通离合器34)通常被称为下游离合器。
变速器24可以是阶梯传动比变速器24，其包括通过摩擦元件(诸如离合器和制动器(未示出))的选择性接合而选择性地置于不同齿轮比以建立期望的多个离散或阶梯传动比的离散的齿轮组(未示出)。可通过连接和分离齿轮组的特定元件以控制变速器输出轴36和变速器输入轴33之间的传动比的换档计划来控制摩擦元件。变速器24也可以是无级变速器(CVT)24，CVT24的“换档”将引起变化的输入输出转速比。CVT 24也可被配置为模仿阶梯传动比变速器24，在此所使用的方法可使CVT 24从一个模拟的齿轮比“换档”至另一模拟的齿轮比。然后，变速器24向变速器输出轴36提供动力传动***输出扭矩tout和转速ωout。
输出轴36被示出为连接至差速器40。差速器40经由连接至差速器40的各个轴44驱动一对车轮42。当车辆10的行驶轨迹为直线时，差速器可向每个车轮42传递大约相等的扭矩tfinal和转速ωfinal。例如当车辆转弯时，差速器40允许在车轮42之间有扭矩差和转速差。可使用不同类型的差速器或类似装置将扭矩从动力传动***分配至一个或更多个车轮。在一些应用中，根据特定的运转模式或状况，扭矩分配可变化。尽管差速器40、车轮42和轴44类似于整体轴后轮驱动构造，但是附图仅仅是代表性的，车轮42可以被独立地悬挂，轴44可以是包括等速万向节的半轴，车轮42可来自于前轮驱动构造或来自于四轮驱动构造。
动力传动***12还包括关联的动力传动***控制单元(PCU)50。虽然PCU 50被示出为一个控制器，但是PCU 50可以是较大的控制***的一部分并且可以由车辆10中的各种其他控制器(诸如车辆***控制器(VSC)、HEV能量管理控制器和传动比管理控制器等)控制。因此，应理解，PCU 50和一个或更多个其他控制器可以统称为响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器以控制多种功能(比方说，诸如起动/停止发动机14、运转马达18以消耗电流并提供车轮扭矩或产生电流以给电池20充电、选择或计划变速器换档等)的控制器50。
控制器50可经由输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和致动器通信，该I/O接口可以实现为提供各种原始数据、信息或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口。可替代地，在将特定信号提供至CPU之前，一个或更多个专用硬件或固件芯片可用于调节和处理所述特定信号。
控制器50可经由通信线52向发动机14发送信号并从发动机14接收信号，控制器50可经由通信线54向分离离合器26发送信号并从分离离合器26接收信号，控制器50可经由通信线56向马达18发送信号并从马达18接收信号，控制器50可经由通信线58向起步离合器34和/或变矩器22发送信号并从起步离合器34和/或变矩器22接收信号，控制器50可经由通信线60向变速器24发送信号并从变速器24接收信号，控制器50可经由通信线62向驱动车轮42发送信号并从驱动车轮42接收信号，并且控制器50可经由通信线66向其他电力电子器件64发送信号并从其他电力电子器件64接收信号等。控制器50与组件之间的通信可通过硬线来实现或无线地实现。通信可以不是直接的，并且可经过其他***。例如，控制器可经由硬线连接的通信线52从曲轴位置或转速传感器(未示出)或者发动机扭矩传感器(未示出)直接接收发动机扭矩teng和发动机转速ωeng，或者从车辆通信***(诸如CAN总线(未示出))接收发动机扭矩teng和发动机转速ωeng。类似地，动力传动***12可具有位于上述组件中的每个组件上的转速传感器和扭矩传感器，诸如，马达转子转速传感器(未示出)、变矩器泵轮转速传感器(未示出)和车轮转速传感器(未示出)。
此外，尽管未明确说明，但是控制器50可控制各种其他功能或组件，诸如，燃料喷射正时、速率和持续时间、节气门位置、(用于火花点火式发动机的)火花塞点火正时、进气/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD，front-end accessory drive)组件(诸如交流发电机)、空调压缩机、电池充电、再生制动、马达运转、用于分离离合器26、起步离合器34的离合器压力以及用于变速器24的换档计划等。例如，通过I/O接口传送输入的传感器可用于指示涡轮增压器增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速、车轮转速、车速、冷却剂温度、进气歧管压力(MAP)、加速器踏板位置、点火开关位置、节气门位置、空气温度、废气氧或其他废气成分浓度或存在情况、进气流量、变速器档位、传动比或模式、变速器油温、变矩器涡轮转速、变矩器旁通离合器34状态、减速或换档模式以及马达转速。
车辆10的驾驶员使用加速器踏板70提供驾驶员扭矩需求tdd(也可被表示为τdd)或驱动命令以推进车辆。通常，踩下和松开踏板70产生可通过控制器50被分别解释为增加动力(或扭矩)的需求和减小动力(或扭矩)的需求的加速器踏板位置信号。至少基于来自踏板70的输入，控制器50从发动机14命令扭矩teng和/或从马达18命令扭矩tmtr。控制器50还控制变速器24内的换档正时以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或分离。类似于分离离合器26，可以在接合位置和分离位置之间的范围内调节变矩器旁通离合器34。除由泵轮31和涡轮32之间的液力耦合产生的可变打滑之外，这也在变矩器22中产生可变打滑。可替代地，根据特定应用，变矩器旁通离合器34可操作为锁止或打开而不使用调节的操作模式。
为了利用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合，以通过分离离合器26将发动机扭矩的至少一部分传输至马达18，然后再从马达18经过变矩器22和变速器24传输。马达18可以通过提供额外功率来使轴30转动而辅助发动机14。该操作模式可被称为“混合动力模式”或“电动辅助模式”。
为了利用马达18作为唯一动力源驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动***12的其余部分隔离以外，动力流保持相同。在这段时间内可以禁用或者否则切断发动机14中的燃烧以节省燃料。例如，牵引电池20通过线路72将储存的电能传输至可包括逆变器的电力电子器件64。电力电子器件64可用于将来自电池20的DC电压转换成AC电压以供马达18使用。控制器50可命令电力电子器件64将来自电池20的电压转换成提供至马达18的AC电压，以将正扭矩或负扭矩提供至轴30。该操作模式可被称为“纯电动”操作模式。
在任何操作模式中，马达18都可以为动力传动***12提供驱动扭矩或制动扭矩。马达18可以用作发电机并且将来自动力传动***12的动能转换成电能储存在电池20中。例如，当发动机14正在为车辆10提供推进动力时，马达18可以用作发电机。此外，在来自旋转的车轮42的旋转能通过变速器24回传并转换成电能储存在电池20中的再生制动期间，马达18可以用作发电机。
在混合动力模式下，车辆10的发动机14和马达18被构造成提供驾驶员扭矩需求，使得驾驶员扭矩需求等于发动机扭矩与马达扭矩之和(tdd＝teng+tmtr)，注意，在充电模式下，马达扭矩会是负的。在混合动力模式下，发动机转速和马达转速基本上彼此相等(ω＝ωeng＝ωmtr)。
如上所述，本公开的一方面致力于一种控制器50，该控制器50被配置为：用于使变速器24换档，以使马达叶轮35的转速ωmtr接近目标叶轮转速ωtarget，从而提高并联式混合动力动力传动***12的燃料经济性。在这方面，动力传动***12具有与变速器24连接的发动机14、与发动机14连接的马达18的转子35以及控制器50，控制器50根据驾驶员扭矩需求tdd的大小以及马达18是正在消耗电流还是正在产生电流而使变速器换档。
目标转子转速ωtarget可包括目标转子转速范围，控制器50可被配置为：响应于转子转速ωmtr超出目标转子转速范围而使变速器24换档。叶轮转速、目标叶轮转速和目标叶轮转速范围可替代转子转速、目标转子转速和目标转子转速范围。控制器50还可被配置为：响应于驾驶员扭矩需求tdd的变化而使变速器24换档。控制器50还可被配置为：响应于马达18正在消耗电流或正在产生电流的变化而使变速器24换档。马达18正在消耗电流的示例是当马达18使用来自电池20的电力来驱动车辆并向动力传动***12提供正扭矩tmtr之时。马达18正在产生电流的示例是当马达18向电池20提供电力以给电池20再充电并向动力传动***12提供负扭矩tmtr(与发动机扭矩方向相反的扭矩)之时。
控制器50可被配置为：通过从即将离开的(off-going)齿轮比换至即将到来的(on-coming)齿轮比而使变速器24换档，并且控制器50还可被配置为：在使变速器24换档之前，验证即将到来的齿轮比能够提供驾驶员扭矩需求tdd。控制器50还可被进一步配置为：响应于接收到叶轮转速ωmtr和齿轮比，验证该齿轮比提供接收到的叶轮转速ωmtr与期望的叶轮转速ωtarget最接近的收敛(nearest convergence)。
出于燃料经济性考虑，期望的转子或叶轮转速ωtarget可根据马达转速ωmtr、传递给动力传动***12的发动机扭矩teng、传递给动力传动***12的马达扭矩tmtr和基于电池20正在充电或放电的效率函数的函数进行选择(参见图3)。
图2示出了诸如在图1中示出的混合动力车辆的可能的能量管理流程100。控制器102可包括HEV能量管理子组件104和传动比管理子组件106。能量管理流程100针对具有混合动力模式的并联式混合动力动力传动***，在所述混合动力模式下，发动机和马达两者同时向动力传动***提供扭矩，并且马达转速与发动机转速成正比。控制器102不分先后地接收驾驶员扭矩需求tdd(如框108所示)、电池的荷电状态(如框110所示)和马达转速ωmtr(如框112所示)。马达转速ωmtr可由测量叶轮转速、马达输出轴转速或泵轮转速的传感器提供。此外，由于当分离离合器完全接合时，马达转速ωmtr与发动机转速ωeng成正比，因此，马达转速也可通过发动机转速测量值提供。例如，用于测量曲轴转速或发动机输出轴转速的传感器可提供发动机转速ωeng。也可通过其他方式(诸如，电流和发动机正时等)来确定马达转速和发动机转速。然而，当分离离合器未完全接合时，发动机转速传感器不能提供马达转速ωmtr，因此，当动力传动***处于纯电动模式以及正在切换至混合动力模式时，必须使用马达转速来确定当发动机运转时针对最经济的齿轮比将提供的发动机转速。
控制器102控制马达以提供所需的马达扭矩输出分量(如框114所示)和发动机扭矩输出分量(如框116所示)，使得这两者的组合满足框108处的驾驶员扭矩需求。这些扭矩相结合并流入变速器118中。如框120所示，控制器102基于上述输入选择适合于燃料经济性的目标发动机转速。控制器102发送信号来使变速器118换档(如档位选择框122所示)，以使马达转速ωmtr接近目标马达转速，从而提高燃料经济性。能量管理流程100的最终目标在于提供满足驾驶员期望的车辆扭矩输出(如框124所示)，同时还提供使发动机和马达提供该车辆扭矩输出的最佳换档计划。当选择齿轮比时，控制器还可监测车速，如框126所示。
控制器102可分成HEV能量管理子组件104，HEV能量管理子组件104用于接收驾驶员扭矩需求108、电池的荷电状态110和马达转速112，并将马达扭矩和发动机扭矩输出至变速器以及将目标马达转速输出至传动比管理子组件106。然后，传动比管理子组件106提供齿轮比选择并控制变速器118。
实际上，当混合动力车辆在车速和齿轮比已被确立的纯电动模式下运转时，能够最好地理解该管理流程100。当需要切换至发动机将运转并被包括以给车辆提供所需扭矩的混合动力模式时，发动机将需要在分离离合器完全接合时匹配马达转速。该方法将引入当前的马达转速和驾驶员扭矩需求，然后检查马达是将向动力传动***添加扭矩(消耗来自充电电池的电流)还是从动力传动***移除扭矩(给电池充电)，以确定满足驾驶员需求所需要的发动机扭矩。一旦获悉满足驾驶员需求所需要的发动机扭矩，该方法便选择最经济的齿轮比，从而使发动机以燃料经济性最高的转速提供驾驶员扭矩需求。换言之，该方法选择将提供与目标转速最接近的发动机转速的齿轮比。该方法以基于这些输入使变速器切换至新的齿轮比结束。
管理流程100可包括：在发送信号来使变速器换档(122)的步骤之前，选择能够提供驾驶员扭矩需求、维持电池的荷电状态并提供接近目标马达转速的马达转速的变速器齿轮比。
由于变速器118是离散阶梯传动比变速器，因此可能无法实现准确的目标转速，故控制器可选择收敛于目标转速或落入目标转速范围内的齿轮比。因此，目标马达转速可以是目标马达转速范围，并且管理流程100可包括：当由马达转速112超出目标马达转速范围触发时，发送信号来使变速器换档(122)。管理流程100还可包括：当由驾驶员扭矩需求108的变化触发时，发送信号来使变速器换档(122)。管理流程100可包括：当由电池的荷电状态110的变化触发时，发送信号来使变速器换档(122)，或者管理流程100可包括：当由马达转速112超出目标马达转速范围、驾驶员扭矩需求108的变化和电池的荷电状态110的变化中的任意组合触发时，发送信号来使变速器换档(122)。
图2的管理流程100还支持修改并联式混合动力动力传动***中的阶梯传动比变速器的换档计划的方法。一旦接收到马达充电/放电信息110，该方法便包括：响应于马达充电(110)而向变速器发送第一换档计划(122)，以及响应于马达放电(110)而向变速器发送第二换档计划(122)。
向变速器发送第一换档计划或第二换档计划(122)的步骤可由叶轮或转子转速112超出适合于提高的燃料经济性的目标叶轮或转子转速范围触发。向变速器发送第一换档计划或第二换档计划(122)的步骤还可由驾驶员扭矩需求108的变化触发。可选地，向变速器发送第一换档计划或第二换档计划(122)的步骤可由马达充电/放电110的变化触发，或者向变速器发送第一换档计划或第二换档计划(122)的步骤可由叶轮或转子转速112超出适合于提高的燃料经济性的目标叶轮或转子转速范围、驾驶员扭矩需求108的变化和马达充电/放电110的变化中的任意组合触发。
该方法还可包括：一旦接收到叶轮或转子转速112和驾驶员扭矩需求108，便发送信号(122)而不遵循第一换档计划或第二换档计划，使得变速器118换档，以使叶轮转速接近目标叶轮转速，从而提高燃料经济性，所述目标叶轮转速是根据驾驶员扭矩需求的大小以及马达是正在消耗电流还是正在产生电流而进行选择的。
图3是示出用于选择目标发动机扭矩teng和目标马达扭矩tmtr的算法的流程图150。在混合动力模式下，并联式混合动力动力传动***的发动机和马达结合在一起，从而这两者的组合具有相同转速并且它们各自的输出扭矩被累计。驾驶员需求扭矩tdd可由操作者提供，如活动框152所示。当前的发动机和马达转速ω也可在活动框152处获得。
马达可具有取决于荷电状态的扭矩可用范围。例如，如果马达正在给电池充电，则马达可根据需要提供不同的电池充电速率；较大的电池充电速率会需要较高的扭矩载荷，而较低的电池充电速率可以以较低的扭矩载荷实现。类似地，如果马达正在使电池放电，则马达可使电池较快地放电并向动力传动***提供较高的马达扭矩，或者马达可使电池较慢地放电并向动力传动***提供较低的马达扭矩贡献。马达扭矩可用范围可受荷电状态、电池充电和放电速率极限以及电池中的可用电荷量的支配。马达扭矩可用范围在活动框154处被提供给算法。
算法在判定菱形框156处分岔，并遵循放电路径或充电路径。如果电池正在放电 (如果电流正在流向马达并且马达正在向动力传动***添加正扭矩)，则遵循活动框158中 的效率公式其中，表示燃料质量流量，Elhv 表示混合动力车辆中的电损失，Peloss表示在充电或放电期间传输电力时的电功率损失。如 果电池正在充电(如果马达正在从动力传动***移除扭矩以给电池提供电流)，则遵循活动 框160中的效率公式遵循任一路径均使流程 图150行进到活动框162，在活动框162中，应用最佳马达扭矩公式(不同的效率公式中的最 大值所对应的马达扭矩)。
活动框162基于在158和160处提供的充电或放电效率公式提供由在154处提供的可用马达扭矩界定的目标马达扭矩。然后，在活动框164处，最佳发动机扭矩teng被提供为驾驶员需求扭矩与马达扭矩之差。利用算法150，控制器可调节马达扭矩和发动机扭矩，以在任何给定的转速提供驱动动力传动***的最高的组合效率。
应注意，效率公式中考虑了马达转速与发动机转速相等以及马达扭矩和发动机扭矩被累计以提供驾驶员需求扭矩两者。当选择了新的驾驶员需求扭矩时，算法150可运行，以根据荷电状态和转速来确定发动机扭矩和马达扭矩的最佳组合，因此驾驶员需求扭矩的变化可触发该算法。类似地，转速的变化可触发该算法，这可发生在变速器换档时，因此变速器换档可触发该算法。此外，如果电池的充电水平变化到充电速率范围会发生变化的程度，并因此可使可用马达扭矩发生变化，则也可触发该算法。
图4是示出用于选择适合于最高效的***的目标马达转速ω的算法的流程图200。在混合动力模式下，并联式混合动力动力传动***的发动机和马达结合在一起，从而这两者的组合具有相同转速并且它们各自的输出扭矩被累计。驾驶员需求扭矩tdd可由操作者提供，如活动框202所示。在活动框204处，马达扭矩可用范围被提供给算法。
算法200在判定菱形框206处分岔，并遵循放电路径或充电路径。如果电池正在放 电(如果电流正在流向马达并且马达正在向动力传动***添加正扭矩)，则遵循活动框208 中的效率公式如果电池正在充电(如果马达 正在从动力传动***移除扭矩以给电池提供电流)，则遵循活动框210中的效率公式遵循任一路径均使流程图200行进到活动框 212，在活动框212中，应用最佳马达转速公式(不同的效率公式中的最大值所对应的马达转 速)。
然后，控制器可将最佳马达转速ω发送到传动比管理器。然后，传动比管理器可评定在最佳马达转速处是否可实现驾驶员扭矩需求tdd，以及哪个档位可提供该转速。与上面类似，驾驶员扭矩需求的变化、荷电状态的变化、发动机/马达转速的变化、变速器换档和可用马达扭矩的变化均可以是使算法200运行的触发因素。
算法200的结果为给定的驾驶员扭矩需求提供最佳马达转速，从而推荐传动比管理器换档以实现该转速，算法150的结果为给定的马达转速和驾驶员扭矩需求提供最佳发动机扭矩和最佳马达扭矩。控制器可并联或串联地使用算法150和算法200两者来管理混合动力动力传动***的整体效率。
虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了公开的设备和方法的所有可能的形式。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，在不脱离要求保护的本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。可以组合实现的多个实施例的特征以形成公开的构思的进一步的实施例。

Claims (6)

1.一种并联式混合动力动力传动***，其特征在于，包括：
自动变速器，能够在预定的齿轮比之间切换；
发动机，与所述变速器连接；
马达，与发动机连接，所述马达包括转子；
控制器，被配置为：用于切换变速器的齿轮比，以使转子转速接近目标转子转速，所述目标转子转速是根据驾驶员扭矩需求的大小和马达是正在消耗电流还是正在产生电流而进行选择的。
2.如权利要求1所述的动力传动***，还包括电池，所述电池具有电流极限，其中，马达具有马达扭矩以及与电池的电流极限相关联的可用马达扭矩范围，其中，所述控制器还被配置为：用于使变速器换档，并使马达扭矩保持在所述可用马达扭矩范围内。
3.如权利要求1所述的动力传动***，其中，所述控制器还被配置为：响应于驾驶员扭矩需求的变化而使变速器换档。
4.如权利要求1所述的动力传动***，其中，所述控制器还被配置为：响应于马达消耗电流或产生电流的变化而使变速器换档。
5.如权利要求1所述的动力传动***，其中，所述变速器是阶梯传动比变速器，所述控制器还被配置为：通过从即将离开的齿轮比换至即将到来的齿轮比而使变速器换档，并在使变速器换档之前验证即将到来的齿轮比能够提供驾驶员扭矩需求。
6.如权利要求1所述的动力传动***，其中，目标转子转速是转子转速、传递给动力传动***的发动机扭矩、传递给动力传动***的马达扭矩和基于电池正在充电或放电的效率函数的函数。
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