用於控制混合動力車(hev)所用動力系統的系統的製作方法

2023-05-01 06:04:21 1

用於控制混合動力車(hev)所用動力系統的系統的製作方法
【專利摘要】本申請公開了用於控制混合動力車(HEV)所用動力系統的系統，所述系統包括：一套傳感器，所述傳感器包括一種分組中的一種，所述分組包括：SOC傳感器、車輛速度傳感器、溫度傳感器、離合傳感器、電機傳感器、電機-發電機傳感器、制動踏板傳感器和加速踏板傳感器；第一離合致動器，所述第一離合致動器能夠致動所述第一離合器；第二離合致動器，所述第二離合致動器能夠致動所述第二離合器；以及至少一個控制器，所述控制器包括處理器和計算機可讀取存儲器，所述存儲器進一步包括計算機可讀取指令，該計算機可讀取指令能被所述處理器讀取，從而所述控制器能夠使所述第一離合制動器和第二離合制動器工作/不工作，以根據所述傳感器的輸出選擇車輛的相應的工作模式。
【專利說明】用於控制混合動力車(HEV)所用動力系統的系統

【技術領域】
[0001]本申請涉及混合動力車，尤其涉及用於實施混合動力車用的動態工作模式和控制策略的系統。

【背景技術】
[0002]在電動車(EV)、混合動力車(HEV)和插電式混合動力車(PHEV)領域內，已有很多可行的能夠實現多種工作模式的動力系統(或動力總成)結構。例如，僅在HEV領域內，HEV動力系統可以被構造用於實現串聯、並聯、串並聯以及全電動的工作模式。另外，這些模式中有一些可以被構造為根據不同的策略例如電量保持、電量消耗等來工作。
[0003]這些不同的模式和策略提供了一些優點例如行駛裡程擴展、燃料效率、內燃機(ICE)在其理想工作曲線(1L)上運行和全電動工作。希望擁有一種例如在可能有的不同行駛狀態期間以及在可能採用的不同策略下能夠根據期望的驅動特性量度譬如燃料效率、行駛裡程擴展、電能的最大行程、高效的電池使用等實現上述多種控制策略和工作模式的單一動力系統。
實用新型內容
[0004]以下給出本實用新型的簡要概述，目的是為了提供對本文所述某些應用的基本理解。本概述並非是對要求保護的主題內容的詳盡綜述。本概述既不是要確認要求保護的主題內容的關鍵或決定性要素，也不是要限定本主題實用新型的保護範圍。本概述的唯一目的是以簡化的形式給出要求保護的主題內容中的一些概念以作為隨後給出的更詳細說明的序g。
[0005]公開了用於控制HEV和PHEV所用的雙電機-雙離合動力系統的系統。在一個實施例中公開了一種用於控制混合動力車(HEV)所用動力系統的系統，所述動力系統包括:原動機；電機-發電機，所述電機-發電機通過第一離合器機械連接至所述原動機；電機，所述電機通過第二離合器機械連接至所述電機-發電機；電池，所述電池電連接至所述電機-發電機和所述電機，所述電池能夠為所述電機-發電機和所述電機提供電能；所述系統包括:一套傳感器，所述傳感器包括一種分組中的一種，所述分組包括:SOC傳感器、車輛速度傳感器、溫度傳感器、離合傳感器、電機傳感器、電機-發電機傳感器、制動踏板傳感器和加速踏板傳感器；第一離合致動器，所述第一離合致動器能夠致動所述第一離合器；第二離合致動器，所述第二離合致動器能夠致動所述第二離合器；以及至少一個控制器，所述控制器包括處理器和計算機可讀取存儲器，所述存儲器進一步包括計算機可讀取指令，該計算機可讀取指令能被所述處理器讀取，從而所述控制器能夠使所述第一離合制動器和第二離合制動器工作/不工作，以根據所述傳感器的輸出選擇車輛的相應的工作模式。
[0006]在另一個實施例中，所述控制器能夠:如果SOC大於指定的第一閾值，那就選擇所述車輛的電量消耗工作模式；在所述車輛運行期間，如果SOC小於指定的第二閾值，那就選擇所述車輛的電量保持工作模式。
[0007]在另一個實施例中，所述控制器進一步還能夠:從一種分組中選擇電量消耗工作模式，所述分組包括:全電動模式和高牽引力電動模式。
[0008]在另一個實施例中，所述控制器進一步還能夠:從一種分組中選擇電量保持工作模式，所述分組包括:並聯混合動力模式和串聯混合動力模式。
[0009]在另一個實施例中，所述控制器進一步還能夠:根據所述電機-發電機和所述電機的效率動態地選擇用於所述電機-發電機的第一扭矩和用於所述電機的第二扭矩的扭矩組合。
[0010]在另一個實施例中，所述控制器進一步還能夠:根據所述電機-發電機和所述電機的效率動態地選擇用於所述電機-發電機的第一扭矩和用於所述電機的第二扭矩的扭矩組合，以達到駕駛員要求的期望扭矩。
[0011]在另一個實施例中，所述控制器進一步還能夠:在所述車輛運行期間，動態地選擇過渡工作模式，所述過渡工作模式包括一種分組中的一種，所述分組包括:從全電動模式到串聯混合動力模式的過渡模式；從串聯混合動力模式到並聯混合動力模式的過渡模式；以及從全電動模式到並聯混合電動模式的過渡模式。
[0012]在另一個實施例中，所述控制器進一步還能夠:在所述車輛運行期間，選擇用於電量保持工作模式的低SOC閾值，所述低SOC閾值取決於駕駛員的統計駕駛形式。
[0013]結合本申請內提供的附圖可理解以下的【具體實施方式】中呈現的本系統的其他特徵和應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]參照附圖示出了示範性的實施例。應該理解本文公開的實施例和附圖被視為是說明性而非限制性的。
[0015]圖1示出了根據本申請的原理實現的混合動力車或插電式混合動力車的一個可行實施例。
[0016]圖2示出了根據本申請的原理實現的HEV或PHEV車輛中動力系統架構的一個可行實施例。
[0017]圖3A至3C示出了通過圖2中的動力系統架構實現不同工作模式的概要流程。
[0018]圖4A示出了如圖2所示架構的動力系統中的電機-發電機的運行包絡曲線和效率島(efficiency island)的一種可行集合。
[0019]圖4B示出了使用圖4A所示信息的控制流程圖的一個可行實施例。
[0020]圖5A和5B示出了例如可以如圖2所示架構的HEV和/或PHEV車輛所用的模式控制和/或操作的兩個可行實施例。
[0021]圖6是例如可以如圖2所示架構的HEV和/或PHEV車輛所用的控制流程圖的一個可行實施例。
[0022]圖7和圖8針對根據本申請的原理實現的HEV和/或PHEV車輛示出了切換各種模式的動態操作圖。
[0023]圖9是用於模式轉換流程圖的狀態圖的一個可行實施例。
[0024]圖10至圖12示出了設計用於提高電池性能和壽命的先進控制操作的各種實施例。

【具體實施方式】
[0025]如本文中所用的術語「部件」、「系統」、「接口」等意在表示跟計算機相關的實體例如硬體、(譬如運行中的)軟體和/或固件。例如，部件可以是處理器上運行的進程、處理器、對象、可執行程序和/或計算機。舉例來說，伺服器上運行的應用程式和伺服器都可以是部件。一個或多個部件可以駐留在一個進程內並且一個部件可以集中在一臺計算機上和/或分布在兩臺或多臺計算機之間。
[0026]參照附圖介紹要求保護的主題內容，其中相同的參考數字始終被用於表示相同的要素。在以下的說明內容中，為了便於解釋，闡明了很多具體的細節以提供對本主題實用新型的全面理解。然而應該顯而易見的是要求保護的主題內容無需這些具體細節即可實現。在其他的情況下，為了便於介紹本主題實用新型而以框圖的形式示出了公知的結構和
目.ο
[0027]前言
[0028]在一個實施例中，控制算法被提供用於管理混合動力車(HEV)所用的動態工作模式和/或控制策略，其既可以應用於插電式HEV也可以應用於非插電式HEV。另外，這些控制算法可以允許高效、節約成本和響應式地操作電池和電機。在另一些實施例中，也可以允許原動機(PM)被最小化以實現高度的動力混合。合適的PM可以包括:ICE、燃料電池或任意其他的燃燒式、化學式和/或基於燃料(例如已知的液體或氣體燃料)的原動機。
[0029]所謂「高度的動力混合」是指車輛(例如HEV、PHEV等)和/或動力系統可以被設計為在行駛周期內儘可能多地使用電池內存儲的電能以為車輛提供原動力。電池內存儲的電能可以得自多個來源:再生制動、PM的充電操作或者來自壁式插座或其他的外部充電。在另一些實施例中，電力(例如從車載和車外來源以及通過一個電機或多個電機和/或電池得到的)可以由以各種方式連接在一起的多個控制器管理從而就能夠提供對電池的適當管理以提高行駛裡程、壽命和性能。
[0030]已知在很多情況下電動車或混合動力車內的電池壽命可能小於其預期壽命的1/4。在某些實施例中，混合動力車(HEV、PHEV等)管理如何使用和/或驅動車輛以用一組特定的電池獲得期望的行駛裡程和壽命。因此，在某些實施例中，希望用軟體控制器來協調發動機、變速箱和電池組的控制以實現期望的燃料經濟性或燃料消耗並且還可能實現期望的電動行駛裡程以及電池壽命。
[0031]應該意識到車輛所用的控制軟體可以在一個控制器上運行(並且這個控制器向動力系統的各個部件發送信號)，或者可選地控制軟體可以用任何已知的方式分配給多個控制器，其中多個控制器的子集可以跟多個控制器的子集通信。因此，對術語「控制器」的任何引用也可以涵蓋包括多個控制器和分布式控制軟體的實施例。
[0032]車輛/動力系統的一個實施例
[0033]圖1是本實用新型的技術可以在其中獲得應用的多種車輛和/或動力系統可行實施例中的一種車輛和/或動力系統可行平臺(100)。
[0034]車輛100 (如圖1所示)包括雙離合-雙電機的HEV/PHEV動力系統，其能夠通過控制操作在一個行駛周期內的不同時間動態地作為全電動車、混合動力車或插電式混合動力車運行。發動機(或任意合適的PM) 102被設置在裝有兩臺電機106和110的公共驅動軸112上。離合器104位於發動機102和電機106之間且離合器108位於電機106和電機110之間。正如以下要進一步詳細介紹的那樣，離合器104和108可以為了實現車輛100不同的工作模式而被致動。
[0035]電池114利用電荷給電機106和110供電。電池114可以通過車載充電(例如利用發動機102和電機106)、再生制動(例如單獨地或者跟電機106相結合地利用電機110)或者通過可選的壁式充電器116獲取電力。壁式充電器116可以從壁式插座獲取電能並且充電器116可以根據用於電網配電的地方標準進行設計。
[0036]驅動軸112向主減速器(final drive) 120輸送以及從主減速器120輸出機械動力，主減速器120隨後將這些動力輸送至在本實施例中是後輪的車輪122A和122B。主減速器120可以包括可選地跟例如來自手動變速箱、自動變速箱、機械或電子式無級變速箱(CVT)或者如在豐田普銳斯汽車內使用的動力分配裝置(PSD)的附加傳動裝置相結合的差速器。另外，應該意識到前輪驅動或全輪驅動的實施例也是可行的實施例並且也在本申請的保護範圍內。其他可行的實施例可以包括:(I)前置發動機/雙電機的前輪驅動結構；(2)前置發動機/單電機或雙電機/可變變速箱(variable transmiss1n)(例如CVT、自動變速箱、手動變速箱、電子變速箱、行星齒輪變速箱等)的結構；以及(3)前置發動機/單電機變速箱和後置電機變速箱的結構。在共同擁有的專利申請號為13/762，860、實用新型名稱為「用於雙電機、雙離合器的混合動力車的動力系統結構」(POWERTRAIN CONFI⑶RAT1NSFOR TWO-MOTOR, TWO-CLUTCH HYBRID ELECTRIC VEHICLES) 」 且跟本申請同日提交的專利申請中公開了若干這樣的實施例(並且通過引用併入本文)。
[0037]在一個實施例中，電機110可以具有比電機106更高的扭矩和/或額定功率。兩臺電機的額定功率可以針對車輛的應用進行調節；但是在一個實施例中，電機106可以是電機110的功率和扭矩的1/2並且PM可以大致為電機106的功率。在另一個實施例中，其中全電動模式可以具有比在ICE運行下更高的性能，那麼ICE和電機106就可以比電機110小得多。這樣的車輛可以在特定的情況下使用，在該情況下，要用有限的充電設施為全電動運行和其他可能的情形提供電能。
[0038]在另一個實施例中，電機106和110都可以為了降低成本/重量而縮小尺寸。在這樣的實施例中，可能需要通過更加頻繁地閉合離合器108來操作兩個電機106和110以使得在車輛發動時有足夠的扭矩可用和/或達到所需的等級(例如30%的等級)。這樣的電機尺寸可以具體地根據預想車輛的尺寸、重量和/或預期功能(例如客運車輛、輕型載重卡車、貨運車輛等)進行設計。在某些實施例中，電機110包括高扭矩電機並且電機106包括低扭矩電機。
[0039]圖2示出了根據圖1的原理和/或設計得到的用於車輛和/或動力系統的一種可行控制系統200的一個實施例。控制器202可以包括硬體、固件和/或軟體的適當組合，用於輸入多種系統信號和輸出多種控制信號以實現車輛100的期望操作。信號可以從傳感器和/或致動器通過本領域已知的CAN總線架構輸入控制器202內。輸入控制器202的可能的信號輸入可以包括:車輛速度、驅動軸轉度、曲軸轉度、電池的充電狀態(SOC)、駕駛員通過加速踏板和制動踏板的致動下達的要求、離合器滑移以及在各種不同的可能情況下跟車輛運行相關的其他可行信號。
[0040]用於控制器202的其他信號也可以包括以下內容:
[0041](I)外部充電器信息，也就是I級、2級以及其他特徵例如充電時間、電網到車輛、車輛到電網、充電歷史等。
[0042](2)電池管理系統信息，例如充電狀態(SOC)、電池組和個體電池的溫度、健康狀態(SOH)、SOC和溫度歷史、瞬時功率容量、故障碼、接觸器狀態、電池電壓和電流等。
[0043](3)發動機控制器數據，例如S0H、燃料的使用、速度、節氣門、溫度、扭矩等。
[0044](4)離合器I的數據，例如開/關、離合器位置、發動機啟動/串聯運行、溫度等。
[0045](5)電動機I (Ml)的數據，例如電動或發電、開/關、轉速、扭矩、溫度、電壓、電流等。
[0046](6)離合器2的數據，例如開/關、位置、壓力、M1+M2電動、發動機+M1+M2並聯、發動機+Ml跟M2串聯運行、溫度等。
[0047](7)用M2電機驅動，包括數據例如開/關、轉速、扭矩、溫度、電壓、電流、單電機驅動、雙電機驅動、串聯運行、並聯運行溫度等。
[0048]其他的系統信號和/或控制信號可以通過各種接口和/或子系統控制器例如發動機控制器102a、離合器致動器104a和108a、電機控制器106a和IlOa以及電池管理系統114a連接至控制器202。應該意識到控制器202可以從其他的傳感器和/或致動器輸入其他的信號及發送控制信號。
[0049]工作模式的實施例
[0050]針對類似於圖1和圖2的車輛/動力系統設計有多種用於HEV和PHEV車輛的可行工作模式，其中包括:
[0051](I)全電動模式(AEM):在該模式下，能量可以由電池提供而不必關注能量來自何處(例如車載或車外)。這種模式可以實現「電量消耗」策略，由此，可能期望在啟動PM之前提供儘量多的「全電動」裡程(例如根據某些合適的量度或狀態)。AEM可以通過一臺電機或者兩臺電機運行(例如利用來自電池組的能量)而實現。
[0052](2)原動機模式I (PMMl):在該模式下，車輛可以基本上由PM提供動力並且電池的電能可以被用於提升性能。這種模式可以實現「電量保持」策略，由此，電能可以在隨後通過PM返回電池以為電池的SOC提供堅實的基礎。這種模式還可以被用於實現臨時的最大速度，此時PM的動力被加至電機。持續的最大速度可以僅用PM來實現。
[0053](3)原動機模式2(PMM2):在該模式下，電機110基本上提供所有的驅動功率(motive power)並且電機106提供電能以通過電機110驅動車輛並且將電池保持在期望的SOC範圍內。這種模式也可以實現「電量保持」策略。
[0054]儘管還有多種能夠在車輛100上實現的可行的中間模式，但圖3A至圖3C僅示出了上面枚舉的三種模式。圖3A示出了 AEM模式。在該模式中，電能在控制器202發送的控制信號作用下從電池114輸送至電機110和/或電機106之一或全部。離合器108可以根據需要打開或閉合。虛線302示出了通過電機110 (或者在某些情況下通過電機110和電機106，其中離合器108根據需要接合)對車輪的驅動以及可能的再生制動。在AEM模式中，離合器104可以不接合，因此發動機102可以保持在停用(OFF)狀態。根據期望的狀態(例如駕駛員的動力和/或扭矩需求)，電機106可以處於啟用(ON)或停用(OFF)的狀態，其中離合器108適當地接合或脫離(如虛線303所示)。
[0055]圖3B示出了 PMMl模式。在該模式中，離合器104和108均接合且發動機102可以被置於啟用(ON)狀態並為車輪提供驅動功率。電機106和/或電機110可以根據由駕駛員要求的功率和/或扭矩、電池的SOC或者由控制器202監測和/或控制的任何其他期望狀態而處於啟用(ON)或停用(OFF)狀態。
[0056]圖3C示出了 PMM2模式。在該模式中，離合器104可以接合，而離合器108可以脫離。在離合器104接合時，發動機102可以處於啟用狀態並驅動電機106作為發電機以為電池提供電能(如虛線310所示)。另外，電機110可以根據由控制器產生的期望狀態而處於啟用狀態並且為車輪提供驅動功率。
[0057]在另一個實施例中，電機106可以在離合器108打開時由發動機102驅動並且直接向電機110提供電能(如虛線313所示)。在無法或不需要將電機106的電能轉化為電池內的化學能時可能期望這樣做。
[0058]在PMM2期間，發動機扭矩和轉速可以被設計為在運行時在理想工作曲線(1L)上運行或完全不在。控制器202 (或任意其他合適的控制器)可以根據一組期望狀態確定在哪一種模式下工作以及何時切換到另一種模式。在一個實施例中，PMM2模式可以在從零到最大AEM速度的任意車輛速度下運行。AEM模式可以根據期望的控制規則在從零速度到某一最小閾值的範圍內使用。AEM中的最大速度可以不如PMMl高。在一個實施例中，PMMl可以在某一閾值速度以上運行並且用於高速公路行駛和獲得最佳的燃料效率。
[0059]用於HEV或PHEV的加速踏板(油門踏板)需要根據車輛速度和電機特性來控制車輛的扭矩或功率。駕駛員期望的扭矩⑴和/或期望的動力⑵可以由電機和PM的特性確定。具體地，恆定的扭矩特性曲線與恆定的動力特性曲線相交的角速度(corner speed)是定義電機的曲線並且可以被加入到PM的扭矩-轉速特性曲線中。
[0060]AEM模式的實施例
[0061]如上所述，期望AEM模式用於低速度、零排放運行，其中基本上所有的驅動功率都來自電力。對於PHEV實施例，這種電能可以從車輛以外(例如從公用或私用電網)獲得或者從車載發電機獲得，例如從液體燃料得到電能。可能希望使用車外電力，原因在於這樣可以更加高效並且以車輛零排放來提供電能。AEM模式可以在圖1的結構中通過僅使用電機110或者通過閉合離合器108並且將電機106和110跟處於打開狀態的離合器104 —起使用而實現。僅使用電機110時，離合器108可以打開或閉合，因為電機106在任何速度下都可以被控制以提供零扭矩或零功率。
[0062]在AEM模式下，在主減速器120包括差速器(但是不是必須具有另一個可變速比變速箱，例如自動變速箱、CVT等)的實施例中，電機106和110均可用於運行。在指定行駛周期內的某些時間點只有電機110可為車輛100提供驅動功率，特別是在低速狀態下，並且可以直到電機110的指定效率為止。但是，如果駕駛員要求更多功率和/或扭矩，或者如果駕駛狀況有這樣的要求，那麼電機106可以跟電機110同時提供驅動功率。在此情況下，可能期望控制器202操作電機106和電機110以比單獨使用任一電機更好的效率來讓電機106和電機110—起工作。
[0063]在一個實施例中，在車輛運行時可能期望讓一臺或兩臺電機都基本上在其各自的1L上運行。在沒有可變速比的變速箱時，那麼用一臺電機就可以在扭矩模式下控制車輛。如果有兩臺並聯的電機，那麼一個實施例可能傾向於可以對在那一瞬間具有最佳效率的電機及時下達特定的扭矩要求。由於兩臺電機位於相同或並聯的軸上，因此這種切換基本上可以通過電子控制立即執行或者略有延遲地執行。
[0064]在從零速度開始的情況下，車輛100可以以AEM模式啟動，或者如果發動機102正在運行，那麼控制器202可以通過滑移離合器同時控制發動機轉速來增加發動機的扭矩。控制器202可以根據駕駛員通過加速踏板下達的要求來選擇初始加速扭矩。對於低加速踏板起點，可以使用電機106，特別是如果電機106被設計為具有比電機110更低的扭矩和/或電源規格時。在此情況下，離合器108應該閉合。由此，可通過電機106或電機110或者電機106加上電機110(例如以高扭矩/高牽引力電動模式)來發動車輛。這樣的高扭矩/高牽引力電動模式也可以在車輛處於某種非零速度並且駕駛員根據需要發出需要附加的動力和/或扭矩的指令時使用。
[0065]圖4A示出了一個小電機(如虛線406所示)和一個大電機(如實線408所示)的扭矩-轉速特性曲線的一種可行映射400。另外，它們用於示例性車輛的相應包絡曲線分別示為包絡曲線404和402給出。
[0066]利用這種映射，車輛的相對效率可以通過要求的瞬時功率以及由電機1(106)和電機2(110)提供的瞬時功率來確定。例如，在圖4A中，如果扭矩或功率需求為點410所指示的那樣，那麼使用電機I或2可以得到基本相同的效率。因此在該點可以使用任一電機。但是如果在那時工作點410表現為扭矩和/或功率較高，那麼應該優選使用電機2(110)。如果點410的扭矩較低，那麼應該優選使用電機1(106)。差異可以隨著要求的功率或扭矩變低而變得明顯。
[0067]這一點也可以在圖4A中進一步示出。假設點A是通過加速踏板要求的期望工作點，那麼如果加速踏板被進一步下壓以要求點B處的扭矩和功率，則隨後即可使用電機1，原因是電機I在該點表現得更加高效。如果加速踏板被進一步下壓到功率點C，那麼就可以使用電機2，此時電機I設定為零扭矩，原因是這種配置在該點表現得更加高效。應該意識到在某些工作點，為了更好的效率，使用來自電機I (Ml)和電機2(M2)的驅動功率的某種組合例如(a*Ml) + (b*M2)可能更加高效，其中a和b由Ml和M2的對應效率確定。最後，如果加速踏板收回到由電機圖上的點D表示的功率，那麼就僅使用電機M1，原因是這樣表現得更加高效。
[0068]應該意識到圖4A所示的電機效率信息可以通過電機的規格、測試等確定。這些信息可以用各種形式提供給控制器-例如放到查詢表(LUT)內或者可以通過建模和計算確定。在任意的實施例中，電機效率數據都可以提供給控制器以根據所需的任何性能量度做出這樣的切換決策。
[0069]在主減速器包括可變速比變速箱(例如機械CVT、電子CVT、自動變速箱、手動變速箱、行星齒輪組等)的實施例中，電機I1就可以由控制器202(或系統內任何其他合適的控制器)控制以在其工作中基本所有點上都在其1L上運行。在這樣的設有某種可變速比變速箱的車輛中，車輛的控制可以如美國專利(1)5842534、(2)6054844、(3)6116363、
(4)6809429、(5)6847189、(6)6931850、(7)7217205、(8)7261672、(9)7713166 中所述，因此通過全文引用將所有這些專利文獻併入。
[0070]圖4B給出了用於操作例如圖2所示的雙電機驅動車的控制算法/流程圖的一個可行實施例。應該意識到這種控制算法可以適用於裝有至少兩臺電機也就是未裝ICE/氣體發動機的純電動車。
[0071]控制算法450可以通過確定Ml和M2的最大扭矩限制並且可能還有性能包絡曲線和效率島而開始於452。該信息可以是圖4A中映射的編碼並且存儲在可供設置在例如圖2中所示的動力系統中的一個或多個控制器/處理器訪問的電子存儲器內。如前所述，這些控制器中的每一個都有可訪問的電子存儲器並且這些信息可以用多種格式存儲，包括查詢表(LUT)或者通過將電機性能包絡曲線和/或效率島編碼的建模和計算確定。
[0072]控制算法另外還可以根據多種傳感器的輸入例如當前的電機轉速、不同位置的溫度讀數(譬如外界空氣溫度，M1、M2、發動機、電池或者跟電機/車輛效率有關的其他位置的工作溫度)、電壓、電流等來調節該信息。
[0073]在454，控制算法可以從任何來源例如加速踏板、制動踏板接收來自駕駛員的扭矩需求，從電子來源等接收其他的扭矩需求。這些扭矩需求信號被輸入處理模塊454內並且所述模塊可以確定能夠滿足給定扭矩需求的Ml和M2的可允許扭矩組合/配置的空間。
[0074]模塊456可以隨後找出具有最高效率(或者滿足用於車輛運行的某種其他期望量度)的Ml和M2的最佳扭矩組合。這一點可以通過遍歷可允許組合的空間並執行某種最小值/最大值的計算例如遍歷圖4A中可見的效率映射和梯度來實現。一旦確定找到滿足扭矩需求的Ml和M2的最佳組合，Ml和M2的扭矩需求信號即可被發送至相關控制器以實現這些相應的扭矩需求。
[0075]PMM並聯模式的實施例
[0076]在PMM並聯操作中(如圖3B所示)，離合器104和離合器108均閉合，並且發動機和兩臺電機可以全都直接連接至主減速器和車輪。在一個實施例中，發動機102可以通過控制器202控制在其1L上，正如以上所述在PMM串聯模式中也可以如此控制。
[0077]為了維持電池，電機/發電機106可以被用於在下一個時間增量例如60秒內加入所需的增量功率以保持電池的SOC，同時電機110可以被用於補充發動機102的功率以提供加速和動力。在一個實施例中，由於發動機102可以直接連接至驅動車輪的主減速器齒輪組，因此在達到最小閾值速度之前可能不希望實現該PMM並聯模式。這樣的閾值速度可以設定為考慮到燃料經濟性和性能以及驅動系統平滑性之後的折衷。在一個實施例中，根據車輛及其規格，用於該模式的閾值速度可以設定在約30公裡/小時。
[0078]在行駛周期的很多部分當中，由於發動機102是直接驅動車輪，因此該模式可以比PMM串聯模式更加機械高效。但是，在發動機和主減速器之間沒有變速箱的實施例中，可能需要對發動機102調速以保持期望的驅動扭矩或功率，由此可以使用更多燃料以生成所需動力來驅動車輛並維持電池。在這樣的情況下，PMM串聯模式和PMM並聯模式之間可能有燃料效率上的差異。控制器202可以通過連續監測兩種模式來確定這種差異。略微調速發動機102跟向電池內送入能量並隨後取回能量相比也可能更加高效。
[0079]在一個實施例中，可能需要根據一段時間(例如前60秒)內最高效的工作狀態來設定從串聯模式切換到並聯模式或相反的策略。如果控制器202確定前60秒通過另一種模式可以使用較少的燃料，那麼控制器202就可以在下一個60秒切換模式。為了避免過於頻繁地在各個模式間變換，可以增加可選的延時。
[0080]PMM串聯模式的實施例
[0081]在PMM串聯操作中(如圖3C所示)，離合器108處於打開狀態，並且電機106可以用作發電機以產生用於電機的電力並將電池維持在期望的範圍內。因此，離合器108可以在打開狀態下很少使用。這種策略可以允許較少地使用離合器分離軸承。另外，這樣可以傾向於按需要延長壽命以滿足車輛的耐用性要求。
[0082]如果電池已經通過驅動車輛消耗至其最小SOC並且車輛處於低速(例如在50公裡/小時以下)，那就可能會出現這種狀態。在此情況下，離合器108可以打開並且車輛可以被置入串聯工作模式或PMM2模式，其中來自PM和發電機Ml的功率可以被用於給電池充電以及驅動車輛。功率的劃分可以取決於由PM要求的扭矩和充電策略。還可能需要另外的功率以用於配件負載等。PM可以在其1L上運行以用於在那時生成所需的總功率。再充電策略可以取決於設定到控制器202的程序內的用於再充電的控制策略。通常，一種可行的策略可以是可能根據驅動方式的要求在速度最慢時再充電到SOC的上限。在PMM2或串聯模式下，車輛速度可以為零到由電機110保持的最大值。在一個實施例中，電機110可以基本上像在AEM模式中那樣進行控制。PM(例如發動機102)可以如圖3C所示沿其1L並且在控制器的指令下運行以(例如通過閉合離合器104)提供駕駛員要求的功率以及提供維持電池的動力源。
[0083]在另一個實施例中，控制器可以控制發動機102和電機106以用合適的功率給電池充電，以在當前的行駛周期內保持電池內的期望S0C。因此，例如由駕駛員/車輛要求的功率在特定的瞬間時刻可以是50kW，那麼IC發動機和發電機可以被設定為生成50kW再加上在根據先驗已知的行駛周期測量值預定的時間段內維持電池所需的附加功率增量。
[0084]繼續本示例，該時間段可以確定為例如最小1kW以在60秒內將電池充電至高SOCo相應地發動機102和電機/發電機106可以設定在60kW，直至電池達到預定的高SOC為止。但是，如果該閾值在期望的時間段內並未達到，那麼在下一個60秒內維持SOC所需的增量功率可以根據偏差值而增加預期(例如成比例)的量。用這種方式即自動保持S0C，而與駕駛員如何動作以及地形或行駛周期怎樣要求無關。
[0085]在另一個實施例中，如果駕駛員要求被控制器202確定為不合理(例如，正如通過控制器從踏板檢測傳感器可以檢測到的那樣，如果駕駛員用力踩加速踏板和用力踩制動踏板並且可能具有高循環頻率)，那麼可以向駕駛員發出指示信號以告知消耗了比合理預期更多的燃料。該指示信號可以是柱狀圖或其他比例視覺指示信號的形式，表示駕駛員沒有預見到交通情況並且在浪費能源。在另一個實施例中，控制器202可以動態地改變加速踏板的設定以限制瞬間要求的加速速率和功率。這可以被用作車輛所用的經濟模式，並且這種經濟模式可以由駕駛員選擇以有助於節約燃料。還可以顯示出每公裡的燃料消耗差異以使駕駛員能夠通過這樣的選擇實時看到燃料消耗的差異。
[0086]另外的動態工作模式選擇/控制
[0087]如上所述，AEM是一種用於裝有兩臺或多臺電機驅動器的純EV或例如圖1和圖2所示的插電式混合動力車(PHEV)的可行工作模式。對於PHEV，可行的工作模式數量應該會由於有機會使用氣體發動機或其他的ICE提供驅動功率而增加。圖5A和圖5B是如本文所述各種車輛的可允許工作模式空間的兩個實施例。圖5A示出了充電狀態(SOC)與車速坐標網格500上的工作模式空間。正如可以看到的那樣，如果基本上SOC足夠高，那麼車輛就傾向於更多地使用存儲在電池內的電能(而不是其他的動力、氣體發動機等)。
[0088]這可以用坐標網格500左側的示範性柱狀圖示出。正如可以看到的那樣，如果系統指示SOC為高(也就是大於或等於「soc_高」閾值)，那麼系統就可以傾向於在「電量消耗」模式下工作。在該模式中，系統可以優先以AEM 502運行(但是可以針對本文所述的不同情況以串聯、並聯或某種其他的工作模式運行)。可選地，如果系統指示SOC為低(也就是小於「S0C_高」閾值)，那麼系統就可以傾向於在「電量保持」模式下工作。在該模式中，系統可以優先以並聯混合動力模式504、串聯混合動力模式506或某種組合模式運行(但是可以針對不同情況以AEM運行有限的時間段)。
[0089]應該意識到對於優先以電量消耗工作模式運行的車輛，SOC基本上大於或等於作為第一閾值的該soc_高閾值。另外，對於優先以電量保持工作模式運行的車輛，SOC可以小於或等於作為第二閾值的30(:_高閾值。所述第一閾值和第二閾值可以是基本相同的閾值(也就是soc_高)。但是，在另一些實施例中，所述第一閾值和第二閾值可以是不同的SOC值。從減少在車輛所用工作模式之間切換的角度看可能需要這樣做。在另一些實施例中，第一閾值和第二閾值可以跟車速或其他的車輛狀態(例如電池的健康狀態、駕駛員要求等)以及電池的SOC函數地相關。
[0090]另外，可以看到在SOC充分低的某個點，系統可以在AEM 502和並聯混合動力模式504之間切換。在更低的SOC點，系統可以在串聯混合動力模式506和並聯混合動力模式504之間動態切換。如圖5A所示，切換可以根據車速並且還可以根據SOC來進行。其他的切換條件也是可行的。例如，切換模式也可以取決於駕駛員的扭矩要求、交通模式、電池的健康狀態、驅動軸的速度等。
[0091]圖5B是可供用於適當車輛的工作模式可行空間(550)的另一個實施例。正如可以看到的那樣，空間550可以在低速/充分高的SOC下以AEM和串聯模式552的組合運行。在較高的速度下，系統可以切換到串聯和並聯模式554的組合。在足夠高的速度下，系統可以優先以並聯模式556運行。
[0092]正如還能看到的那樣，可以有確定「最小S0C」區域558的包絡曲線560，在該線以下系統可以用發動機啟用且系統試圖向電池中回加能量的模式運行。這可以限制由系統控制器進行的各模式之間的切換量。在最小SOC線以上，可以有在「電量保持」區域和「電量消耗」模式之間加以區分的另一條包絡曲線562。在電量保持區域，系統可以傾向於選擇增加和/或保存電池內能量的模式。在電量消耗模式中，系統可以傾向於選擇跟車載液體燃料相比優先使用電池內能量的模式。
[0093]還可以看到系統能夠可選地隨著速度增加而向上提高包絡曲線。因此，在較高的速度下，系統可以動態地調節包絡曲線以傾向於在更高的SOC級別進行模式切換。這可以被用於補償在較高車速下較快的能量使用速率。
[0094]—個實施例
[0095]圖6是實現在所公開的工作模式之間動態切換的一個可行的流程圖實施例。應該意識到還有其他可行的例如用於前面圖5A和5B的控制算法實施方式，並且本申請涵蓋了所有這些適用的控制算法。
[0096]在602，系統和/或控制器可以如前所述讀取來自傳感器等的包括S0C、S0H、車速、發動機溫度在內的所有系統輸入。在604，控制器可以就SOC是否處於足夠高的等級(例如50050(:_高)做出判定。如果答案為是，那麼系統/控制器可以選擇AEM 614(或者如果需要的話可以選擇高牽引力電動模式)。如果答案為否，那麼可以在606就發動機是否具有足夠高的溫度做出判定。如果答案為是，那麼系統/控制器可以選擇串聯混合動力模式616。如果答案為否，那麼可以就SOC是否高於最小50(:(50050(:_低)做出判定，並且還可以臨時性地以PMM2或串聯模式來運行車輛以將發動機暖機至其工作範圍。如果答案為是，那麼可以在612就車速是否高於某一閾值做出判定。如果答案為是，那麼系統/控制器可以在618選擇AEM。如果答案為否，那麼系統/控制器可以選擇並聯混合動力模式620。
[0097]如果在608的判定表明SOC並未大於或等於閾值的等級，那麼可以在610進行另一種判定以確定車速是否高於某一閾值。如果答案為是，那麼系統/控制器可以選擇並聯混合動力模式622。如果答案為否，那麼系統/控制器可以選擇串聯混合動力模式624。
[0098]應該意識到用於各種狀態(例如S0C、車速)的閾值自身可以根據車輛的狀態變化而改變。
[0099]動態操作/模式轉換
[0100]圖7和圖8示出了如本文所述控制算法中動態操作的兩個示例。圖7用兩張圖示出了一種示範性的行駛周期。上面的圖示出了電機1、電機2和發動機在一個時間片段上的轉速。下面的圖示出了相同時間片段上(跟驅動軸的RPM相關聯)的車速。上面的圖示出了一個控制算法實施例如何根據行駛周期來匹配和切換車輛的工作模式。
[0101]在702，在從零到約440秒的時間片段期間，可以看到控制器為車輛選擇了並聯模式。在這段時間期間，電機1、電機2和發動機的轉速是匹配的，原因是他們都在同一根驅動軸上運行，此時兩個離合器都閉合。在點704，系統/控制器檢測到用戶命令車輛停車。但是，考慮到SOC或其他適當的狀態，可能需要系統/控制器在440秒到480秒的時間之間切換到串聯模式。
[0102]此時，發動機和電機I可以跟電機2分離。因此，發動機和電機I可以繼續沿曲線708運行以生成要送回到電池的電能。與此同時，電機2可以繼續沿曲線706運行以使車輛停車或靠慣性滑行。大約在470秒的時間，可以看到用戶命令車輛加速，並且電機2響應以使車輛提速。PM(例如發動機102)和電機I可以沿其1L運行以為電機2提供動力以及提供用於維持電池的附加動力。
[0103]在點710，可以看到需要讓系統/控制器在480秒左右切換到並聯模式。在此情況下，需要接合離合器108以使發動機和電機I跟驅動軸的其餘部分接合從而直接向車輪提供動力。此時需要讓驅動軸脫離電機I的速度基本上跟驅動軸在電機2處的啟動速度相匹配。因此，例如為了平滑轉換，發動機和電機I的轉速減慢到基本匹配的程度並且離合器108閉合。對於圖7中的其餘部分，可以看到系統/控制器以類似的方式操作和切換車輛的工作模式。
[0104]圖8是類似於圖7的示範性行駛周期圖。在圖8中，系統/控制器主要在AEM(EV)模式和並聯模式之間切換。正如在802可以看到的那樣，車輛以並聯模式運行並且電機1、電機2和發動機的轉速是匹配的，原因是他們都接合在主驅動軸上。在點804，系統/控制器大約在1277秒從並聯模式切換到AEM模式。正如可以看到的那樣，離合器108打開並且發動機和電機I變為零速度(也就是停機)。在此過程中，電機I可以是主動扭矩或轉速控制以降低發動機停機的振動。
[0105]車輛可以由電機2驅動，並且大約在1290到1296秒，系統/控制器檢測狀態(例如由用戶要求的扭矩)以確保切換到並聯模式。在點808，可以看到發動機由電機I啟動，此時離合器104閉合且離合器108打開。此時，(由於電機I已從驅動軸脫離，因此)可以控制發動機和電機I此時的轉速以跟電機2(或驅動軸)的轉速匹配。在轉速同步時，離合器108閉合併且發動機可供用於向驅動軸提供扭矩，其中對驅動軸基本上沒有或者只有很少的扭矩幹擾。
[0106]另一個實施例
[0107]為了控制如圖7和圖8所示的模式轉換，控制器可以擁有用於確定模式動作和轉換的算法。在圖9所示的一個實施例中，控制器可以具有定義混合動力系統「永久狀態(或模式)」例如全電動模式904、串聯混合動力模式906、並聯混合動力模式908和故障模式910的狀態機器。動力系統通常以這些永久模式中的一種運行，直至檢測到和/或滿足模式轉換觸發條件為止。從源模式到目標模式的轉換觸發條件可以根據例如圖5A，5B或圖6中的高級策略進行設計。在實現目標永久模式之前，動力系統轉入過渡模式例如AEM-PMM2過渡模式912、PMM1-PMM2過渡模式914和AEM-PMMl過渡模式916。過渡模式是一種臨時性模式，在臨時性模式中，動力系統可以被控制或設置用於支持過渡到目標模式的操作。只能在完成了基於故障和診斷的校驗之後並且新的動力系統模式請求得到滿足之後才允許轉換。例如，圖7中的點704和點710對應於並聯-串聯(PMM1-PMM2)過渡模式1014。圖8中的點804和點808對應於圖9中的全電動-並聯(AEM-PMMl)過渡模式916。
[0108]容錯策略
[0109]在每一種動力系統的模式中都可以實現故障算法，實施用於在車輛以該模式運行時檢測是否發生了故障。圖9是實現容錯處理的控制算法/狀態圖的一個實施例。在檢測到系統故障時，動力系統就轉換到故障模式910以用安全的方式繼續運行車輛。故障模式可以迫使動力系統以降低的等級工作例如減小電機扭矩。在某些情況下，如果故障嚴重性較高並且不允許車輛行駛，那故障模式可以迫使動力系統完全停止工作。在故障狀態解除後，可允許動力系統轉換回到適當的永久模式(904，906和908)。一種可行的容錯設計是如果系統在過渡模式(912，914或916)運行並且進入目標模式前的過渡時間由於部件老化而超過預定的閾值，那麼系統狀態就轉移至故障模式910。系統可以根據故障的嚴重性而保持在故障模式或者轉換回到源模式。
[0110]應該意識到也可以存在其他使系統呈現為故障模式處理的情況。以下是另一些這樣的情況/故障的示例:
[0111]故障示例1:如果電機溫度傳感器反饋不正常(例如超出範圍的故障)，那系統就可以進入故障模式操作910。在該模式中，電機扭矩可以明顯減小並且可以向駕駛員發出警報。
[0112]故障示例2:在串聯模式(PMM2) 906中，如果系統檢測到電機I (例如由於電機I故障或發動機故障而)未在發電，那就可以終止串聯模式並且可以進入故障模式。故障模式可以關閉發動機並僅通過電機2電驅動來運行車輛。如果故障狀態得到解除，那就可以允許系統恢復全電動模式904來正常運行。
[0113]故障示例3:如果(例如由於傳感器故障而)無法從傳感器確認離合器位置，那麼系統可以進入故障模式910。在故障模式中只能使用電機2來驅動車輛。不允許任何的離合器致動。
[0114]高級電池管理實施例
[0115]在本申請的另一種應用中，可能需要加入適當的電池管理以提高電池的壽命和性能。儘管由電池生產商提供的大多數電池通常都包括電池管理系統(BMS) 119A，但是這些BMS並不能充分和/或最優地管理用於HEV/PHEV的車用電池。因此，典型的BMS可以向較高等級的控制器(例如控制器202)提供信息並且依靠該控制器來進一步控制次級因素例如高效使用電能和維護正確的電池使用。這樣的附加控制系統-電池監測和維護系統(BMMS)可以由圖1所示的控制器202實現。
[0116]在根據本申請的原理實現的一個BMMS實施例中，當使電池組放電以生成車輛和駕駛員要求的動力時，為了促進電池的健康使用以延長電池壽命，可能期望在以AEM或PMM(例如PMMl和/或PMM2)模式驅動車輛時提供動力從而最大化電能的使用。如果電池系統對可用的功率和/或電流有限制(正如考慮電池SOC的BMMS可以確定的那樣)，那麼可以通過BMMS (和/或控制器202)來考慮溫度和溫度分布、電池年限以及其他參數。BMMS和/或控制器202可以限制功率和/或電流性能以使電池免受突發的不利衝擊。這樣的不利衝擊例如可以在車輛啟動時出現。在此情況下，控制器202可以主動控制電池的電流輸出並由此控制電機輸出。在本實施例中，這樣就可以實現與如果沒有施加這樣的限制而達到的性能相比降低的性能。但是，這種性能限制可以在以AEM或PMM模式驅動的車輛中轉化為更長的電池壽命和更大的電力範圍。
[0117]已知所有的電池都有內阻，電池組內的內阻損失會導致電池組發熱。但是這種損失正比於I2XR,其中I是電池的電流並且R是電池的瞬間內阻。這種電池內阻傾向於根據電池類型、S0C、溫度、使用年限等變化。因此，在一個實施例中，BMMS可以根據電池的健康狀態(SOH)、充電狀態(SOC)、溫度和其他因素來調節電池組的放電，正如可能為了影響電池組的壽命所需要做到的那樣。
[0118]另外，在通過車輛的主PM(例如發動機102、燃料電池)或其他發電設備或再生制動期間車輛的動能給車內的電池再充電時，BMMS和/或控制器202可以確定要滿足維持傳動系統能量需求所需功率的最大電流並且用足以補充由指定駕駛事件消耗的電量的最小的電流給電池組充電。這樣的駕駛事件可以在指定的時間段例如在過去的「X」秒內發生，其中X可以是駕駛事件例如擁擠的城市道路或山路行駛的函數。這種再充電的電流限制也可以通過駕駛員的駕駛特性以及車輛的環境條件例如交通狀況、環境溫度等來確定。
[0119]在一個實施例中，控制程序可以集成到BMMS控制器內。圖10是高級電池管理控制策略的一個實施例。圖10示出了 SOC與車速的坐標網格並且其中示出了導致瞬時放電的示範性行駛周期和速度曲線1006。平均放電和速度曲線1008由曲線1006得出並且繪製在其旁邊。
[0120]其該行駛周期被管理和/或控制在兩個SOC值也就是最大SOC截止包絡曲線1002和最小SOC截止包絡曲線1004之間。僅僅是為了說明，曲線1002和1004被圖示為直線，但是應該理解其他的包絡曲線也是可行的。圖10示出了在給電池放電時(也就是在從充電上限狀態轉向充電下限狀態線時)平均車速較低並且在給電池充電時車速較高。並非總是這樣的情況，但是可以用於區分從電池獲取能量以及將能量充回到電池內。這些狀態例如可以約為同樣的速度。速度的劃分是為了闡明概念。軌跡線示出了隨著電池的充電和放電以及車速的變化。綠線是放電或充電的平均軌跡。應該注意到放電軌跡在時間上可以比充電短，原因是可能需要儘可能慢地充電以顯著提高充電效率以及減少電池發熱和增強電池的健康。充電時間可以通過BMMS最大化。圖10進一步示出了閾值可以是車速的函數，原因在於驅動車輛所需的能量就是車速的函數。
[0121]SOC上限閾值1002和SOC下限閾值1004可以是直線或曲線，它們可以是車速和其他參數的函數。目前，混合動力車傾向於獨立於速度地保持電池的高SOC和低S0C。在一個實施例中，BMMS實現這些閾值之間的曲線或其他的依賴關係。在另一個實施例中，BMMS可以實現⑴高SOC閾值和車速之間以及⑵低SOC閾值和車速間的不同關係之間的曲線或其他的依賴關係。這些關係可以通過車輛和電池組的需求確定。曲線針對車輛的行程和電池規格的組合可以有所不同並且還可以取決於應用以及可能的駕駛員指令。
[0122]基於駕駛員特徵的實施例
[0123]駕駛員需求可以通過駕駛員對加速踏板和制動踏板的動作來估量。期望的是採集這些信息以反饋到BMMS內。在一個實施例中，這可以通過測量平均的加速和制動踏板動作以及這些踏板位置的第二力矩以判斷動作的偏移和頻率來完成。該數據可以被用於確定駕駛員的進取性。由於驅動特定車速曲線所需的能量傾向於跟駕駛員的動作成正比，因此該統計信息可以被用於判斷每一段指定車輛行駛距離的能量消耗或車輛的能效。
[0124]這些信息可以跟「標準」或可控的測試條件相比較，並且在一個實施例中可以向駕駛員顯示具有時間歷史記錄的指示內容以提供關於更加合適的駕駛方式的駕駛員反饋。可行的改進指示可以提供給駕駛員以鼓勵他最小化加速和制動踏板的變化，由此減少電力消耗並提高電力行程和車輛效率。
[0125]另外，這些信息可以被用於設定變化範圍以及電池組平均的充電狀態(SOC)。在一個實施例中，加速踏板和制動踏板使用得越激烈和越頻繁，最小SOC閾值就可以設定得越高，目的是為了避免電池SOC在行駛期間變得過低。這樣做是因為需要滿足道路或其他超載狀態的要求以允許電池SOC暫時減小到下限邊界以外。在一個這樣的示例中，如果加速踏板被踩到極限超過第一時間段(例如5秒等)，例如意味著駕駛員在該時間段持續要求高功率並且因此可能需要認真操作以要求車輛的全功率，那就可以允許跨越下限邊界。超過該第一時間段，功率可以通過並不危及安全但是保護電池的降級策略減小，正如將要參照本文中的圖11所討論的那樣。
[0126]在另一個實施例中，BMMS還可以被用於在從AEM模式(例如電量消耗)改變為串聯或並聯PMM(例如電量保持)或相反時通知系統。由於平均車速可以是隨著時間流逝所用能量的決定性因素，因此該信息結合加速踏板要求就可以確定所用的功率。在一個實施例中，可以使用速度以及加速踏板和制動踏板要求作為輸入，能夠將其用於確定在特定時間段內所需的功率和所需的能量，前提是假設未來的動作在道路負荷和駕駛員行為方面具有相同的統計特徵。
[0127]通過這些信息就可以預測或估計未來的時間段(例如下一個十(10)秒等)可能是什麼情況。一種策略可以是使用跟前十(10)秒或任意合適的時間段相同的最大功率和能量。應該意識到也可以使用其他的策略。例如，預測時間和數據收集時間無需相同。一旦確定了充電電流的預測值，隨即就可以確定發動機和發電機的功率水平。如果該電流水平對於(通過電池的溫度、充電狀態、健康狀態等確定的)電池當前狀態來說過高，那麼就可以通過車輛控制器來限制車輛的性能。在純EV的情況下，僅通過電池組驅動的所有車輛都可以在某種情況下具有受限的性能。BMMS可以提前限制性能以保護電池並且為僅用電池提供最長的預期行程。
[0128]—個實施例
[0129]圖11示出了根據本申請的原理得到的動態BMMS控制策略的一個實施例。
[0130]圖11是車速和SOC的映射關係。正如可以看到的那樣，BMMS模塊可以在用於高SOC或低SOC閾值的若干條曲線中進行動態選擇。在一個實施例中，BMMS可以根據電池需求而不是車速需求來設定這樣的充電和放電限制。駕駛員可能無法辨別這些差異，但是電池能夠得到更好的保護。
[0131]在圖11的這一圖的底部可以有可選的適當的充足最小允許S0C，低於該值則BMMS不允許電池耗盡。如果在BMMS內包括有該值，那麼可以通過多種因素例如電池規格、質保因素等來加以確定。其他可以實現的曲線有:用於電量保持的高SOC閾值(1108)、用於加速和/或制動動作大幅變化的低SOC (1106)、用於平均加速和/或制動動作的低SOC (1104)以及用於加速和/或制動動作小幅變化的低S0C(1102)。如上所述，這些曲線可以根據駕駛員的加速和/或制動動作以及任何可識別的相關統計信息(例如1110)來進行選擇。
[0132]BMMS可以確定AEM模式中的低速行進可以消耗電池到最小SOC邊界，並且隨後動力系統系統應該切換至PMM或者串聯或並聯模式。為了確定用於指定車速、駕駛員動作的適當S0C，可以測量和/或計算速度的平均和標準分布。在一個實施例中，可以根據這些數據將低SOC設定的儘量小。例如，如果平均車速低於某一速度(例如30公裡/小時)並且速度變化也較小，那麼SOC可以設定為由電池耐用性以及計劃的車輛瞬時功率和能量考量所允許的這一最小值。但是如果速度變化過快表明緊急停車和開始通行的情況，那麼低SOC邊界應該設定為較高的值以允許在較長的時間段內使用更高的功率。這種情況例如可能在交通流量大的道路行駛中出現。
[0133]當車輛處於電量保持或者串聯或並聯模式中的PMM狀態時，充電速率可以設定為通過上述的車輛狀態和電池特性確定的最小值。如上所述，該充電速率可以取決於車輛動作和駕駛員動作。統計信息可以被用於確定用於電池組的充電速率以及平均SOC和ASOC。可能需要根據車速設定最大SOC線和最小SOC線以及額定SOC或中間S0C。然後根據行駛統計信息，高SOC線和低SOC線即可通過統計信息被修改得更窄。這種縮窄可以導致更好地維護電池和在較短的行程內激勵電池以由此延長壽命。
[0134]—個示例
[0135]圖12將一個示範性行駛周期以及電池的SOC控制作為車速和時間的函數示出。圖12有助於介紹BMMS控制和模式切換。在此示出的車輛模式是AEM(或電量消耗)，其中電池可以通過制動車輛而重新發電。圖12還示出了串聯或並聯的PMM電量保持模式。
[0136]正如可以看到的那樣，BMMS可以可選地設定被示出用於避免電池損壞或保護保修義務的最小SOC底面(1202)。
[0137]圖12示出了電池充電狀態S0C、車速和時間的圖。曲線1208示出了這一示範性行駛周期。曲線1208從停止點(車速=O)並且以高SOC開始。由於車輛以AEM模式行駛，因此電池被示出為正在消耗。車輛沿AEM模式中的黑線行駛，直至電池SOC達到A點的高SOC平面(1206)為止。此時，車輛可以保持在AEM模式或者變為PMM模式，但是電池可以繼續消耗至B點的低SOC平面(1204) ο
[0138]在B點，車輛可以切換至PMM並且電池可以進行充電，直至SOC在C點再次達到高SOC平面為止。電池可以再次消耗同時以PMM模式或AEM模式進行驅動。在車輛處於山路或連續高負載狀態(例如拉動拖車)的情況下，SOC就可能會降至低SOC平面以下。這可能是為了保持性能或出於安全原因所需要的。但是對於這種高性能要求，電池可以繼續放電直至達到最小SOC平面(1202)為止，電池不允許降至該平面以下。
[0139]在一個實施例中，車輛控制器可以隨後警告駕駛員他不能再繼續以這種性能等級駕駛並且開始限制性能以保護電池。隨著功率可能減小車輛可以減速以保護電池。功率的減小可以在達到SOC底面之前開始，以通過將可用功率逐漸減小某一數值例如每10秒減小約5%來警告駕駛員正在接近底面。
[0140]圖12還有助於示出高S0C、低SOC和底面這三個平面之間的關係。在一種應用中，BMMS策略可以用於實現最小的燃料消耗，並且在一個實施例中，發動機可以減至最小尺寸以保持恆速在平路上行進。電池可以不必考慮道路或道路負荷的微小變化，直至達到底面為止，並且可以減小車輛的輸出功率和車輛的動力性能。如果有變速箱的話，車輛的扭矩性能就可以通過變速箱切換至更高的減速檔位或更低的齒輪而被保持。
[0141]在另一個實施例中，「混合動力度」或發動機與電機/電池組的相對尺寸可以確定潛在的最小SOC和△ S0C。例如，如果發動機被最小化而車輛的平均功率要求高且變化幅度大，那麼最小SOC就應該設定得比較高，原因是電池和電機可能需要頻繁地從發動機補充動力不足。如果發動機或原動機較大，那麼SOC可以設定得比較低以用於更長的全電動行程(AER)，但是車輛在電量保持模式下的高速公路燃料經濟性可能會由於發動機較大而變得較低並且因此發動機的運行效率也較低。
[0142]在一個實施例中，車輛可以被設計為使得在發動機運行時，發動機應該足夠大以在平路或接近平整的道路上帶動設定的滿負荷。在出現連續高負載的可能性例如山路行駛或帶動拖車時，平均SOC和Δ SOC也應該比較大或者動態地增加。原動機功率必須足夠大以滿足所需速度下的負載以及用於長時間或穩定狀態的特定負載和坡度工況。發動機可以進一步減小，但是相應地針對特定的負載可能就無法長時間保持速度。因此必須在混合動力度和在平路或最小坡度的路上保持速度的能力之間進行折衷。
[0143]例如，車輛的最高速度可以通過原動機和電機的功率以及電池功率之和來確定。但是這一速度能夠保持多長時間可以通過電池組的規格來確定。在電池組消耗至由車輛控制器的電池程序確定的最小SOC之後，速度就要逐漸減小至能夠由發動機單獨維持的速度。因此混合動力度就會受限於所保持的車輛速度。
[0144]混合動力度也可以被用於確定電池規格和電機尺寸。但是最小成本可以通過最小的電池尺寸和功率來確定。最優的電池容量(千瓦時)和功率(千瓦)可以被確定用於滿足性能要求和成本目標。作為行駛預期、燃料經濟性預期和加速性能規格函數的優化算法可以被確定用於最小化車輛成本和石油能耗。跟混合動力度無關地在標準車輛上節約40%燃料的退稅額可以是能夠確定所需發動機尺寸的總體規則。
[0145]上述車輛控制策略可以實現以最大化車輛的混合動力度D0H，而且還能保護電池避免進入其壽命和性能可能受影響而低於電池生產商預期的區域。
[0146]一般而言，PHEV可以用於取代化石燃料並且用於實現可再生能量的利用。以後還可能需要使用更大的能夠有更長AEM行程的電池組。因此，利用來自本地太陽和風的可再生能源的利用可以集成到高DOH車內。
[0147]這種概念可以允許高DOH車取代大部分化石燃料同時仍能通過電池組保持性能。該性能可能無法保持太長時間，但是時長仍足以滿足用戶超過90%的駕駛需求。性能下降至低SOC平面以下並且達到性能可能削減的最底層的少數情況應該基於車輛的規格儘量少。如果達到底層的頻率頻繁並且駕駛員和擁有者需要更多性能，那麼PHEV可以為此而裝備更大的發動機。對於PHEV生產商來說，可以提供多種車輛的變型，例如具有3種或更多種發動機尺寸。還可能需要對同一輛車提供3種或更多種的DOH配置。應該注意到電池管理可以將DOH跟架構一起考慮，原因是它們都能影響到BMMS的穩健性。
[0148]以上介紹的內容包括本主題實用新型的多個示例。為了介紹要求保護的主題內容而介紹部件的每一種可能組合當然是不可能的，但是本領域技術人員應該意識到本主題實用新型中很多進一步的排列組合都是可行的。因此，應該認定要求保護的主題內容包含所有這些落入所附權利要求實質和保護範圍內的可選方案、修改和變形。
[0149]具體地並且關於通過上述部件、設備、電路、系統等實現的各種功能，除非另有說明，否則用於介紹這些部件的術語(包括對「手段」的引用)應該理解為對應於執行所述部件具體功能(例如功能等價)的任何部件，即使結構上跟公開的結構並不等同，只要執行了要求保護的主題內容的示範性應用在本文中所示的功能即可。在這方面，還應該意識到本實用新型包括一種系統以及具有計算機可執行指令的計算機可讀取介質，用於執行要求保護的主題內容中各種動作和/或事件。
[0150]另外，儘管可能已經參照若干種實施方式中的僅僅一種公開了本主題實用新型的某一特定特徵，但是這樣的特徵也可以針對任何指定或特定的應用根據需要和有利地跟另一些實施方式中的一種或多種其他的特徵相結合。而且，就【具體實施方式】或權利要求中使用的術語「包含」和「內含」及其變形來說，這些術語應理解為以類似於術語「包括」的方式而包含在內。
【權利要求】
1.一種用於控制混合動力車(HEV)所用動力系統的系統，所述動力系統包括:原動機；電機-發電機，所述電機-發電機通過第一離合器機械連接至所述原動機；電機，所述電機通過第二離合器機械連接至所述電機-發電機；電池，所述電池電連接至所述電機-發電機和所述電機，所述電池能夠為所述電機-發電機和所述電機提供電能；所述系統包括: 一套傳感器，所述傳感器包括一種分組中的一種，所述分組包括:SOC傳感器、車輛速度傳感器、溫度傳感器、離合傳感器、電機傳感器、電機-發電機傳感器、制動踏板傳感器和加速踏板傳感器； 第一離合致動器，所述第一離合致動器能夠致動所述第一離合器； 第二離合致動器，所述第二離合致動器能夠致動所述第二離合器；以及 至少一個控制器，所述控制器能夠使所述第一離合制動器和第二離合制動器工作/不工作，以根據所述傳感器的輸出選擇車輛的相應的工作模式。
2.如權利要求1所述的系統，其中，所述動力系統還包括:主減速器，所述主減速器機械連接到所述電機。
3.如權利要求1所述的系統，其中，所述動力系統還包括:主減速器，所述主減速器機械連接到所述電機，所述主減速器包括手動變速箱。
4.如權利要求1所述的系統，其中，所述動力系統還包括:主減速器，所述主減速器機械連接到所述電機，所述主減速器包括自動變速箱。
5.如權利要求1所述的系統，其中，所述動力系統還包括:主減速器，所述主減速器機械連接到所述電機，所述主減速器包括無極變速箱。
6.如權利要求1所述的系統，其中，所述動力系統還包括:主減速器，所述主減速器機械連接到所述電機，所述主減速器包括動力分配裝置。
7.如權利要求1所述的系統，其中，所述電機具有比所述電機-發電機更高的額定功率。
8.如權利要求1所述的系統，其中，所述原動機為內燃發動機或燃料電池。
9.如權利要求1所述的系統，其中，所述動力系統還包括:壁式充電器，所述壁式充電器用來給所述電池充電。
【文檔編號】B60W40/105GK204236461SQ201420058969
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年2月7日 優先權日:2013年2月8日
【發明者】安德魯·弗蘭克, 林湛喬, 克利希納·庫馬爾, 安東尼·塞拉 申請人:高效動力傳動系統公司