混合动力车发动机和电动机最大转速限制控制方法和系统

摘要

本发明提供一种用于限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的控制方法和系统，其中上述混合动力车包括发动机离合器，该发动机离合器配置为控制发动机与电动机之间的动力传递。上述控制方法包括：确定上述发动机的转速是否超出预定的最大发动机转速；确定上述电动机的转速是否超出预定的最大电动机转速；当上述发动机的转速超出预定的最大发动机转速时，基于预定的发动机扭矩配置文件，限制上述发动机的转速；和当上述电动机的转速超过预定的最大电动机转速时，基于预定的电动机扭矩配置文件，限制上述电动机的转速。

说明书

技术领域

本发明涉及用于限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的 控制方法和系统。

背景技术

混合动力车借助于来自内燃机的动力和借助于电池的来自电动机 的动力而运行。尤其是，混合动力车被设计为有效地结合和使用来自 内燃机和电动机的动力。

例如，如图1所示，混合动力车包括：发动机10；电动机20；控 制发动机10与电动机20之间动力传递的发动机离合器30；变速器40； 差速齿轮50；电池60；起动发动机10或通过发动机10的输出产生电 力的起动发电一体机（ISG：Integrated Starter-generator）70；和车轮 80。

图中还示出，混合动力车包括：控制混合动力车的整体运行的混 合动力控制单元（HCU：Hybrid Control Unit）200；控制发动机10的 运行的发动机控制单元（ECU：Engine Control Unit）110；控制电动机 20的运行的电动机控制单元（MCU：Motor Control Unit）120；控制变 速器40的运行的变速器控制单元（TCU：Transmission Control Unit） 140；和管理和控制电池60的电池控制单元（BCU：Battery Control Unit） 160。

电池控制单元160也可以称作电池管理系统（BMS：Battery  Management System），起动发电一体机70也可以称作起动/发电电动机 或混合动力起动机与发电机。

混合动力车可以在仅使用电动机20的动力的电动车（EV：Electric  Vehicle）模式、使用发动机10的扭矩作为主动力并且使用电动机20 的扭矩作为辅助动力的混合动力电动车（HEV：Hybrid Electric Vehicle） 模式、或者制动期间或车辆依靠惯性行驶时的再生制动（RB： Regenerative Braking）模式下运行。在RB模式下，制动和惯性能量通 过电动机20的发电被收集，电池60利用所收集的能量被充电。

由于所述混合动力车使用发动机和电动机两者，混合动力车需要 执行与仅使用内燃机作为主动力源的车辆不同的对最大转速（例如， 6500rpm）进行限制的控制。

当需求车辆的最大输出时，执行对最大转速限制的控制，从而保 护车辆的动力源和系统。

使用内燃机作为唯一动力源的车辆的最大转速限制的控制过程可 以如下。

E_1：发动机控制单元（ECU）根据发动机的输出特性，控制发动 机输出与发动机转速对应的扭矩。

E_2：由于发动机转速等于变速器的输入轴的转速，因此变速器控 制单元（TCU）执行变速档位控制，使得发动机转速不会超过最大转 速。

E_3：当发动机转速由于过程E_2中的换挡延迟而达到最大转速 时，通过执行燃料切断控制，ECU将发动机的输出限制为0扭矩。

在需求高功率的混合动力车的高rpm范围，需求发动机和电动机 的最大功率，所以混合动力车通常在HEV模式下运行。

在HEV模式下，混合动力车的发动机离合器处于锁止状态（lock-up  state），以便向驱动轴传递发动机扭矩。在发动机离合器的锁止状态下， 发动机的转速与电动机的转速同步。

如上所述，由于混合动力车使用两个动力源，即，使用内燃机和 借助于电池的电动机，对混合动力车的最大转速限制的控制与仅使用 内燃机作为主动力源的车辆不同，还应当包括限制与上述电动机有关 的最大转速的功能。

用于限制混合动力车的最大转速的一般控制过程可以描述如下。

H_1：HCU通过ECU和MCU控制发动机和电动机，使得与发动 机转速和电动机转速对应的发动机扭矩和电动机扭矩可以根据发动机 的输出特性图和电动机的输出特性图输出。

H_2：TCU执行变速档位控制，使得发动机转速和电动机转速各 自不会超过最大转速。

H_3：当发动机转速和电动机转速由于过程H_2中的换挡延迟而 达到最大转速时，HCU限制来自发动机和电动机的输出，使得发动机 和电动机每一个均可以基于映射表（map table），通过反馈控制，输出 0扭矩。

H_4：如图2所示，尽管执行过程H_3，发动机转速和电动机转速 仍增加时，ECU和MCU均通过其自身进行将输出限制为0扭矩的控 制。

然而，如上所述，由于限制混合动力车的发动机和电动机的最大 转速的控制方法基于映射表执行反馈控制，因此会发生如下的问题。

图3示出用于解释现有技术的限制混合动力车的发动机和电动机 的最大转速的控制方法的问题的示例性曲线图。

参考图3，由于现有技术的限制混合动力车的发动机和电动机的最 大转速的控制方法基于发动机和电动机的转速，根据二维映射表，设 置最大输出扭矩，因此会发生剧烈的扭矩变化。

即，现有技术的限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的 控制方法会引起如下问题。

第一，由于输出扭矩根据发动机和电动机的转速而被限制，因此 当变速器的输入转速发生变化时，限制发动机和电动机的输出扭矩的 值可能会剧烈变化。例如，参考图3，当变速器的输入转速从6000rpm 变化至6200rpm时，输出扭矩可能会变化至500N·m的最大值（=200 N·m+300N·m）。在这种情况下，混合动力车可能会发生颤动（judder） 或震动（shock）。

第二，可能不容易将变速器的输入转速保持在用于限制发动机或 电动机的最大转速的转速值。即，当发动机或电动机的最大转速被限 制在6200rpm时，变速器的输入转速可能超过6200rpm。在这种情况 下，可能不容易保护变速器硬件系统和电功率设备硬件系统。

第三，当发动机离合器处于锁止状态时，由于发动机与电动机之 间的转速差，很难保持发动机和电动机的最大扭矩限值的一贯性。例 如，当发动机由于最大扭矩限制而处于燃料切断状态时，因为电动机 为了满足需求扭矩而产生额外的扭矩，因此电池的荷电状态（SOC： State of Charge）可能会变差。

第四，由于变速器的输入扭矩的剧烈变化，可能会发生换档顿挫 （shift shock）和换档延迟（shift delay）。

在本章节中公开的上述信息仅用于加强对本发明背景的理解，因 此其可能包含不构成该国本领域技术人员所已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供一种限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的 控制方法和系统，该方法和系统基于与发动机和电动机的转速和扭矩 无关的扭矩配置文件（torque profile）的概念，通过对发动机和电动机 进行前馈控制，由此限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速。

本发明构思的一示例性实施例提供一种限制混合动力车的发动机 和电动机的最大转速的控制方法，其中上述混合动力车包括：发动机 离合器，配置为控制上述发动机与上述电动机之间的动力传递；和连 接到上述电动机的变速器，上述控制方法包括：确定上述发动机的转 速是否超出预定的最大发动机转速；确定上述电动机的转速是否超出 预定的最大电动机转速；当上述发动机的转速超出上述预定的最大发 动机转速时，基于预定的发动机扭矩配置文件，限制上述发动机的转 速；和当上述电动机的转速超出上述预定的最大电动机转速时，基于 预定的电动机扭矩配置文件，限制上述电动机的转速。

限制上述发动机的转速的步骤，可以包括：当上述发动机的转速 超出上述预定的最大发动机转速时，基于上述预定的发动机扭矩配置 文件控制上述发动机，从而使上述发动机的扭矩收敛于0（零）；当上 述发动机的扭矩收敛于0时，确定上述发动机的转速是否低于预定的 解除发动机转速；和当上述发动机的转速低于上述预定的解除发动机 转速时，增加上述发动机的扭矩。

上述增加上述发动机的扭矩的步骤，可以包括：基于上述预定的 发动机扭矩配置文件，将上述发动机的扭矩增加到与上述发动机的转 速超出上述预定的最大发动机转速的时间点对应的上述发动机的扭 矩。

上述预定的最大发动机转速可以等于上述预定的最大电动机转 速。

限制上述电动机的转速的步骤，可以包括：当上述电动机的转速 超出上述预定的最大电动机转速时，基于上述预定的电动机扭矩配置 文件控制上述电动机，从而使上述电动机的扭矩收敛于0（零）；当上 述电动机的扭矩收敛于0时，确定上述电动机的转速是否低于预定的 解除电动机转速；和当上述电动机的转速低于上述预定的解除电动机 转速时，增加上述电动机的扭矩。

增加上述电动机的扭矩的步骤，可以包括：基于上述预定的电动 机扭矩配置文件，将上述电动机的扭矩增加到与上述电动机的转速超 出上述预定的最大电动机转速的时间点对应的上述电动机的扭矩。

上述预定的解除发动机转速可以不等于上述预定的解除电动机转 速。

增加上述电动机的扭矩的步骤可以在增加上述发动机的扭矩的步 骤之后执行。

基于上述预定的发动机扭矩配置文件控制上述发动机的步骤，可 以包括：基于上述预定的发动机扭矩配置文件，对上述发动机进行前 馈控制。

上述发动机和上述电动机可以分别基于上述预定的发动机扭矩配 置文件和上述预定的电动机扭矩配置文件，被前馈控制。

本发明构思的另一实施例提供一种用于限制混合动力车的发动机 和电动机的最大转速的控制系统，包括：发动机离合器，配置为控制 发动机与电动机之间的动力传递；变速器，配置为连接到上述电动机； 发动机控制单元，配置为控制上述发动机的运行；电动机控制单元， 配置为控制上述电动机的运行；和最大转速限制控制器，配置为对上 述发动机和上述电动机的最大转速的限制进行控制，其中上述最大转 速限制控制器通过被设置为执行本发明构思的一示例性实施例的限制 混合动力车的发动机和电动机的最大转速的控制方法的程序而运行。

上述最大转速限制控制器可以包括：最大发动机转速限制控制器， 配置为对最大发动机转速的限制进行控制；和最大电动机转速限制控 制器，配置为对最大电动机转速的限制进行控制。

上述最大发动机转速限制控制器可以包括：最大发动机转速限制 控制进入确定单元，配置为当上述发动机的转速超出上述预定的最大 发动机转速时，开始对最大发动机转速的限制进行控制；最大发动机 转速限制扭矩控制输出单元，配置为基于上述预定的发动机扭矩配置 文件，对上述发动机进行前馈控制，从而使上述发动机的扭矩收敛于0 （零）；最大发动机转速限制控制解除确定单元，配置为当上述发动 机的转速低于预定的解除发动机转速时，解除上述最大发动机转速限 制扭矩控制输出单元的零扭矩命令；和最大发动机转速限制解除扭矩 控制输出单元，配置为当上述最大发动机转速限制控制解除确定单元 的零扭矩命令被解除时，基于上述预定的发动机扭矩配置文件，通过 前馈控制，增加上述发动机的扭矩，其中上述发动机扭矩配置文件包 括用于对上述最大发动机转速限制扭矩控制输出单元和上述最大发动 机转速限制解除扭矩控制输出单元进行前馈控制的预定数据。

上述最大电动机转速限制控制器可以包括：最大电动机转速限制 控制进入单元，配置为当上述电动机的转速超出上述预定的最大电动 机转速时，开始对上述最大电动机转速的限制进行控制；最大电动机 转速限制扭矩控制输出单元，配置为基于上述预定的电动机扭矩配置 文件，对上述电动机进行前馈控制，从而使上述电动机的扭矩收敛于0 （零）；最大电动机转速限制控制解除确定单元，配置为当上述电动机 的转速低于预定的解除电动机转速时，解除上述最大电动机转速限制 扭矩控制输出单元的零扭矩命令；和最大电动机转速限制解除扭矩控 制输出单元，配置为当上述最大电动机转速限制控制解除确定单元的 零扭矩命令被解除时，基于上述预定的电动机扭矩配置文件，通过前 馈控制，增加上述电动机的扭矩，其中上述电动机扭矩配置文件包括 用于对上述最大电动机转速限制扭矩控制输出单元和上述最大电动机 转速限制解除扭矩控制输出单元进行前馈控制的预定数据。

如上所述，根据本发明构思的示例性实施例，能够基于与发动机 和电动机的转速和扭矩无关的扭矩配置文件的概念，通过对发动机和 电动机进行前馈控制，由此限制发动机和电动机的最大转速，因此， 其具有下列优点。

无论变速器的输入转速如何变化，均稳定地限制发动机和电动机 的输出扭矩，由此能够防止不期望的连续颤动或震动发生，并且提升 驾驶性能。

通过限制变速器的最大输入转速，能够稳定地保护与发动机、电 动机和变速器关联的构件、装置和系统。通过一贯地保持用于限制发 动机和电动机的扭矩的值，能够防止电池的过放电，并且提高燃料效 率。

通过施加稳定的扭矩控制，能够防止换档顿挫和换档延迟。

附图说明

图1是示出典型混合动力车的结构的示例性框图。

图2和图3是用于解释现有技术的限制混合动力车的发动机和电 动机的最大转速的控制方法的问题的示例性曲线图。

图4是本发明构思的示例性实施例的用于限制混合动力车的发动 机和电动机的最大转速的控制系统的示例性结构图。

图5是本发明构思的示例性实施例的用于限制混合动力车的发动 机和电动机的最大转速的控制方法的示例性流程图。

图6是用于解释本发明构思的示例性实施例的作用的示例性曲线 图。

具体实施方式

在下文中，参考附图，更全面地描述本发明的示例性实施例。本 领域技术人员应当明白，所描述的实施例可以以各种不同方式进行修 改，而均不偏离本发明精神和范围。

而且，在本说明书全文中，相同参考标号指代相同元件（元素）。

在本说明书全文中，除非明确地相反描述，术语“包括”及其例 如“包含”或“含有”之类的变形应当理解为意在包括所述元件（元 素），但不排除任何其他元件（元素）。

图1是示意性地示出可以应用本发明构思的示例性实施例的用于 限制发动机和电动机的最大转速的控制系统的混合动力车的示例性框 图。

如图1所示，应用本发明构思的示例性实施例的用于限制发动机 和电动机的最大转速的控制系统的混合动力车可以包括：发动机10； 电动机20；配置为控制发动机10与电动机20之间动力传递的发动机 离合器30；变速器40；差速齿轮50；电池60；配置为起动发动机10 或通过发动机10的输出产生电力的起动发电一体机70；和车轮80。

混合动力车还可以包括：混合动力控制单元（HCU）200，配置为 控制混合动力车的整体运行；发动机控制单元（ECU）110，配置为控 制发动机10的运行；电动机控制单元（MCU）120，配置为控制电动 机20的运行；变速器控制单元（TCU）140，配置为控制变速器40的 运行；和电池控制单元（BCU）160，配置为管理和控制电池60。

图4是本发明构思的示例性实施例的用于限制混合动力车的发动 机和电动机的最大转速的控制系统的示例性结构图。

本发明构思的示例性实施例的限制混合动力车的发动机和电动机 的最大转速的控制系统可以是基于与发动机和电动机的转速和扭矩无 关的扭矩配置文件的概念，通过对发动机和电动机进行前馈控制，限 制发动机和电动机的最大转速的系统。

限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的控制系统可以包 括：发动机离合器30，配置为控制发动机10与电动机20之间的动力 传递；变速器40，配置为与电动机20连接；发动机控制单元110，配 置为控制发动机10的运行；电动机控制单元120，配置为控制电动机 20的运行；和最大转速限制控制器300，配置为对发动机10和电动机 20的最大转速的限制进行控制。

由于在典型的混合动力车中通常安装有发动机10、电动机20、发 动机离合器30、变速器40、ECU110和MCU120，因此在本说明书中， 对它们的详细描述将被省略。

最大转速限制控制器300可以包括：配置为对最大发动机转速限 制进行控制的最大发动机转速限制控制器310；和配置为对最大电动机 转速限制进行控制的最大电动机转速限制控制器320。

最大发动机转速限制控制器310可以包括：最大发动机转速限制 控制进入确定单元311，配置为当发动机10的转速超出预定的最大发 动机转速（例如，6150rpm）时，开始对最大发动机转速的限制进行控 制；最大发动机转速限制扭矩控制输出单元312，配置为基于预定的发 动机扭矩配置文件，对发动机10进行前馈控制，从而使发动机10的 扭矩收敛于0（零）；最大发动机转速限制控制解除确定单元313，配 置为当发动机20转速低于预定的发动机解除转速（例如，5900rpm） 时，解除最大发动机转速限制扭矩控制输出单元312的零扭矩命令； 最大发动机转速限制解除扭矩控制输出单元314，配置为当最大发动机 转速限制控制解除确定单元313的零扭矩命令被解除时，基于预定的 发动机扭矩配置文件，通过前馈控制，增加发动机10的扭矩；和发动 机扭矩配置文件315，包括用于最大发动机转速限制扭矩控制输出单元 312和最大发动机转速限制解除扭矩控制输出单元314的前馈控制的 预定数据。

最大电动机转速限制控制器320可以包括：最大电动机转速限制 控制进入单元321，配置为当电动机20的转速超出预定的最大电动机 转速（例如，6150rpm）时，开始对最大电动机转速限制的控制；最大 电动机转速限制扭矩控制输出单元322，配置为基于预定的电动机扭矩 配置文件，对电动机20进行前馈控制，从而使电动机20的扭矩收敛 于0（零）；最大电动机转速限制控制解除确定单元323，配置为当电 动机的转速低于预定的电动机解除转速（例如，6050rpm）时，解除最 大电动机转速限制扭矩控制输出单元322的零扭矩命令；最大电动机 转速限制解除扭矩控制输出单元324，配置为当最大电动机转速限制控 制解除确定单元323的零扭矩命令被解除时，基于预定的电动机扭矩 配置文件，通过前馈控制，增加电动机20的扭矩；和电动机扭矩配置 文件325，包括用于最大电动机转速限制扭矩控制输出单元322和最大 电动机转速限制解除扭矩控制输出单元324的前馈控制的预定数据。

最大转速限制控制器300、最大发动机转速限制控制器310和最大 电动机转速限制控制器320可以包括由微处理器或/和硬件上执行的程 序指令运行的一个或更多微处理器或/和硬件。该程序指令可以包括一 系列命令，该命令用于执行后述的本发明构思的示例性实施例的限制 混合动力车的发动机和电动机的最大转速的控制方法。

换而言之，最大转速限制控制器300、最大发动机转速限制控制器 310和最大电动机转速限制控制器320可以形成在结合程序和硬件的 模块中。例如，最大转速限制控制器300、最大发动机转速限制控制器 310和最大电动机转速限制控制器320可以形成在装配有微处理器、电 气和电子部件以及存储装置（ROM，RAM）的PCB（Printed Circuit  Board：印刷电路板）上，其中在上述存储装置中，作为程序，存储有 本发明构思的示例性实施例的控制方法。

最大转速限制控制器300可以被包括在控制混合动力车的总体运 行的混合动力控制单元（HCU）中。

在下文中，参考附图，详细描述本发明构思的示例性实施例的限 制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的控制方法。

图5是本发明构思的示例性实施例的限制混合动力车的发动机和 电动机的最大转速的控制方法的示例性流程图。

如图5所示，最大转速限制控制器300并行控制发动机10的最大 发动机转速限制和电动机20的最大电动机转速限制。

因此，在本说明书中，将首先描述对发动机10的最大发动机转速 限制的控制，接着描述电动机20的最大电动机转速限制。

在步骤S110，最大转速限制控制器300的最大发动机转速限制控 制进入确定单元311确定发动机10的转速是否超出预定的最大发动机 转速（例如，图6所示的V1）。例如，预定的最大发动机转速（V1） 可以是6150rpm。

当在步骤S110，发动机10的转速超过预定的最大发动机转速时， 在步骤120，最大转速限制控制器300的最大发动机转速限制扭矩控制 输出单元312基于发动机扭矩配置文件315，对发动机10进行前馈控 制，以便使发动机10的扭矩如图6所示逐渐收敛于0（零）。

最大发动机转速限制扭矩控制输出单元312可以使用发动机控制 单元110控制发动机10。

发动机扭矩配置文件315是预定有根据发动机10的转速而定的发 动机10的扭矩值的配置文件。发动机10的预定扭矩值可以通过模拟 （simulation）和/或实验获得。

当发动机10的扭矩在步骤S120收敛于0（零）扭矩时，在步骤 130，最大转速限制控制器300的最大发动机转速限制控制解除确定单 元313确定发动机10的转速是否低于预定的解除发动机转速（例如， 图6所示的V3），例如，预定的解除发动机转速（V3）可以是5900rpm。

当在步骤S130，发动机10的转速低于预定的解除发动机转速（V3） 时，在步骤S140，最大转速限制控制器300的最大发动机转速限制解 除扭矩控制输出单元314基于预定的发动机扭矩配置文件，对发动机 10进行前馈控制，从而增加发动机10的扭矩。

最大发动机转速限制解除扭矩控制输出单元314可以使用发动机 控制单元110控制发动机10。

最大发动机转速限制解除扭矩控制输出单元314可以将发动机10 的扭矩增加到如图6所示的最大发动机扭矩。如图6所示的最大发动 机扭矩可以是300N·m。

参考图6，最大发动机转速限制控制器310可以利用滞后现象 （hysteresis）执行用于限制最大发动机转速的控制。

同时，在步骤S210，最大转速限制控制器300的最大电动机转速 限制控制进入确定单元321确定电动机20的转速是否超出预定的最大 电动机转速（例如，图6所示的V1）。例如，预定的最大电动机转速 （V1）可以是6150rpm。

如上所述，预定的最大电动机转速可以等于预定的最大发动机转 速。

当在步骤S210，电动机20的转速超过预定的最大电动机转速时， 在步骤220，最大转速限制控制器300的最大电动机转速限制扭矩控制 输出单元322基于电动机扭矩配置文件325，对电动机20进行前馈控 制，以便使电动机20的扭矩如图6所示逐渐收敛于0（零）。

最大电动机转速限制扭矩控制输出单元322可以使用电动机控制 单元120控制电动机20。

电动机扭矩配置文件325是预定有根据电动机20的转速而定的电 动机20的扭矩值的配置文件。电动机20的预定扭矩值可以通过模拟 和/或实验获得。

当电动机20的扭矩在步骤S220收敛于0（零）扭矩时，在步骤 230，最大转速限制控制器300的最大电动机转速限制控制解除确定单 元323确定电动机20的转速是否低于预定的解除电动机转速（例如， 图6所示的V2）。

例如，预定的解除电动机转速（V2）可以是6050rpm。参考图6， 预定的解除电动机转速（V2）不同于预定的解除发动机转速（V3）。

当在步骤S230，电动机20的转速低于预定的解除电动机转速（V2） 时，在步骤235，最大转速限制控制器300的最大电动机转速限制解除 扭矩控制输出单元324确定发动机10的扭矩是否在步骤140开始增加。

当发动机10的扭矩在步骤140开始增加时，在步骤S240，最大转 速限制控制器300的最大电动机转速限制解除扭矩控制输出单元324 基于电动机扭矩配置文件325，对电动机20进行前馈控制，从而增加 电动机20的扭矩。

最大电动机转速限制解除扭矩控制输出单元324可以使用 MCU120控制电动机20。

最大电动机转速限制解除扭矩控制输出单元324可以将电动机20 的扭矩增加到如图6所示的最大电动机扭矩。如图6所示的最大电动 机扭矩可以是200N·m。

在发动机10的扭矩开始增加后，增加电动机20的扭矩的原因是 为了防止电池的荷电状态（SOC）变差，因为如果电动机20被首先操 作，电动机20还必须应付发动机的扭矩（这样会导致电池的荷电状态 变差）。

参考图6，最大电动机转速限制控制器320可以利用滞后现象控制 最大电动机转速限制。

因此，用于限制混合动力车的发动机和电动机的最大转速的控制 方法及其控制系统可以基于与发动机和电动机的转速和扭矩无关的扭 矩配置文件的概念，通过对发动机和电动机进行前馈控制，由此稳定 地限制发动机和电动机的最大转速。

虽然已结合目前被认为是示例性实施例的实施例来描述了本发 明，但是应当理解，本发明不局限于已经公开的实施例，恰恰相反， 其意在涵盖被包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效 配置。