用于控制电动全轮驱动混合动力车辆的运行的系统和方法

摘要

一种用于控制电动全轮驱动混合动力车辆的运行的系统和方法包括经由第二组车轮驱动车辆的第二电动机-发电机，该车辆包括发动机、自动变速器、及第一和第二电动机-发电机。该方法还包括确定希望的发动机速度和变速器传动比。该方法还包括经由第一电动机-发电机启动发动机并除了其中一个用于选择传动比所需的要被接合的变速器扭矩传输装置之外，锁止全部多个变速器扭矩传输装置。该方法还包括在控制发动机以产生希望的发动机速度时调制所述多个扭矩装置中余下的一个扭矩传输装置的接合。此外，该方法包括控制发动机和第一电动机-发电机从而其组合扭矩输入大致为零；锁止余下的扭矩传输装置以选定传动比；并控制发动机以产生希望的变速器输出扭矩。

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制电动全轮驱动混合动力车辆的运行的系统和方法。

背景技术

现代车辆通常被配置为是两轮驱动或全轮驱动的。任一类型的车辆都可 采用传统的动力传动系——其中单个发动机被用于推动车辆，或采用混合动 力传动系——其中两个或多个分立的动力源(例如内燃发动机和电动机)被 用于完成相同的任务。此外，多速自动换挡变速器可用作任一类型动力传动 系的一部分，且可由此被用于具有全轮驱动的混合动力车辆中。

为了使得混合动力传动系的燃料效率最大化，车辆发动机可在不需要发 动机扭矩来驱动车辆时关闭。当混合动力车辆被保持在稳定的巡航速度、处 在降速滑行模式中(即当车辆从较高的速度降速时)或是停止时就会遇到这 样的状况。

全轮驱动混合动力车辆可配置为分轴式(axle-split)车辆。在这样的车 辆中，电动机被设置为为一个车辆轮轴提供动力，而发动机被配置为为车辆 的其余的轮轴(一个或多个)提供动力，由此产生按需的电动全轮驱动。在 这样的分轴式混合动力车辆中，电动机能够在变速器处于空档且发动机关闭 时推动车辆。但是，在发动机需要重新启动以参与驱动这样的车辆时，在车 辆运动时通过变速器恢复的发动机扭矩的施加会产生不希望的驱动系统干 扰。

发明内容

提供了一种控制电动全轮驱动混合动力车辆的运行的方法。目标车辆包 括配置为通过自动变速器经由第一组车轮驱动车辆的发动机、配置为启动发 动机的第一电动机-发电机、以及为经由第二组车轮驱动车辆的第二电动机- 发电机。该方法包括在发动机关闭时以“电动车”或EV模式驱动车辆。如 此处使用的，EV模式是当发动机关闭且变速器处于空档从而发动机操作地 从第一组车轮脱开时仅经由第二电动机-发电机为车辆提供动力的模式。

该方法还包括接收用于让要被启动的发动机产生希望水平的变速器输 出扭矩的请求，并根据该希望水平的变速器输出扭矩确定希望的发动机速度 和变速器中的传动比。该方法还包括经由第一电动机-发电机启动发动机， 以产生所述希望水平的变速器输出扭矩。

该方法附加地包括除了其中一个用于选择传动比所需的要被接合的变 速器扭矩传输装置之外，锁止全部多个变速器扭矩传输装置。

方法附加地包括调制该余下的一个扭矩传输装置的接合，从而该余下的 一个扭矩传输装置的扭矩能力被逐渐地增加。方法还包括控制该发动机以在 该余下的一个扭矩传输装置的接合被调制时产生所述希望的发动机速度。此 外，方法包括调节发动机和第一电动机-发电机，从而从发动机和第一电动 机-发电机至变速器的组合扭矩输入大致为零。而且，方法包括锁止该余下 的一个扭矩传输装置，以选择所述传动比。此外，方法包括控制发动机以产 生所述希望水平的变速器输出扭矩。

根据该方法，第一电动机-发电机可被配置为是整合启动器-发电机(ISG) 和12伏特停止-启动电动机中的一个。

通过经由调节发动机供油速率、延迟发动机点火、以及调节第一电动机 -发电机的扭矩中的至少一种来控制发动机扭矩，从而实现控制发动机以产 生所述希望的发动机速度的动作。

此外，通过经由调节发动机供油速率、提前发动机点火、以及调节第一 电动机-发电机的扭矩中的至少一种，从而实现控制发动机以产生所述希望 水平的变速器输出扭矩的动作。

希望水平的变速器输出扭矩可根据车辆是以电动全轮驱动模式或是以 仅发动机驱动模式驱动而确定。因此，可以实现控制发动机以产生希望水平 的变速器输出扭矩的动作，以用于以电动全轮驱动模式或以仅发动机驱动模 式来驱动车辆。

方法还可包括在发动机正被控制时逐渐停止第二电动机-发电机，从而 在仅发动机驱动模式中产生所述希望水平的变速器输出扭矩。车辆可包括配 置为将能量提供至第二电动机-发电机的能量存储装置。在这样的情形中， 逐渐停止第二电动机-发电机的动作在由能量存储装置提供至第二电动机-发 电机的能量低于预定的值时实现。

车辆可包括控制器。这样的控制器可被配置为接收用于让要被启动的发 动机产生希望水平的变速器输出扭矩的请求。附加地，控制器可被编程为执 行以下动作中的每一个：所述确定希望的发动机速度和变速器中的传动比、 经由第一电动机-发电机启动发动机、完全接合除了一个扭矩传输装置之外 的全部多个扭矩传输装置、调制该余下的一个扭矩传输装置的接合、控制发 动机扭矩以产生所述希望的发动机速度、锁止该余下的矩传输装置、控制发 动机以产生所述希望水平的变速器输出扭矩、以及逐渐停止第二电动机-发 电机。

车辆可包括被配置为应用多个变速器扭矩传输装置的单个流体泵。

还公开了用于控制这样的车辆的运行的系统。

当结合附图时，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势从下文中 用于实施本发明的最佳模式的详尽描述中是轻易地明显的。

附图说明

图1是电动全轮驱动混合动力车辆的示意图；

图2是电动全轮驱动混合动力车辆的示意图，该车辆包括配置为应用多 个变速器扭矩传输装置的单个流体泵；和

图3以流程图的形式示意地示出了控制图1和2中示出的电动全轮驱动 混合动力车辆的运行的方法。

具体实施方式

参见附图，其中在几幅图中相同的元件用相同的标记标明，图1示出了 装备有电动全轮驱动系统的混合动力车辆10。车辆10包括内燃发动机12， 其被配置为经由第一组车轮14通过自动变速器16和第一轮轴18驱动车辆。 如本文所关注的，自动变速器16是多速自动换挡变速器，其使用传动机构 (gear train)和多个扭矩传输装置以在变速器的输入部20和输出部22之间 产生离散的传动比(gear ratio)。

尽管未示出，本领域技术人员可以理解存在结合起来形成可发挥功能的 自动变速器的多个传动机构，其由一系列行星齿轮组和诸如离合器和/或制动 器这样的扭矩传输装置组合而成。意图将变速器16的扭矩传输装置经由液 压或流体压力操纵，该液压或流体压力由操作地连接至变速器的输入部20 的流体泵23产生。因此，流体泵23产生流体压力，以在发动机12旋转输 入部20时使用相关的扭矩传输装置。附加地，辅助电动流体泵25被用于在 发动机12已经被关闭的情形中对扭矩传输装置加压或使用扭矩传输装置， 但需要被迅速地重启以驱动车辆10。

本文所关注的自动变速器16是包括至少一个具体的传动比的一类变速 器，该传动比需要多个扭矩传输装置的全部接合或锁止，以选择对象传动比 并完成希望的换挡。需要锁止多个扭矩传输装置以选择特定的传动比的变速 器的示例是通用汽车的六速自动变速器。

车辆10还包括第一电动机-发电机24。在该示例性实施例中，第一电动 机-发电机24可被配置为整合启动器-发电机(ISG：integrated  starter-generator)或12伏特停止-启动电动机。本文所关注的ISG是36伏特 或更大伏特的电动机-发电机，其经由传动带26直接连接至发动机12，并从 诸如一个或多个电池这样的能量存储装置27接收电能。如所示，第一电动 机-发电机24被用于迅速地启动和旋转发动机12至运行速度，作为发动机 停止-起动设定的一部分。附加地，第一电动机-发电机24可用于产生电能， 由车辆10的附件(未示出)使用，例如动力转向和加热通风和空气调节 (HVAC)系统。如图1所示，能量存储装置27还提供电能以操作辅助的流 体泵25，以使用扭矩传输装置，以准备由第一电动机电动机24重新启动的 发动机12。

车辆10还包括第二轮轴28。第二轮轴28在操作上独立于发动机12、 变速器16和第一电动机-发电机24。第二轮轴28包括第二电动机-发电机30， 该第二电动机-发电机被配置为经由第二组车轮32驱动车辆10。第二电动机 -发电机30从能量存储装置27接收其电能。因此，第二电动机-发电机30被 配置为独立于发动机12来驱动车辆10并为车辆10提供按需的电动轮轴驱 动。这样的仅经由第二电动机-发电机30驱动车辆10会导致车辆以纯电动 车或“EV”模式运行。此外，当第一和第二轮轴18、28受其相应的动力源、 发动机12和第二电动机-发电机30驱动时，车辆10实现全轮驱动。

车辆10也可在发动机12关闭且变速器16置于空档时仅由第二电动机- 发电机30驱动，以节约燃料并改进车辆的运行效率。例如，发动机12可在 车辆10保持稳定巡航速度时关闭，该巡航速度可仅由第二电动机-发电机30 的扭矩输出维持。此外，发动机12可在车辆10处在滑行减速模式中(即车 辆从经提高的速度减速)或当车辆停止时关闭。在车辆10保持稳定巡航速 度的情形中，发动机12可在任何时刻重新启动，以参与对车辆的驱动。为 了参与对车辆10的驱动，发动机12将被要求产生恰当水平的发动机扭矩， 其将导致希望水平的变速器输出扭矩，即输出部22处的变速器扭矩。

希望水平的变速器输出扭矩可代表车辆10被以电动全轮驱动模式驱动 还是以仅发动机驱动模式驱动。当车辆10在发动机重新启动后被以电动全 轮驱动模式驱动时，响应由车辆操作者产生的请求来确定希望水平的扭矩。 当车辆10要以仅发动机驱动模式驱动时，第二电动机-发电机30将需要随 着发动机12逐渐的运行而逐渐停止。在由存储装置27提供至第二电动机- 发电机30的能量低于足以运行第二电动机-发电机的预定阈值时会产生这样 的情形。不论发动机12是否被重新启动以产生电动全轮驱动模式或仅发动 机驱动模式，这种发动机的“快速启动(flying start)”的实施都会产生不希 望的驱动系统(driveline)扰动或噪声、振动和不平顺性(NVH：Noise Vibration  and Harshness)问题，并导致车辆10的乘客不舒适。

车辆10还包括控制器34，其负责实现发动机12的快速启动以及发动机 扭矩的逐渐运行，以驱动车辆。如本文所关注的，控制器34可为用于调节 和协调车辆10的混合动力推进的电子控制单元(ECU)，所述混合动力推进 包括发动机12、变速器16和第一以及第二电动机-发电机24、30的运行。 控制器34被配置为在车辆10仅由第二电动机-发电机30驱动时接收用于发 动机重新启动的请求。控制器34还被配置为控制发动机12，以根据车辆是 以电动全轮驱动模式驱动还是以仅发动机模式驱动来产生希望水平的变速 器输出扭矩。此外，控制器34被编程为控制锁止变速器16内的各个扭矩传 输装置以将变速器置于在特定的传动比所需要的流体压力的施加。

控制器34还被编程为根据希望水平的变速器输出扭矩来确定希望的发 动机速度和变速器16中的传动比。例如，发动机12的希望速度和变速器16 内的适当传动比可从映射数据表中选择，该映射数据在车辆10的测试和开 发期间采集。这样的映射数据表也可被编程进入控制器34中，以使得针对 发动机12的扭矩曲线、可允许的发动机速度、以及车辆10当前速度下的变 速器传动比，通过控制器交叉引用(cross-reference)希望水平的变速器输出 扭矩。相应地，响应于接收到的发动机12重新启动的请求，控制器34随后 可选择传动比、发动机速度和发动机燃料消耗的最高效的组合，以产生用于 驱动车辆10的希望水平的变速器输出扭矩。

由控制器34在变速器16中选择的用于产生变速器输出扭矩的传动比需 要多个扭矩传输装置的锁止。此外，控制器34被附加地编程以经由第一电 动机-发电机24启动发动机10，以产生希望水平的变速器输出扭矩。此外， 控制器34被编程以锁止或完全接合除了其中一个因选择传动比而需要接合 的变速器扭矩传输装置之外的全部多个变速器扭矩传输装置。此外，控制器 34被编程以调制该余下的一个扭矩传输装置的接合，从而该余下的一个扭矩 传输装置的扭矩能力被逐渐地增加。该余下的一个扭矩传输装置的接合的调 制可通过变动用于促动该装置的流体压力来实现。这样的对该余下的一个扭 矩传输装置的调制起到了调节装置的扭矩能力和内部滑差的作用，这继而导 致了输入部20和输出部22之间的相对运动。

控制器34还被编程为控制发动机12，以在该余下的一个扭矩传输装置 的接合被调制时产生希望的发动机速度。对该余下的一个扭矩传输装置的接 合的调制可与对发动机12的控制一起进行或基本同时进行，直至希望的发 动机速度已经被产生且输出部22的速度大致等于输入部20的速度除以选定 的传动比。可通过经由调节发动机供油速率(fuel rate)、延迟发动机点火、 以及调节第一电动机-发电机24的扭矩中的至少一种来控制发动机扭矩输 出，从而实现对发动机12进行控制以产生希望的发动机速度的动作。通常， 延迟内燃发动机的打火会在燃烧过程中较迟地点燃发动机气缸内的空气燃 料混合物，这趋向于留下较少的时间来发生燃烧，并降低了发动机的扭矩输 出。

控制器34被附加地编程为调节发动机12和第一电动机-发电机24，从 而从发动机和第一电动机-发电机至变速器16的组合扭矩输入大致为零。因 此，在这样的控制中，第一电动机-发电机24和发动机12的组合扭矩输出 被保持在大致等于以希望的速度让发动机旋转所需要的扭矩的水平。控制器 34被附加地编程以应用需要的流体压力，从而锁止所述余下的一个扭矩传输 装置，并完成选定的传动比的选择。此外，可通过增加去往目标装置的流体 压力直至装置内的几乎全部滑差被消除，从而来完成该余下的一个矩传输装 置的锁止。因此，该余下的一个扭矩传输装置被允许在发动机速度已经基本 上与车辆10的速度同步时由控制器34完全锁止。

此外，控制器34被编程为控制发动机12以产生希望水平的变速器输出 扭矩。可通过经由调节发动机供油速率、提前发动机点火、以及调节第一电 动机-发电机24的扭矩，从而实现控制发动机12以产生希望水平的变速器 输出扭矩的动作。通常，提前内燃发动机的打火在燃烧过程中较早地点燃发 动机气缸内的空气燃料混合物，这趋向于允许留下额外的时间来发生燃烧， 并增加了发动机的扭矩输出。因此，通过逐渐引入发动机扭矩以驱动车辆10， 控制器34允许发动机12的快速启动，而同时减少或基本消除不希望的扰动 或NVH问题。

图2示出了车辆36，其和图1中示出的车辆10完全相同，只是车辆36 仅包括流体泵23，且特征在于没有辅助流体泵25。通常地，由于泵23由发 动机12机械地操作，所以当发动机关闭时，辅助流体泵25需要应用多个扭 矩传输装置，以准备通过发动机启动车辆36或进行发动机的快速启动。但 是，在车辆36中，控制器34可被编程为调节第二电动机-发电机30以在没 有来自发动机12的任何辅助的情形下启动车辆。此外，在车辆36由第二电 动机-发电机30启动的时刻或刚好在该时刻之前，可调节第一电动机-发电机 24以启动发动机12、预备流体泵23、以及应用扭矩传输装置。因此，在发 动机扭矩需要辅助第二电动机-发电机30来驱动车辆36时，扭矩传输装置 已经被使用了。因此，辅助流体泵25不被车辆36需要，且允许车辆仅包括 单个流体泵23，其被配置为在变速器16中应用多个变速器扭矩传输装置。

图3示出了控制结合图1在上文中描述的电动全轮驱动混合动力车辆10 以及结合图2在上文中描述的车辆36的运行的方法40。方法40在图框42 中以经由第二电动机-发电机30仅以“EV”模式驱动车辆10开始，并随后 行进至图框44。在图框44中，方法包括由控制器34接收发动机12要被启 动的请求，并开始在变速器16中产生希望水平的输出扭矩。在图框44后， 方法前进至图框46，在该处方法包括由控制器34根据变速器输出扭矩的希 望水平确定希望的发动机速度和变速器16中的传动比。

在图框46中确定了希望的发动机速度和传动比后，方法前进至图框48， 在该处方法包括经由第一电动机-发电机24启动发动机12，以产生希望水平 的变速器输出扭矩。如上文中所述的，第一电动机-发电机24可以是整合启 动器-发电机(ISG)(且被配置为启动发动机12)被配置为操作车辆10的各 个附件。在图框48后，在图框50中，方法包括锁止变速器16内的、除一 个变速器扭矩传输装置以外的全部多个变速器扭矩传输装置。如上结合图1 所述，该多个变速器扭矩传输装置中的每一个都被要求接合，以在变速器16 中选择传动比。

在图框50后，方法前进至图框52，在该处方法包括由控制器34对为了 选择选定的传动比所必须接合的该余下的一个扭矩传输装置的接合进行调 制。如上结合图1所述，调制该余下的一个扭矩传输装置的接合被实施以逐 渐地增加目标装置的扭矩能力。在图框52后，方法前进至图框54，在该处 方法包括控制发动机12以在该余下的一个扭矩传输装置的接合正被调制时 产生希望的发动机速度。根据该方法，图框52中对该余下的一个扭矩传输 装置的接合的调制可与图框54中对发动机12的控制结合起来执行，直至希 望的发动机速度已经被产生且输出部22的速度大致等于输入部20的速度除 以选定的传动比。

在图框54后，方法前进至图框56。在图框56中，方法包括调节发动机 12和第一电动机-发电机24，从而从发动机和第一电动机-发电机至变速器的 组合扭矩输入大致为零。在图框56后，方法继续移动至图框58，在该处该 方法包括锁止所述余下的一个扭矩传输装置，以选择经选定的传动比。如上 接合图1所述，该余下的一个扭矩传输装置的锁止可涉及增加至目标装置的 流体压力，直至装置内的几乎全部滑差被消除。在该余下的一个扭矩传输装 置已被锁止后，方法前进至图框60，在该处方法包括控制发动机12，以在 变速器16中产生希望水平的输出扭矩。

根据该方法，可通过经由调节发动机供油速率、提前发动机点火、以及 调节第一电动机-发电机的扭矩中的至少一种，从而实现控制发动机12以产 生希望水平的变速器输出扭矩的动作。此外，如上结合图1所述，控制发动 机12以产生希望水平的变速器输出扭矩的动作可被完成，用于以电动全轮 驱动模式或以仅发动机驱动模式来驱动车辆10。

在图框60后，方法可前进至步骤62，在该处其包括车辆10要被以仅发 动机模式操作的情况下，逐渐停止第二电动机-发电机30同时发动机12被 控制为产生希望水平的变速器输出扭矩。如上结合图1所述，当由能量存储 装置27供应至第二电动机-发电机的能量低于预定的值时，可实现逐渐停止 第二电动机-发电机30的动作。

在完成时，方法40实现了发动机12的快速启动，而降低或基本消除了 由于发动机扭矩被引入用于驱动车辆10而造成的不希望的扰动或NVH问 题。

尽管已经对用于实施本发明的最佳模式进行了详尽的描述，对本发明所 涉及的领域熟悉的技术人员将辨识出在所附的权利要求内用于实施本发明 的各种可替换设计和实施例。