通过与减摆子系统整合将再生能力扩充高至车辆动态极限

摘要

通过与减摆子系统整合将再生能力扩充高至车辆动态极限。本发明公开了一种确定具有内燃发动机、电机和多个横摆率致动器的车辆的再生计划的方法。所述方法包括基于混合动力车辆的动态条件确定可允许的横摆率变化、横摆率致动器的组合减摆潜力，以及促使实际横摆率变化的再生扭矩命令。确定再生扭矩命令包括比较可允许的横摆率变化与组合减摆潜力。如果组合减摆潜力小于可允许的横摆率变化，那么再生扭矩命令促使或限制实际横摆率变化小于可允许的横摆率变化。如果组合减摆潜力大于可允许的横摆率变化，那么再生扭矩命令促使或限制实际横摆率变化基本上等于可允许的横摆率变化。

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力传动系的控制。

背景技术

混合动力车辆，无论是工业的、重型的、军事的、旅客的还是性能的，均包括多个推进系统或致动器，诸如电动马达/发电机和不同类型的内燃发动机。

发明内容

本发明提供了一种确定混合动力车辆的再生计划的方法。所述混合动力车辆具有内燃发动机、电机(其与内燃发动机分离或联接)和多个横摆率致动器。

所述方法包括基于混合动力车辆的动态条件确定可允许的横摆率变化，确定横摆率致动器的组合减摆潜力，以及确定促使实际横摆率变化的再生扭矩命令。

确定再生扭矩命令包括比较可允许的横摆率变化与组合减摆潜力。如果组合减摆潜力小于可允许的横摆率变化，那么再生扭矩命令促使或限制实际横摆率变化小于可允许的横摆率变化。如果组合减摆潜力大于可允许的横摆率变化，那么再生扭矩命令促使或限制实际横摆率变化基本上等于可允许的横摆率变化。

本主题的上述特征和优点以及其它特征和优点可容易地从以下对用于实行所公开的结构、方法或两者的最佳模式和其它实施例中的一些的详细描述中明白。

附图说明

图1是具有分离的致动器的混合动力车辆的示意性图解视图，所述混合动力车辆包括至少一个内燃发动机和至少一个电机。

图2是用于控制混合动力车辆(包括如图1所示的混合动力车辆)的示意性方框图。

图3A是图2的方框200的示意性详图，其示出了对扩充的再生计划的充电区域状态的确定。

图3B是图2的方框300的示意性详图，其示出了对由可行的再生促使的横摆率的基于车辆动态和SOC的极限的确定。

图3C是图2的方框400的示意性详图，其示出了影响横摆率的子系统的特性和对总横摆率影响潜力的确定。

图3D是图2的方框500的示意性详图，其示出了从电机的再生确定最大可行横摆率效果。

图3E是图2的方框600的示意性详图，其示出了对推进横摆率和命令个别横摆率致动器的考虑。

图3F是图2的方框700的示意性详图，其示出了车辆动态极限、横摆率影响者和电机获得的横摆率之间的矫正以及作为再生扭矩请求的输出。

具体实施方式

参考各图，贯穿若干张图，尽可能地，相似参考符号对应于相似或类似组件。图1大体上示出了混合动力车辆10的图解视图，混合动力车辆10具有两个彼此分离的致动器。车辆10表示任何滚动或移动平台。在车辆10上，在电机12和内燃发动机14(或ICE 14)之间不存在机械连接。然而，应注意，其它混合配置或架构可利用本文所述的控制方案，包括关于机械联接的致动器的控制方案。

电机12也可被称为马达/发电机或电动马达，并且能够操作为将电能转换为动能的电动马达，或者操作为将动能转换为电能的发电机。可为化学电池或电池组的能量存储装置(ESD)或电池16电连接到电机12。电池16可存储由电机12产生的电能或可分配电能以在运行模式下操作电机12。

传动装置18可操作地联接到ICE 14并且可具有多个固定齿轮，所述固定齿轮可为连续可变的，或者可为它们之间的组合。传动装置18机械地联接到ICE 14并且选择性地提供ICE 14的速度和扭矩比率操纵。控制系统或控制器20与所示的所有组件以及车辆10的其它组件通信，并且包括足够的计算资源或处理能力来执行本文所述的控制方案。

控制器20包括足够的处理能力、存储器、存储装置以及通信结构和能力来执行本文所述的任何计算或确定。控制器20被配置成发送并接收数据，并且基于这类计算或确定实行命令。控制器20可只专用于本文所述的功能，或者可为较大的控制系统的部分。

第一轮轴22机械地联接到电机12，使得电机12选择性地传送扭矩到第一轮轴22和附接到第一轮轴22的车轮(未标号)并从第一轮轴22和所述车轮传送扭矩。第二轮轴24机械地联接到传动装置18，使得ICE 14和传动装置18选择性地传送扭矩到第二轮轴24和附接到第二轮轴24的车轮(未标号)并从第二轮轴24和所述车轮传送扭矩。然而，所示车辆10不包括第一轮轴22和第二轮轴24之间的直接机械连接。

车辆10可包括附加组件(未标号或未示出)，包括但不限于：牵引力逆变器模块(TPIM)、皮带交流发电机起动器(BAS)或常规起动器、众多高压电缆和串行电缆或其它有线或无线信息传送机构。车辆10包括众多传感器或虚拟传感器(未示出)，包括但不限于：至少一个惯性传感器，诸如加速计或惯性测量单元，用于测量并监测横向加速度和纵向加速度的量值和方向；车轮滑转传感器；速度传感器；横摆传感器；或横摆率传感器。

应注意，所示车辆10的任一端可为前端，即，限定正向操作的端。ICE14可安装在前面、中间或后面并且可从任何安装位置机械地联接到前轮轴或后轮轴，电机12从所述安装位置机械地联接到另一轮轴。

此外或作为对电池16和电机12的替代，车辆10可包括其它混合能量存储装置和主要移动器。例如，但无限制之意，惯性存储系统(诸如飞轮)可通过在飞轮移动时存储动能而赋予再生扭矩。该存储的机械能量则可在随后传送回到车辆10的驱动系中。也可利用液压混合架构，使得施加再生扭矩以对液压流体加压，并且然后存储液压流体。所存储的压力随后可用于输出正扭矩到车辆10的驱动系。

当车辆10正在行驶时，控制器20确定驾驶员需要的再生水平。这是正常的再生策略或计划，并且是基于能够由电机12引入而不干扰车辆动态的再生扭矩量，即不会负面地改变行驶感觉或行驶体验的再生量。驾驶员需要的再生水平可为来自某种算法的输出，所述算法将驾驶员或车辆输入(包括加速踏板、制动踏板、行驶模式选择)转换成正常再生计划内的再生扭矩请求。驾驶员需要的再生水平也可来自自主源或系统(例如，但无限制之意，自适应巡航控制或电子稳定性系统)。

然而，在性能行驶期间，电池16的充电状态(SOC)可快速耗尽，使得正常的再生计划无法对电池16再充电，这可使车辆10不使用电机12来运行。因此，在性能行驶期间，控制器20可实施扩充的再生计划。

所述扩充的再生计划允许在附加行驶条件期间对电池16进行充电。然而，如果扩充的再生不被车辆10的其它系统抵消或减摆，所述扩充的再生计划则可增加行驶干扰或负面行驶感觉的情况。

尽管本发明可关于特定应用或行业进行描述，但是本领域中的技术人员应认识到本发明的更广泛的适用性。本领域中的技术人员应认识到诸如“在……上”、“在……下”、“向上”、“向下”等的术语用来描述各图，并且不表示对如由随附权利要求所限定的本发明的范围的限制。任何数字标号，诸如“第一”或“第二”只是说明性的，而并非旨在以任何方式限制本发明的范围。

一张图中所示的特征可与任何图中所示的特征组合、替代任何图中所示的特征或由任何图中所示的特征修改。除非另有陈述，否则没有特征、元件或限制相互排除任何其它特征、元件或限制。此外，没有特征、元件或限制被绝对要求用于操作。各图中所示的任何特定配置只是说明性的并且所示的特定配置不限制权利要求或本描述。

还参考图2，并且继续参考图1，示出了控制方案100，其由混合动力车辆中的再生策略的部分方框500图或流程图示出。图100在本文中可参考混合动力车辆10的组件进行描述。然而，也可在具有不同架构、配置或能力的混合动力车辆上全部或部分利用图100。

控制方案100以六个子区域或方框示出，所述区域或方框被标示为方框200、300、400、500、600和700。然而，在一个方框中进行的确定、输入、输出和计算可用在另一方框中。对方框划定边界只是出于说明性目的，并非旨在限制。还参考图3A、3B、3C、3D、3E和3F，并且继续参考图1-2，示出了图2的方框200-700的细节或描绘性视图。

通过控制方案100，使用可被称为车辆输入110的多个车辆和驾驶员输入来确定一个或多个再生扭矩请求，所述再生扭矩请求可被称为再生扭矩请求120。主要由再生扭矩请求120控制的组件是电机12，但是也可响应于再生扭矩请求120控制其它组件，包括附加的电机。

图3A是图2的方框200的示意性详图，并且大体上示出了SOC区域的选择或确定，所述SOC区域被输出或发送到方框300。确定方框210接收多个个别输入212，个别输入212一般是车辆输入110的部分。本文中所讨论或示出的个别输入212只是说明性的，并且不限制用于确定SOC区域的可用信息的范围。

确定方框210利用摩擦图或摩擦圆250来找到SOC区域并且将其输出到方框300。摩擦圆250示出了可发生再生的可允许车辆动态的可选择区域。每个包络或区域表示车辆10将在其内允许电机12进行再生的一组边界条件。

图3A示出了摩擦圆250，摩擦圆250示出了车辆(诸如图1所示的车辆10)的牵引力。横轴252示出了车辆10的横向加速，并且纵轴254示出了车辆10的纵向加速。摩擦圆250的外部限制表示超出其车辆维持支配或控制的条件。应注意，摩擦圆250是车辆相依的，不需要是完整的圆，并且常常会是椭圆。

为了将电池16的充电状态(SOC)维持在优选范围内，控制器20确定将允许再生的车辆动态条件范围。摩擦圆250(或椭圆)内的特定点表示车辆10(通过其轮胎)和路面之间基于横向和纵向车辆加速的动态相互作用，所述横向和纵向车辆加速如分别由横轴252和纵轴254所示。中心表示零横向或纵向加速，并且边缘表示较高加速。减速示出在摩擦圆250的下半部上。可感测、估计或从其它传感器数据计算横向和纵向加速。

在所示配置中，摩擦圆250内存在四个SOC区域或包络：第一SOC区域261、第二SOC区域262、第三SOC区域263和第四SOC区域264。每个SOC区域表示可允许再生的动态车辆条件范围。所述区域是渐进式的，使得每个较大区域包围并包括所有较小区域。SOC区域可取决于再生期间所要求的或期望的车辆动态特性。

第一SOC区域261，可被称为SOC区域1，涵盖车辆10以相对较低速率减速并且以相对较低的横向加速速率涉及的动态条件。第二SOC区域262，可被称为SOC区域2，包括第一SOC区域261的所有部分加上附加的横向加速和附加的减速。因此，第二SOC区域262包括促使相对于第一SOC区域261的相对较高水平的横向加速、纵向加速或两者的行驶条件下的再生。

第三SOC区域263，可被称为SOC区域3，包括第二SOC区域262的全部(其包围第一SOC区域261)加上附加的横向加速和附加的减速。第四SOC区域264，可被称为SOC区域4，包括第三SOC区域263(其包括或包围第一SOC区域261和第二SOC区域262)，加上一些正向加速，和低水平的横向加速。

在确定方框210中，电池SOC逻辑算法基于电池16和车辆10的需求确定再生是会限于较小区域中的一个，还是会扩充到较大区域。当只允许在第一SOC区域261中再生时，车辆10将只在有限的行驶条件期间对电池16再充电。然而，在第四SOC区域264中，将可在扩充为更大的车辆动态条件范围中利用再生机会。

由方框200确定的SOC区域将作为输入中的一个至少发送到方框300。对方框200和图3A中确定SOC区域时所涉及的计算和算法的附加描述可见于2016年4月4日提交的美国专利申请15/090035，所述申请的全文以引用方式并入。

图3B是图2的方框300的示意性详图，并且大体上示出了对由再生扭矩的引入促使的横摆率的基于车辆动态和SOC的极限的确定。如本文所用，并且贯穿各图，术语横摆可指代绝对横摆(关于垂直轴扭转或成角度)或横摆率(横摆变化)。方框300根据控制方案100基于当前车辆动态操作条件和电池16的当前充电状态将允许的再生建立横摆干扰的最大量。

方框300接收当前车辆动态条件数据，所述数据可被简称为车辆动态316；和由方框200确定的SOC区域。车辆动态316数据可包括但不限于：速度、横向加速度、纵向加速度、横摆率、轮胎法向力、行驶模式选择，以及是否已经选择了快速充电。快速充电是允许车辆10的驾驶员向控制器20警示快速补充电池16的意愿。快速充电设置可促使控制器20自动地选择第四SOC区域264。

取决于SOC区域，控制方案100可使再生扩充超过正常的驾驶员需要的再生水平，以便更快速地补充电池16。这允许比在驾驶员需要的再生水平下操作的情况下更快速地对电池16再充电。

控制方案100采用由方框200发送的SOC区域并且在决定310处确定哪个SOC区域有效。如果是由方框200发送的第一SOC区域261，那么控制方案100前进到框312。

如果第一SOC区域261有效，那么方框300，控制方案100将不使用扩充的再生策略，使得再生扭矩通过正常再生策略确定，如框212中所示。正常的再生策略不超过驾驶员请求的再生。一般来说，基于有限的需求选择第一SOC区域261来对电池16积极地充电，使得正常的再生策略将足以维持SOC水平并且在被请求时允许混合操作。

然而，当第二至第四SOC区域262-264中的一个处于操作中时，控制方案100将前进到框314。对于其它区域，控制方案100将使用扩充的再生策略，如由框314确定，并且将在超出第一SOC区域261期间所用的行驶条件的扩充的行驶条件期间对电池16充电。因此，在框314中，控制方案100由扩充的再生策略确定可由再生的增加的更积极的使用促使的可允许的横摆率变化(或绝对横摆)。控制方案100可能能够抵消或减摆方框300中确定的横摆率变化。

控制方案100因此基于SOC区域，在框314中基于当前车辆动态316确定车辆动态允许的再生最大横摆极限。框314存在三个可行的子例程，其中每个确定可行的车辆动态允许的再生最大横摆极限。子例程322确定第二SOC区域262有效时车辆动态允许的再生最大横摆极限，子例程323确定第三SOC区域263有效时车辆动态允许的再生最大横摆极限，并且子例程324确定第四SOC区域264有效时车辆动态允许的再生最大横摆极限。

由子例程322、323和324确定的三个可行的车辆动态允许的再生最大横摆极限值中的每个为控制器20将允许的以便实施扩充的再生策略的再生引发的横摆率变化的量的基于模型的计算。这些横摆率变化极限是基于当前车辆动态316，使得控制方案100结合车辆10是否被积极行使的情况。

换句话说，虽然控制器20喜欢积极地实施来自电机12的再生以快速地对电池16充电，但是控制器20不愿意这么做，而不管增加横摆率干扰的代价。在当前车辆动态不允许大的再生引发的横摆率变化而不显著影响行驶感觉时尤其出现这样的情况。车辆动态允许的再生最大横摆极限因此可被称为可允许的横摆率变化。

所述模型可基于确定的SOC区域输出最大横摆率变化，所述变化然后通过车辆动态条件修改。另选地，如图3B所示，所述模型可针对具有扩充的再生策略的三个可行SOC区域中的每个输出特定的车辆动态允许的再生最大横摆极限。车辆动态允许的再生最大横摆极限单位对于横摆可为度或者对于横摆率可为度/秒。

对于第二SOC区域262，框314的子例程322制约车辆动态允许的再生最大横摆极限，使得将需要再生引发的横摆率变化减摆一点或不需要减摆。所述减摆可通过其它影响横摆率的子系统实施，如控制方案100中的其它地方所示。

对于第三SOC区域263，方框300允许大的车辆动态允许的再生最大横摆极限，使得将需要减摆再生引发的横摆率变化。对于第四SOC区域264，方框300允许相同的车辆动态允许的再生最大横摆极限，但是也将允许通过马路充电。在通过马路的充电中，ICE 14通过驱动第二轮轴24的车轮而将动能传达给电机12，车轮的驱动使车辆10相对于路面移动，并且因此通过与路面的通信而驱动第一轮轴22的车辆。这允许ICE 14利用电机12用于再生，即使它们之间不存在机械连接。

由方框300确定的车辆动态允许的再生最大横摆极限是对方框700的矫正的输入。由方框300确定的再生引发的横摆率变化是当前车辆动态316和所确定或计算的SOC区域下能够允许的最大横摆率变化。然而，如在控制方案100的剩余部分中所安排，控制器20可能实际上不实施再生高至会促使框314中所确定的允许的再生引发的横摆率变化的全量的水平。

图3C是图2的方框400的示意性详图，其示出了影响横摆率的子系统的特性和对总横摆率影响潜力的确定。方框400在框410中确定车辆的不同组件影响横摆率的能力。示例性组件包括但不限于：防锁死制动系统(ABS)、每个车轮上的个别摩擦制动器和ICE 14(作为正或负扭矩的供应器)。在框412中，对每个制动器或子系统分配从0-1的因数，其中因数1为影响横摆率的强大能力并且因数0为不具有影响横摆率的权力。

方框400的计算和确定，特别是分配给每个致动器的个别因数可被认为是对控制方案100的剩余部分的给定输入。方框400在框414中计算最大的组合车辆横摆率影响潜力，并且将其提供为对方框700的矫正的输入。最大的组合车辆横摆率影响潜力单位可为度/秒。

图3D是图2的方框500的示意性详图，其示出了从电机的再生确定最大可行横摆率效果。在框510中，控制方案100接收电动马达最大再生扭矩极限作为输入。

电动马达最大再生扭矩极限是电机12的可用再生能力。这表示电机12产生再生扭矩的能力。电动马达最大再生扭矩极限的单位可为例如磅英尺或牛顿米。

根据电机12的可用再生能力，控制方案100在框512中确定电动马达最大再生横摆极限，其为在使用电机12的全再生能力的情况下将产生的横摆率变化的量。控制方案100使用使电动马达最大再生扭矩极限(扭矩)与电动马达最大再生横摆极限(度/秒)相关的反算。

电动马达最大再生横摆极限表示在当前动态车辆条件下可实际上由电机12促使的最大横摆率变化，而不管所制定的任何其它横摆率极限或所请求的再生扭矩。电动马达最大再生横摆极限也可被称为电动马达横摆率能力。由方框500确定的电动马达最大再生横摆极限是对方框700的矫正的输入。

图3E是图2的方框600的示意性详图。方框600接收输入610，包括推进横摆率，使得方框600示出对推进横摆率以及命令个别横摆率致动器的考虑。在一些情况下，车辆10的驾驶员可能正在请求推进，与再生相反，这促使干扰。

方框600在框612和614中并入由推进和推进处在讨论中的其它情况所促使的横摆率干扰。在框612中，控制方案100确定是否需要因全再生扭矩请求不可行而修改车辆动态允许的再生横摆目标。车辆动态允许的再生横摆目标是将由车辆10的控制器20所实施的实际横摆率变化。

在框614中，基于是否存在推进横摆干扰的情况而确定车辆动态允许的横摆目标。框614可被理解为逻辑或算法规则：如果推进横摆干扰>0；那么车辆动态允许的横摆目标＝推进横摆干扰；否则车辆动态允许的横摆目标＝车辆动态允许的再生横摆目标；结束。

方框600还包括在框616中，将横摆率请求输出到影响横摆的多个特定致动器中的每个。方框600中的算法、计算和模型可被认为是对控制方案100的剩余部分的给定输入。

图3F是图2的方框700的示意性详图，其示出了车辆动态极限、横摆率影响和电机获得的横摆率之间的矫正以及作为对电机12的再生扭矩请求的输出。至少来自方框300、方框400和方框500的输出向方框700提供输入。

在方框700中，当控制器20正在请求再生时，与推进相反，控制方案100在框710中实行对互相抵触的横摆率极限的比较或矫正。方框700确定车辆动态允许的再生横摆目标，其为与方框300、400和500所提供的互相抵触的横摆率极限的所实施的再生引发的横摆率变化。车辆动态允许的再生横摆目标是将由车辆10的控制器20所实施的实际横摆率变化。

方框300提供车辆动态允许的再生最大横摆极限，其为根据当前车辆动态316和所选SOC区域可允许的最大的再生引发的横摆率改变。方框400提供最大的组合车辆横摆率影响潜力，其为其它系统减摆或抵消由再生扭矩促使的横摆率变化的能力。方框500提供电动马达最大再生横摆极限，其为电机12能够通过再生扭矩产生的最大横摆率变化。

当存在所请求的再生扭矩时，框710在多个输入之间进行矫正，以便确定车辆10中可允许的实际横摆率变化。框710将输入进行比较并且选择方框700的三个输入考虑的最小横摆率极限。

在框710确定来自方框300的车辆动态允许的再生最大横摆极限是最低横摆率极限的情况下，车辆10的当前动态条件和SOC区域限制可由使用电机12进行的再生引入的横摆率量。这意味着车辆动态根据SOC区域为对增加的横摆率的主要限制，即使可能使用电机12产生更多的横摆率变化以及可能使用影响横摆率的子系统减摆横摆率变化也是如此。

在框710确定来自方框400的最大的组合车辆横摆率影响潜力是最低横摆率极限的情况下，车辆10的其它影响横摆率的子系统限制可由使用电机12进行的增加的再生引入的横摆率量。这意味着其它致动器无法抵消或减摆由增加的横摆率促使的横摆率变化，即，来自方框300的车辆动态允许的再生最大横摆极限的全量无法在不促使不期望的行驶干扰的情况下被实施。

在框710确定来自方框500的电动马达最大再生横摆极限是最低横摆率极限的情况下，电机12或电池16接受充电的能力限制能够引入到车辆10的横摆率量。这意味着电机12在其产生将促使增加的横摆率变化的再生扭矩的能力方面有限。换句话说，电池16实际上能够接受的再生量将产生的横摆率小于车辆动态最大的组合车辆横摆率影响潜力能够减摆的横摆率。

框710可被阅读为逻辑或算法规则：如果再生扭矩请求＝0；那么车辆动态允许的横摆推进目标＝车辆横摆影响潜力；否则比较最大的组合车辆横摆影响潜力、车辆动态允许的再生最大横摆极限和电动马达最大再生横摆极限，并且车辆动态允许的再生横摆目标＝最小；结束。因此，框710中的算法矫正输入并且选择最小极限。

最小横摆率极限被设置为车辆动态允许的再生横摆目标。在框712中，控制方案100还通过反算扭矩和横摆率变化之间的关系将横摆率目标转换成目标扭矩，即车辆动态允许的再生扭矩极限，其可被简称为再生扭矩请求。这是一种横摆对扭矩的计算。

应注意，在车辆10正在SOC区域1中操作的情况下，从方框700输出的再生扭矩请求120将简单地为基于正常再生策略的驾驶员需要的再生。然而，在车辆10正在第二、第三或第四SOC区域262、263或264中的任一者中操作的情况下，来自方框700的再生扭矩请求120将等于通过框710中的矫正和框712中的反算确定的车辆动态允许的再生扭矩极限。再生扭矩请求120还可被称为再生扭矩命令，这是因为电机12被命令为在再生扭矩请求120下操作。

方框700还可考虑其它因素。例如，方框600中确定的对个别子系统的横摆率请求也可造成再生扭矩请求的减小。

在设置或输出再生输出扭矩请求120之后，控制方案100可结束、循环或重复。在许多实施中，控制方案100将不断循环以验证车辆10的操作条件并选择优选的再生扭矩请求。在其它配置中，控制方案100会将再生扭矩请求保持在选定的水平直到某个事件发生促使控制方案100重复或重新计算为止。

详细描述和图或附图支持并描述本文所讨论的主题。尽管已经详细描述了最佳模式和其它实施例中的一些，但是也存在各种替代设计、配置和实施例。