用于控制混合動力電動車輛的混合起動發電機的方法和設備與流程

本發明涉及用于控制混合動力電動車輛(HEV)的電氣動力源(例如，混合起動發電機(HSG))的方法和設備，更特別地，涉及通過區分在HEV中影響傳動帶耐久性的張力增加與不增加的情況，控制在HEV中通過傳動帶連接到內燃機的電氣動力源的轉矩的變化的方法和設備。

背景技術：

通常，在混合動力電動車輛(HEV)中存在通過使用傳動帶連接驅動力的系統，并且存在很多如下情況，在其中電氣動力源例如與內燃機連接的混合起動發電機(HSG)通過傳動帶連接以用來啟動發動機、輸出驅動力、對電池充電等。

傳動帶的耐久性受牽拉傳動帶所需的張力的程度的影響，并且為了防止耐久性劣化，需要控制單獨的電動機。

通常，在內燃機和電氣動力源通過傳動帶彼此連接的系統中，由于內燃機的轉動慣量還是比電氣動力源的轉動慣量大，因此通過限制電氣動力源的轉矩變化率來執行防止耐久性劣化的控制。

然而，當如上所述施加均勻轉矩變化率時，即使在執行從電氣動力源輸出的轉矩的絕對值減少的控制時，由于變化率受限，電氣動力源的轉矩控制速度也降低，由此影響控制響應。在電氣動力源的轉矩絕對值實際減少的情況中，牽拉傳動帶的張力減少，因此傳動帶耐久性不被影響。

因此，期望通過區分影響傳動帶耐久性的張力增加與不增加的情況，限制電氣動力源的轉矩的變化。

圖1(現有技術)是示出在混合動力電動車輛中通過使用傳動帶連接驅動力的系統的構成圖，并且示出了通過傳動帶80與內燃機10連接的作為電氣動力源的混合起動發電機(HSG)70、電池60、逆變 器50、驅動電動機30、發動機離合器20、變速器40和差動設備90的連接狀態，并且示出了具有以下結構的系統，該結構包括HSG 70和驅動電動機30之間的電氣路徑以及內燃機10與驅動電動機30和車輪100之間的機械路徑。

變速器40可以由自動變速器(AT)和包括雙離合變速器(DCT)等的多速變速器構成。

在這種系統中，液壓控制單元(HCU)執行用于控制發動機停止的HSG 70的控制，電動機控制單元(MCU)執行HSG 70和驅動電動機30的控制，變速器控制單元(TCU)執行變速器控制，并且發動機管理系統(EMS)執行發動機轉矩控制。

影響傳動帶耐久性的張力是施加到傳動帶的拉力，在HSG 70不輸出轉矩的狀態下，當發動機10輸出轉矩時，由于HSG 70的慣性比發動機10的慣性相對小，傳動帶的耐久性不被顯著影響。然而，當HSG 70輸出轉矩以牽引發動機10時，由于慣性差，需要考慮傳動帶的耐久性，并且限制由HSG 70輸出的轉矩的轉換速率(slew rate)。

在HSG的轉矩的絕對值增加的情況中，張力增加，這根據張力影響傳動帶的耐久性；并且在轉矩的絕對值減少的情況中，張力變為減少，這對傳動帶的耐久性不產生大的影響。

換句話說，通過區分張力增加的情況與張力減少的情況來控制HSG的轉矩變化率是需要的。

作為增加到最大值的線的梯度和變化率的轉換速率可以被視為轉矩隨時間變化的斜率。

在圖2A中所示的線形圖代表電氣動力源(混合起動發電機或HSG)的目標轉矩，在圖2B中所示的線形圖代表基于轉換速率的限制的HSG的實際轉矩。

如圖2所示，當單個轉換速率被應用到電氣動力源的轉矩控制的整個區間時，出現在整個轉矩區域中響應被延遲的現象。

在該背景部分中公開的上述信息僅僅是為了增強對本發明的背景的理解，因此它可能包含不構成在本國中對本領域技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現要素：

本發明提供用于控制混合動力電動車輛(HEV)的混合起動發電機(HSG)的方法和設備，其能夠區分影響連接在內燃機和HSG之間的傳動帶的耐久性的張力增加的區間和張力減少的另一個區間，以便限制連接到傳動帶的HSG的轉矩的變化。

在一個方面中，本發明提供一種用于限制在混合動力電動車輛中通過傳動帶與內燃機連接的電氣動力源的轉矩的變化的控制方法，其中通過區分電氣動力源的目標轉矩的絕對值增加的區間和絕對值減少的區間，控制目標轉矩的變化率。

在優選實施例中，在目標轉矩的絕對值減少的區間中，目標轉矩的變化率可以被確定為比在目標轉矩的絕對值增加的區間中的目標轉矩的變化率大的值。

在另一方面中，本發明提供一種用于限制在混合動力電動車輛中通過傳動帶與內燃機連接的電氣動力源的轉矩的變化的控制方法，其中監測根據電氣動力源的目標轉矩的變化率確定的實際轉矩，從而將該實際轉矩反饋作為先前轉矩值，并且基于先前轉矩值和目標轉矩的增減狀態，確定目標轉矩的變化率。

在優選實施例中，在目標轉矩增加的區間中，先前轉矩值具有負(-)值時的目標轉矩的變化率可以被確定為比先前轉矩值具有正(+)值時的目標轉矩的變化率大的值。

在另一優選實施例中，在目標轉矩減少的區間中，先前轉矩值具有正(+)值時的目標轉矩的變化率可以被確定為比先前轉矩值具有負(-)值時的目標轉矩的變化率大的值。

在又一方面中，本發明提供了一種用于限制在混合動力電動車輛中通過傳動帶與內燃機連接的電氣動力源的轉矩的變化的控制設備，包括：目標轉矩控制單元，其控制電氣動力源的目標轉矩；以及轉換速率限制器，其被布置在目標轉矩控制單元中，并且可變地控制目標轉矩的變化率。

在優選實施例中，轉換速率限制器可以通過區分電氣動力源的目標轉矩的絕對值增加的區間和絕對值減少的區間，控制目標轉矩的變化率，并且詳細地，在目標轉矩的絕對值減少的區間中，轉換速率限制器可以 將目標轉矩的變化率確定為比在目標轉矩的絕對值增加的區間中的目標轉矩的變化率大的值。

在另一優選實施例中，轉換速率限制器可以監測根據電氣動力源的目標轉矩的變化率確定的實際轉矩作為先前轉矩值，并且基于先前轉矩值和目標轉矩的增減狀態，確定目標轉矩的變化率。

在又一實施例中，在目標轉矩增加的區間中，轉換速率限制器可以將先前轉矩值具有負(-)值時的目標轉矩的變化率確定為比先前轉矩值具有正(+)值時的目標轉矩的變化率大的值，并且在目標轉矩減少的區間中，轉換速率限制器可以將先前轉矩值具有正(+)值時的目標轉矩的變化率確定為比先前轉矩值具有負(-)值時的目標轉矩的變化率大的值。

在再一優選實施例中，目標轉矩可以是具有負(-)值和正(+)值兩者的方波形式的轉矩。

根據用于控制在混合動力電動車輛中與傳動帶連接的HSG的方法，通過區分影響傳動帶耐久性的張力增加的區間和張力減少的區間，區別電氣動力源(HSG)的轉換速率，從而在施加到傳動帶的張力減少的區間(HSG的轉矩的絕對值變化為減少的區間)中加快響應。

即，通過加快電氣動力源(HSG)的控制響應，可以增加駕駛性和燃料效率，并且可以防止傳動帶耐久性劣化。

以下討論本發明的其他方面和優選實施例。

附圖說明

現在將參考附圖所示的某些示例性實施例詳細描述本發明的上述特征和其他特征，附圖僅以說明的方式提供，并因此不限制本發明，并且其中：

圖1(現有技術)是示出在混合動力電動車輛中通過使用傳動帶連接驅動力的系統的構成圖；

圖2A(現有技術)是示出電氣動力源的目標轉矩的線形圖；

圖2B(現有技術)是示出限制了轉換速率的電氣動力源的實際轉矩的線形圖；

圖3是根據本發明的描述用于控制在混合動力電動車輛中與傳動帶連接的電氣動力源的方法的概念圖；

圖4是根據本發明的示出用于使用轉換速率限制器來控制電氣動力源的轉矩的方法的概念圖；

圖5和圖6是根據本發明的示出用于使用先前轉矩值來控制電氣動力源的轉矩變化率的方法的概念圖；以及

圖7是根據本發明的描述轉換速率限制器的內部計算方案的圖示。

應當理解，附圖未必按比例繪制，它們呈現本文所公開的本發明的各種示例性特征的某些簡化表示。如本文公開的本發明的具體設計特征，包括例如具體尺寸、方向、位置和形狀，將部分由特定用途和使用環境所確定。

在附圖中，相同的參考標號指代本發明的相同或者等同部件。

具體實施方式

在下文中，將詳細參考本發明的各種示例性實施例，本發明的示例在附圖中示出且在下文中描述。盡管將結合示例性實施例描述本發明，但是應該理解，本說明書并不旨在將本發明限制到這些示例性實施例。相反，本發明旨在不僅涵蓋示例性實施例，而且涵蓋各種替換、修改、等同體和其他實施例，它們可以被包括在所附權利要求限定的本發明的精神和范圍內。

應當理解，在此使用的術語“車輛”或“車輛的”或者其他類似的術語包括一般機動車輛，例如客運汽車(包括運動型多功能車輛(SUV))、公共汽車、卡車、各種商用車輛、水運工具(包括各種艇和船)、飛機等，并且包括混合動力車輛、電動車輛、插電式混合動力電動車輛、氫動力車輛和其他替代燃料車輛(例如，從石油以外的資源得到的燃料)。如在此提到的，混合動力車輛是具有兩個或更多個動力源的車輛，例如，既有汽油動力又有電動力的車輛。

在此使用的術語只是出于描述特定實施例的目的，并非意圖限制本發明。如在此使用的，單數形式“一”、“一個/一種”以及“該/所述”意在也包括復數形式，除非上下文另行清楚地指出。還應當理解，當在本說明書中使用時，術語“包括”和/或“包含”指明所敘述的特征、整數、步驟、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一個或多個其他特征、整數、步驟、操作、元素、部件和/或它們的群組。如在此使用 的，術語“和/或”包括所列出的相關項目中的一個或多個的任何組合以及全部組合。在整個說明書中，除非明確地相反描述，否則詞語“包括”及其變形例如“含有”或“包含”應理解為暗示包括所敘述的元素但不排除任何其他元素。此外，說明書中描述的術語“單元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模塊”是指用于處理至少一個功能和操作的單元，并且能夠通過硬件、軟件或其組合來實現。

此外，本發明的控制邏輯可以被體現為計算機可讀介質上的非暫時性計算機可讀媒介，其包含可執行程序指令，可執行程序指令由處理器、控制器/控制單元等執行。計算機可讀介質的示例包括但不限于ROM、RAM、光盤(CD)-ROM、磁帶、軟盤、閃存驅動器、智能卡和光學數據存儲設備。計算機可讀記錄介質也可以分布在聯網的計算機系統中，使得計算機可讀媒介以分布式方式例如由遠程信息處理服務器或者控制器局域網(CAN)存儲和執行。

參考圖1(現有技術)，當具有小轉動慣量的混合起動發電機(HSG)70通過傳動帶80連接到具有相對較大的轉動慣量的內燃機10時，在將轉矩施加到電氣動力源70的情況下，張力作用于傳動帶80，并且在存在較大轉矩變化的情況下，傳動帶80的耐久性會劣化。

為了防止傳動帶80的耐久性劣化，設定電氣動力源70的轉矩的轉換速率，并且電氣動力源的轉矩在設定的轉換速率的范圍內變化。在這種情況下，轉矩控制響應按照設定的轉換速率被延遲。

在現有技術中，如圖2A和圖2B所示，當HSG的目標轉矩變化時，通過施加單個轉換速率限制實際轉矩。

現有技術的這種轉矩控制方法是具有如下缺點的代表性示例，即通過施加單個轉換速率延遲控制響應，而不管張力的增加和減少。

在本發明中，為了克服該缺點，將描述一種方法，該方法在控制HSG的轉矩的整個范圍中不施加單個轉換速率，并且使張力增加的情況/區間和張力減少的情況/區間分開，在不影響傳動帶的耐久性的張力減少的情況中增加轉換速率，由此增加轉矩控制響應。

在轉矩的控制中，重要的是最大化地加快響應性(即，重要的是將目標轉矩最大化地控制為與實際轉矩相同)，但是會對傳動帶的耐久性產生負面影響，并且因此，與目標轉矩(替換地，目標輸出轉矩) 相比，需要通過將實際轉矩(替換地，實際輸出轉矩)限制到預定轉換速率來輸出實際轉矩。

當電氣動力源例如混合起動發電機(HSG)的轉矩沿張力減少(即，轉矩的絕對值減少)方向變化時，由于即使轉矩快速變化，變化的轉矩對傳動帶的耐久性影響也較小，因此轉換速率可以被設定為比沿張力增加(即，轉矩的絕對值增加)方向的轉換速率大的值。

因此，如圖3所示，在目標轉矩沿張力減少方向快速變化的情況中(A和C區間)，通過將轉換速率設定為大的值，快速改變實際轉矩，并且在目標轉矩沿張力增加方向變化的情況中(B和D區間)，通過將轉換速率設定為相對較小的值，限制實際轉矩的轉矩變化率，以防止傳動帶的耐久性劣化。

在下文中，將參考附圖描述本發明的優選的詳細控制方法，使得本領域技術人員容易地實施優選的詳細控制方法。

本文中，目標轉矩是HSG意圖理想地輸出的目標轉矩，作為由HSG實際輸出的轉矩的實際轉矩是根據目標轉矩的變化率確定的HSG的輸出轉矩。

如圖3所示，在本發明中，作為用于在混合動力電動車輛中限制通過傳動帶與內燃機連接的HSG的轉矩的變化的控制方法，通過區分HSG的目標轉矩的絕對值(大小值)增加的區間和HSG的目標轉矩的絕對值減少的區間，控制目標轉矩的變化率(轉換速率)。

詳細地，在HSG的目標轉矩的絕對值減少的區間(圖3的A和C區間)中，目標轉矩的變化率被設定為比目標轉矩的絕對值增加的區間(圖3的B和D區間)大的值。

即，在HSG的目標轉矩的絕對值減少的區間中，目標轉矩的變化率被設定為相對較大的值，而在HSG的目標轉矩的絕對值增加的區間中，目標轉矩的變化率被設定為相對較小的值。

因此，根據目標轉矩的變化率限制和確定HSG的實際轉矩值。

圖4是示出根據在轉換速率限制器1中確定的目標轉矩的變化率來確定和限制實際轉矩的概念圖，并且通過使用先前轉矩值來實時控制轉換速率限制器1中的目標轉矩的變化率。

參考圖4，根據目標轉矩的變化率確定的實際轉矩被反饋作為先前 轉矩值，并且通過根據先前轉矩值的符號和目標轉矩的增加/減少來設定和確定目標轉矩的變化率，以此限制轉矩變化。

在這種情況下，先前轉矩值被確定為通過實時監測實際轉矩而獲得的值，并且例如被確定為通過每單位時間(替換地，在預定時間間隔處)對實際轉矩進行采樣而獲得的值。

圖4的轉換速率限制器1將目標轉矩的變化率設定為上升限值和下降限值，上升限值和下降限值是基于先前轉矩值確定的轉矩變化率。

轉換速率限制器1可以被設計在用于控制HSG的電動機控制單元(MCU)或液壓控制單元(HCU)中。

圖5和圖6是示出通過使用先前反饋的轉矩值來設定目標轉矩的變化率，即當前轉矩值的變化率的方案的概念圖。

參考圖5和圖6，上升限值和下降限值是基于實際轉矩的先前轉矩值確定的目標轉矩的當前轉矩值的變化率。特別地，上升限值是在目標轉矩增加的區間中當前轉矩值的變化率，并且下降限值是在目標轉矩減少的區間中當前轉矩值的變化率。

首先，在應用上升限值的目標轉矩增加的區間中，如下設定和控制轉矩變化率。

當從轉換速率限制器1的輸出側反饋的實際轉矩的先前轉矩值具有負(-)值時，即，當目標轉矩在目標轉矩的絕對值減少的區間中具有負(-)值時(圖3的A區間)，目標轉矩的當前轉矩值的變化率(即，上升限值)被設定為相對較大的值，以增加控制響應性能，并且當先前轉矩值具有正(+)值時，即，當目標轉矩在目標轉矩的絕對值增加的區間中具有正(+)值時(圖3的B區間)，目標轉矩的當前轉矩值的變化率(即，上升限值)被設定為相對較小的值，以防止傳動帶的耐久性劣化。

換句話說，在目標轉矩增加的區間中，在先前轉矩值具有負(-)值的情況下，與先前轉矩值具有正(+)值的情況相比，目標轉矩的變化率被設定為相對較大的值，從而控制當前轉矩值。在這種情況下，通過設定為較大值的轉矩變化率(即，上升限值)限制當前轉矩值。

本文中，當前轉矩值是在先前轉矩值之后確定和輸出的實際轉矩值。

在應用下降限值的目標轉矩減少的區間中，如下設定和控制轉矩變化率。

當從轉換速率限制器1的輸出側反饋的實際轉矩的先前轉矩值具有正(+)值時，即，當目標轉矩在目標轉矩的絕對值減少的區間中具有正(+)值時(圖3的C區間)，目標轉矩的當前轉矩值的變化率(即，下降限值)被設定為相對較大的值，以增加控制響應性能，并且當先前轉矩值具有負(-)值時，即，當目標轉矩在目標轉矩的絕對值增加的區間中具有負(-)值時(圖3的D區間)，目標轉矩的當前轉矩值的變化率(即，下降限值)被設定為相對較小的值，以防止傳動帶的耐久性劣化。

換句話說，在目標轉矩減少的區間中，在先前轉矩值具有正(+)值的情況下，與先前轉矩值具有負(-)值的情況相比，目標轉矩的變化率被設定為相對較大的值，從而控制當前轉矩值。在這種情況下，通過設定為較大值的轉矩變化率(即，下降限值)限制當前轉矩值。

另一方面，圖7示出了轉換速率限制器的內部計算方案。

參考圖7，轉換速率限制器被配置為通過接收目標轉矩作為輸入來確定和輸出實際轉矩，并且將首先輸入的目標轉矩與第一求和值進行比較以選擇兩個值中的較小值(替換地，最小值)，并且將選定的較小值(替換地，最小值)與第二求和值進行比較以選擇兩個值中的較大值(替換地，最大值)，以確定和輸出選定的值作為實際轉矩。

在這種情況下，輸出的實際轉矩被延遲預定時間(計算轉矩變化率/轉換速率時應用的單位時間)，且被反饋到第一求和單元2和第二求和單元3。

在這種情況下，由第一求和單元2計算的第一求和值是通過對上升限值和先前轉矩值求和而得到的值，并且由第二求和單元3計算的第二求和值是通過從先前轉矩值減去下降限值而得到的值。

因此，上述轉換速率限制器1通過區分電氣動力源的目標轉矩的絕對值增加的區間和絕對值減少的區間，可變地控制目標轉矩的變化率，并且例如，在電氣動力源的目標轉矩的絕對值減少的區間中，目標轉矩的變化率被確定和控制為比目標轉矩的絕對值增加的區間大的值。

換句話說，轉換速率限制器1在電氣動力源的目標轉矩增加的區間 中，將目標轉矩具有負(-)值時的目標轉矩的變化率控制和確定為比目標轉矩具有正(+)值時的目標轉矩的變化率大的值，并且轉換速率限制器1在電氣動力源的目標轉矩減少的區間中，將目標轉矩具有正(+)值時的目標轉矩的變化率確定和控制為比目標轉矩具有負(-)值時的目標轉矩的變化率大的值。

通過轉換速率限制器1和在其中具有轉換速率限制器的目標轉矩控制單元4可以實現可變地控制通過傳動帶連接到內燃機的電氣動力源的轉矩變化率的方法。

即，參考圖4，作為限制在混合動力電動車輛中通過傳動帶與內燃機連接的電氣動力源的轉矩的變化的控制設備，可以構成如下電氣動力源控制設備，其包括控制電氣動力源的目標轉矩的目標轉矩控制單元4和布置在目標轉矩控制單元4中的轉換速率限制器1，從而可變地控制電氣動力源的目標轉矩的變化率。

目標轉矩控制單元4根據由轉換速率限制器1確定的目標轉矩的變化率來限制電氣動力源輸出的實際轉矩，并且例如，根據電氣動力源的目標轉矩的變化率確定的轉矩指令被傳輸到電氣動力源以控制電氣動力源的輸出轉矩。

目標轉矩控制單元4可以是安裝在混合動力電動車輛中的控制單元中的一個，例如負責控制電氣動力源的電動機控制單元(MCU)或液壓控制單元(HCU)，并且例如，當液壓控制單元(HCU)作為目標轉矩控制單元4控制電氣動力源的目標轉矩時，液壓控制單元(HCU)將用于控制目標轉矩的指令傳輸到電動機控制單元(MCU)，以控制電氣動力源的目標轉矩。

本文中，電氣動力源的目標轉矩是如圖3所示的具有負(-)值和正(+)值的方波形式的轉矩，并且可以由用于控制電氣動力源的轉矩的電動機控制單元(MCU)或安裝在混合動力電動車輛中的控制單元中的一個例如液壓控制單元(HCU)等確定。

已經參考優選實施例詳細描述了本發明。然而，本領域技術人員應當理解，在不偏離本發明的原理和精神的情況下，可以在這些實施例中進行改變，本發明的范圍由隨附權利要求及其等價物限定。