專利名稱：在混合動力電動車輛中延長再生制動的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在混合動力電動車輛中延長(extending)再生制動的系統(tǒng)和方法。
技術(shù)背景混合動力電動車輛在車輛減速期間可以執(zhí)行再生制動操作以捕獲并儲存能量，否則該能量將由于執(zhí)行機械制動操作而損耗。具體地，在減速期間，電能轉(zhuǎn)換裝置(例如發(fā)電機)可以吸收由于車輛減速而產(chǎn)生的動能，并可將該動能轉(zhuǎn)換成可用于增加電池充電狀態(tài)的電能。執(zhí)行再生制動操作不僅是補償能量所希望的，而且因為混合動力 電動車輛可以以機械車輪制動器提供的最小負轉(zhuǎn)矩或沒有負轉(zhuǎn)矩減速。從而減少機械車輪制動器上的磨損。在車輛運行期間，由于電池充滿，再生制動有利于通過車輪制動器的機械制動。當電能從電池消耗時可以重新開始再生制動，以便電池具有儲存更多電能的空間。在再生制動和機械制動之間不停的切換會被車輛駕駛員感知，且車輛駕駛員會感覺到該切換是令人不快的。此外，機械車輪制動器的附加使用會產(chǎn)生隨著時間的附加的磨損。在一種方法中，通過將過剩的電能分配到各種車輛系統(tǒng)用于加熱目的，可以延長 再生制動操作。具體地，通過將從再生制動補償?shù)哪芰恳龑е羶?nèi)燃發(fā)動機的冷卻劑回 路中的電阻加熱器，以加熱發(fā)動機從而改進排放，可以在電池充滿后執(zhí)行一段時間的 再生制動。此外，在混合動力車輛系統(tǒng)中，例如U.S.6,574,535中所述，可以供應過 剩的電能以加熱混合動力電動車輛的乘員艙加熱器。然而，發(fā)明人在此認識到上述方法的一些問題。具體地，在一些工況下，可以在 一段時間后暫停再生制動搡作，以防止發(fā)動機冷卻劑使發(fā)動機過熱或防止車艙不舒適 地變熱。從而，雖然上述方法可以將再生制動能力延長了一段時間，但是最終不得不 使用機械車輪制動器以使車輛減速。發(fā)明內(nèi)容在本文所述的至少一個方法中，上述問題中的至少一些可以通過產(chǎn)生制動力以使 車輛減速的方法解決，該車輛包括連接到第一電能轉(zhuǎn)換裝置的輸入的內(nèi)燃發(fā)動機，所 述第一電能轉(zhuǎn)換裝置具有連接到變速器的輸出，及連接到變速器的下游的第二電能轉(zhuǎn) 換裝置，所述第一和第二電能轉(zhuǎn)換裝置至少由電池驅(qū)動，該方法包括在減速工況期 間，通過第二電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以產(chǎn)生可在電池中儲存的電能，而通過來自 第一電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)動內(nèi)燃發(fā)動機以消耗來自電池的電能。以此方式，可以執(zhí)行甚至延長的時間的再生制動使混合動力車輛減速，以進一步 減少機械車輪制動操作的使用。作為非限制性示例，可以執(zhí)行較長時間的再生制動操 作，因為一旦電池充滿或充至選擇的水平，就可以調(diào)節(jié)第一電能轉(zhuǎn)換裝置以消耗一定 量的電能，該電能的量跟隨(tracks)由第二電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電能的量，其視為 電荷中和狀態(tài)(charge neutral state)。此外，在制動操作期間，所消耗的電能的 量可以基于產(chǎn)生的電能的量調(diào)節(jié)以控制充電狀態(tài)至期望的水平。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明公開的混合動力電動車輛的示例實施例的示意圖；圖2示出圖1的車輛的發(fā)動機、進氣系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的示意圖；圖3圖示出在延長的再生制動期間圖1的車輛的電能轉(zhuǎn)換裝置的工作效率；及圖4示出提供再生制動力至圖1的車輛的控制例程的流程圖。
具體實施方式
圖1示出車輛混合動力推進系統(tǒng)的示例實施例?；旌蟿恿ν七M配置可用于所公開 的方法以在延長期間提供改進的車輛制動，改進的車輛制動保持高電池充電狀態(tài)并減 少機械車輪制動器上的磨損。在該示例中，混合動力推進系統(tǒng)可以包括具有一個或多 個汽缸30的阿特金森循環(huán)(Atkinson cycle)內(nèi)燃發(fā)動機(ICE) 10，變速器14, 最終傳動/輪18或其他用于傳遞推進力至地面的適合的裝置，和兩個電能轉(zhuǎn)換裝置 12和16。每個輪18可以包括車輪制動裝置22。電能轉(zhuǎn)換裝置12和16可以作為馬達搡作并將電能轉(zhuǎn)換成輸出轉(zhuǎn)矩。此外，電能 轉(zhuǎn)換裝置12和16可以作為發(fā)電機操作并將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成電能。應注意，在本文中電能 轉(zhuǎn)換裝置12和16指的是馬達和發(fā)電機中的至少一個。在一個示例中，第一電能轉(zhuǎn)換裝置可以是曲軸集成式起動機發(fā)電機(crank integrated starter generator) (CISG) 。 CISG 12可以連接在發(fā)動機10的輸出 上，且還可以連接到變速器14,從而提供起動機/發(fā)電機能力。在一些實施例中，轉(zhuǎn) 矩變換器可以設(shè)置在CISG的輸出和變速器的輸入之間。第二電能轉(zhuǎn)換裝置可.以是電 子后軸驅(qū)動(electric rear axle drive) (ERAD)裝置。ERAD 16可以連接到變速 器14的輸出的下游的傳動系，并可以提供轉(zhuǎn)矩至最終傳動/輪18。在一些實施例中， ERAD可以通過連接到最終傳動/輪的行星齒輪組傳遞轉(zhuǎn)矩至傳動系，從而以電動驅(qū)動 模式或混合動力驅(qū)動模式提供推進能力。在一些實施例中，ERAD可以通過傳動帶或 其他合適的機構(gòu)傳遞轉(zhuǎn)矩至傳動系。電能轉(zhuǎn)換裝置12和16可以與電池20電連通。在一些工況下，電能轉(zhuǎn)換裝置通過轉(zhuǎn)換由電池提供的電能產(chǎn)生輸出轉(zhuǎn)矩。在一些實施例中，電能轉(zhuǎn)換裝置12和16可 用作發(fā)電機以將機械產(chǎn)生的動力轉(zhuǎn)換成可在電池中儲存的電能。替代(或補充)地在一些實施例中，電能可以儲存在一個或多個電容器(未示出)中。此外，應理解，在一些工況下，電能轉(zhuǎn)換裝置12和16可以由電池以外的能量源驅(qū)動。例如，ic發(fā)動機IO可以產(chǎn)生可由電動馬達使用的動力。此外，注意在一些實 施例中，ERAD電能轉(zhuǎn)換裝置可以與行星齒輪配置以外的齒輪配置可操作地連通。在所示的配置中，車輛可以由發(fā)動機或馬達中的至少一個推進。在該具體示例中， 示出了后輪驅(qū)動配置，然而應理解，也可以實施其他驅(qū)動配置，如前輪驅(qū)動或全輪驅(qū) 動。換言之，IC發(fā)動機、CISG、及ERAD可以僅向前輪提供轉(zhuǎn)矩?；蛘撸齻€轉(zhuǎn)矩源 可以向所有輪提供轉(zhuǎn)矩。在另一個示例中，ERAD可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩至前輪，CISG馬達和 IC發(fā)動機可以向后輪提供轉(zhuǎn)矩，或相反。在一些實施例中，ERAD可以連接到變速器的下游。例如，ERAD可以直接連接到 變速器的輸出。如另一個示例，ERAD可以連接到最終傳動/輪。如又一個示例，ERAD 可以連接到變速器的下游，且可以通過各種齒輪組如行星齒輪組，提供轉(zhuǎn)矩輸出。應注意，不同的轉(zhuǎn)矩源在各種工況期間如果不是向所有輪提供轉(zhuǎn)矩輸出，就是向 所有輪中的至少一個提供轉(zhuǎn)矩輸出。此外，在一些實施例中，由各種轉(zhuǎn)矩源產(chǎn)生的轉(zhuǎn) 矩可以基于各種工況，通過不同的機械和/或電力路徑分配到不同的輪上。雖然圖1示出一個示例混合動力推進配置，但注意也可以使用本文所提到的多種 其他配置。對于完全串聯(lián)式混合動力推進系統(tǒng)，可以操作發(fā)動機以產(chǎn)生適合由一個或 多個馬達使用的能量形式。例如，對于完全串聯(lián)式混合動力電動車輛(HEV),發(fā)動 機可以通過馬達/發(fā)電機產(chǎn)生電力，該電力可以用來驅(qū)動用于推進車輛的電動馬達。 如另一個示例，可以搡作發(fā)動機向液壓系統(tǒng)或氣動系統(tǒng)提供泵功(pump work),該 液壓系統(tǒng)或氣動系統(tǒng)可以用來驅(qū)動用于推進車輛的液壓馬達或氣動馬達。還如另一個 示例，可以操作發(fā)動機向飛輪或類似裝置提供動能用于在驅(qū)動輪上的后續(xù)應用。對于并聯(lián)式混合動力推進系統(tǒng)，可以相互獨立地操作發(fā)動機與一個或多個馬達。 如一個示例，可以操作發(fā)動機向驅(qū)動輪提供轉(zhuǎn)矩，同時可以選擇性地操作馬達(例如 電動馬達、液壓馬達等)以增加或去除傳遞到輪上的轉(zhuǎn)矩。如另一個示例，可以操作 發(fā)動機而不搡作馬達或操作馬達而不操作發(fā)動機。此外，對于串聯(lián)式或并聯(lián)式推進系統(tǒng)，或其組合，可以包括儲能裝置以使發(fā)動機 和/或馬達產(chǎn)生的能量儲存用于后續(xù)一個或多個馬達使用。例如，可以執(zhí)行再生制動 操作，其中電能轉(zhuǎn)換裝置(馬達/發(fā)電機)用來將驅(qū)動輪上的動能轉(zhuǎn)換成適合在儲能 裝置中儲存的能量形式。例如，對于HEV,馬達或單獨的發(fā)電機可以用于將輪上的轉(zhuǎn) 矩或由發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成電能，該電能可以儲存在儲能裝置中。類似的方法可 以應用到其他類型的混合動力推進系統(tǒng)，包括液壓、氣動混合動力推進系統(tǒng)，或包括 飛輪的混合動力推進系統(tǒng)。注意在一些實施例中，單獨的馬達和/或發(fā)電機可以用來 協(xié)作地產(chǎn)生電力以及輸出轉(zhuǎn)矩。在所示的實施例中，在變速器的每側(cè)上或變速器元件的每側(cè)上提供電能轉(zhuǎn)換裝置512與電能轉(zhuǎn)換裝裝置16。在此示例中，可操作電能轉(zhuǎn)換裝置12與16中的一個或多 個用來提供或吸收來自傳動系的轉(zhuǎn)矩，包括或不包括由發(fā)電機IO提供的轉(zhuǎn)矩。使電 池20充電的再生制動可以通過圖1的配置，通過變速器從驅(qū)動輪傳遞轉(zhuǎn)矩到電能轉(zhuǎn) 換裝置12實現(xiàn)，其中電能轉(zhuǎn)換裝置12可以執(zhí)行電力發(fā)電機的功能或替代地電能轉(zhuǎn)換 裝置16可以執(zhí)行電力發(fā)電機的功能，此外，兩個電能轉(zhuǎn)換裝置都可以執(zhí)行電力發(fā)電 機的功能以產(chǎn)生可在電池中儲存的電能。其他的電能吸收和消耗配置也是可能的。示例混合動力推進系統(tǒng)可以包括如圖所示為控制器24的一個或多個電子控制單 元以控制混合動力傳動系的操作。控制器可以接收來自遍及車輛分布的傳感器的各種 信號。多個傳感器可以檢測到各種工況，包括發(fā)動機與變速器工況，電池與馬達/發(fā) 電機工況，駕駛員輸入，例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速(例如RPM)、發(fā)動機轉(zhuǎn)矩、CISG轉(zhuǎn)矩、ERAD 轉(zhuǎn)矩、車輪轉(zhuǎn)矩、踏板位置、電池充電狀態(tài)，及其他工況。傳感器信號可以在控制器 中處理和/或儲存，且控制器可以基于來自傳感器信號的計算向在不同車輛系統(tǒng)中的 執(zhí)行器發(fā)送各種反饋控制信號以控制車輛運行。在一些實施例中，可以通過單個電子控制單元控制車輛運行。此外，在一些實施 例中，不同的控制器可以控制不同的車輛系統(tǒng)。例如，可以指定控制器以控制發(fā)動機 和/變速器操作的方面，然而可以指定不同的控制器以控制電池，電力儲存及輸出。 在一些實施例中，車輛可以包括多層次的控制器，該控制器可以收集，儲存，及處理 輸入信號信息，且還產(chǎn)生反饋控制信息。例如， 一個或多個控制器可以收集和儲存原 始信號數(shù)據(jù)并執(zhí)行低級信號處理，如信號增強，及各種計算。處理的信號數(shù)據(jù)可以發(fā) 送到一個或多個不同的控制器以執(zhí)行附加的處理與高級分析，以及產(chǎn)生可操作的反 饋。或者，在一些實施例中，單個控制器(或控制器組)可以控制即使不是所有車輛 運行的方面，也是大多數(shù)車輛運行的方面。通過控制器24的發(fā)動機操作的控制將在 下文中參考圖2進一步詳細描述。圖2是示出多汽缸發(fā)動機10的一個汽缸30的示意圖，該發(fā)動機可以包括在如上 所述的混合動力電動車輛的推進系統(tǒng)中。發(fā)動機10至少部分地由包括控制器24的控 制系統(tǒng)和通過輸入裝置130來自車輛駕駛員132的輸入控制。在該示例中，輸入裝置 130包括加速器踏板和用于產(chǎn)生成比例的踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā) 動機10的燃燒室(即汽缸)30可以包括燃燒室壁32,活塞36位于其中?；钊?6可 以連接到曲軸40,以便將活塞的往復運動轉(zhuǎn)換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。曲軸40可以通過 中間變速器系統(tǒng)連接到車輛的至少一個驅(qū)動輪。此外，起動機馬達可以通過飛輪連接 到曲軸40以使發(fā)動機IO進行起動操作。燃燒室30可以通過進氣歧管42接收來自進氣道44的進氣，并通過排氣道48排 出燃燒氣體。進氣道44和排氣道48可選擇地分別通過進氣門52和排氣門54與燃燒 室30連通。在一些實施例中，燃燒室30可以包括兩個或多個進氣門和/或兩個或多 個排氣門。進氣門52可以通過電動氣門執(zhí)行器(EVA) 51由控制器24控制。類似地，排氣 門54可以通過EVA53由控制器24控制。在一些工況期間，控制器24可以改變提供 到執(zhí)行器51和53的信號以控制各個進氣門和排氣門的開啟和關(guān)閉。進氣門52和排 氣門54的位置可以分別通過氣門位置傳感器55和57確定。在替代的實施例中，進 氣門和排氣門中的一個或多個可以由一個或多個凸輪驅(qū)動，并可以使用凸輪廓線變換 (CPS)、可變凸輪正時(VCT)、可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL) 系統(tǒng)中的一個或多個以改變氣門操作。例如，汽缸30可以可選地包括通過電動氣門 驅(qū)動控制的進氣門和通過包括CPS和/或VCT的凸輪驅(qū)動控制的排氣門。燃料噴射器66如圖所示設(shè)置在進氣道44中，在該配置中向燃燒室30上游的進 氣道提供所知的進氣道燃料噴射。燃料噴射器66可以與通過電子驅(qū)動器28從控制器 24接收的信號脈沖寬度FPW成比例地噴射燃料。燃料可以通過包括燃料箱、燃料泵 和燃料導管的燃料系統(tǒng)(未示出)提供至燃料噴射器66。在一些實施例中，燃燒室 30可以替代或補充地包括直接連接到燃燒室30的燃料噴射器，用于以所知的直接噴 射的方式將燃料直接噴射到燃燒室30中。進氣歧管42可以包括具有節(jié)流板64的節(jié)氣門62。在該具體示例中，節(jié)流板64 的位置可以通過提供到電動馬達或與節(jié)氣門62配套的執(zhí)行器的信號由控制器24改 變，該配置通常稱為電動節(jié)氣門控制(ETC)。以此方式，可以操作節(jié)氣門62以改變 提供到發(fā)動機汽缸中的燃燒室30的進氣。節(jié)流板64的位置可以通過節(jié)氣門位置信號 TP提供至控制器24。進氣歧管42可以包括用于向控制器24分別提供信號MAF和MAP 的質(zhì)量空氣流量傳感器120和歧管空氣壓力傳感器122。在選擇的工況下，點火系統(tǒng)88可以響應于來自控制器24的點火提前信號SA, 通過火花塞92向燃燒室30提供點火火花。雖然圖中示出火花點火構(gòu)件，但在一些實 施例中，發(fā)動機10的燃燒室30或一個或多個其他的燃燒室可以以壓縮點火模式搡作，可以使用或不使用點火火花。排氣傳感器126如圖所示連接到排放控制裝置70上游的排氣道48。傳感器126 可以是用于提供排氣空燃比的指示的任何適合的傳感器，如線性氧傳感器或UEGO(通 用或?qū)捰蚺艢庋?傳感器、雙態(tài)氧傳感器或EGO、 HEGO(加熱型EGO) 、 NOx、 HC或 CO傳感器。排放控制裝置70如圖所示沿著排氣傳感器126下游的排氣通道48設(shè)置。 排放控制裝置70可以是三元催化劑(TWC) 、 NOx捕集器、各種其他排放控制裝置或 其組合。在一些實施例中，在發(fā)動機10運行期間，可以通過在特定的空燃比內(nèi)搡作 發(fā)動機的至少一個汽缸周期性地重新設(shè)定排放控制裝置70?？刂破?4如圖2所示為微型計算機，包括微處理器單元102、輸入/輸出端口 l(M、 在該具體示例中為只讀存儲器芯片106的可執(zhí)行程序及校準值的電子存儲媒體、隨機 存取存儲器108、保活存儲器IIO,及數(shù)據(jù)總線。除了上述信號之外，控制器"還接 收來自連接到發(fā)動機10的傳感器的各種信號，包括來自質(zhì)量空氣流量傳感器1"的吸入質(zhì)量空氣流量(MAF)的測量值；來自連接到冷卻套管114的溫度傳感器112的 發(fā)動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接到曲軸40的霍爾效應傳感器118 (或其他類型 的傳感器)的齒面點火傳感器信號(PIP);來自節(jié)氣門位置傳感器的節(jié)氣門位置(TP)、 及來自傳感器122的絕對歧管壓力信號MAP。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號RPM可以由控制器24 從信號PIP產(chǎn)生。來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP可以用來提供進氣歧管中 的真空或壓力的指示。應注意可以使用上述傳感器的各種組合，例如使用MAF傳感器， 而不使用MAP傳感器，或相反。在化學計量比操作期間，MAP傳感器可以給出發(fā)動機 轉(zhuǎn)矩的指示。此外，該傳感器，結(jié)合檢測到的發(fā)動機轉(zhuǎn)速可以提供進入汽缸的進氣(包 括空氣)的評估。在一個示例中，傳感器118還可以用作發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器，該傳感 器在曲軸每次旋轉(zhuǎn)時可以產(chǎn)生預定數(shù)目的相等間隔的脈沖。如上所述在一些實施例中，控制器24可以表示多個使用與各個系統(tǒng)相關(guān)的搡作 參數(shù)控制各種HEV系統(tǒng)的控制單元。例如，控制器24可以包括用于控制操作、電能 轉(zhuǎn)換裝置、電池、變速器、制動器等的操作的控制單元。此外在一些實施例中，單個 控制系統(tǒng)或控制器可以控制HEV系統(tǒng)的搡作。應理解，圖2僅示出多汽缸發(fā)動機的一個汽缸，且每個汽缸可以類似地包括其一 組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。圖1和圖2中示出的混合動力傳動系配置可以通過IC發(fā)動機、CISG馬達和ERAD馬達的可變操作提供輸出以靈活的方式滿足駕駛員需求。換言之，傳動系配置可以允 許根據(jù)轉(zhuǎn)矩、速度和效率獨立地控制每個電能轉(zhuǎn)換裝置。具體地，因為電能轉(zhuǎn)換裝置 分別位于變速器的上游和下游，所以電能轉(zhuǎn)換裝置可以相互獨立地產(chǎn)生或吸收轉(zhuǎn)矩。 此外，該傳動系配置可以允許對于轉(zhuǎn)矩傳遞電能轉(zhuǎn)換裝置與變速器分離，以便轉(zhuǎn)矩可 以在變速器的上游產(chǎn)生而不通過傳動系傳遞到車輪。例如，ERAD可以直接連接到車輪，且ERAD的轉(zhuǎn)速可以直接與車速成比例。從而， ERAD可以用轉(zhuǎn)矩控制模式操作以控制較多或較少負轉(zhuǎn)矩至車輪。另一方面，可以控 制CISG以獨立于車速的速度操作，因為CISG可以與變速器輸入分離。該傳動系配置 允許在不同的工作效率下的電能轉(zhuǎn)換裝置的操作，其可用于以提高的效率控制車輛的 混合動力操作同時滿足駕駛員需求。在一個示例中，可以有利地控制該傳動系配置以在長時間減速期間執(zhí)行再生制動 搡作。具體地，上述傳動系配置可有助于在延長期間的再生制動，因為CISG和ERAD 可以機械分離并以不同的工作效率獨立操作，以調(diào)節(jié)電池充電狀態(tài)。如上所述，在減速期間， 一些混合動力電動車輛配置可以控制一個或多個發(fā)電機 /馬達以產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩來使車輛減速。發(fā)電機/馬達進而可以從車輛減速中產(chǎn)生可傳遞到 電池的電能(例如電荷(Q)或電流(I))。該操作可以是已知的再生制動。然而， 再生制動會受電池充電狀態(tài)限制。具體地，在減速期間，電池可以快速充滿且不接受 任何附加的能量。換言之，只要電池充電狀態(tài)不是非常滿，就可以執(zhí)行再生制動。此外，在延長的減速期間，一些混合動力電動車輛配置試圖用發(fā)動機制動補充再 生制動操作以使混合動力電動車輛減速。在這種工況下，起動ic發(fā)動機以提供發(fā)動 機壓縮制動。然而，起動發(fā)動機對于駕駛員是很明顯的，且可以產(chǎn)生在車輛性能和排 放中的瞬變。此外，為了發(fā)動機壓縮制動而操作內(nèi)燃發(fā)動機對于燃料經(jīng)濟性是低效的， 因為燃料是用于使車輛減速而不是用于推進。相反，在圖1和圖2所示的傳動系配置中，因為CISG和ERAD可以機械分離，且 電能轉(zhuǎn)換裝置可以相互獨立搡作，所以可以延遲或防止在延長的減速時期起動IC發(fā) 動機。例如，在一些工況下，可以操作ERAD以滿足在最終傳動/輪上的再生制動需求。 再生制動搡作可以傳遞電流至電池，以便電池充電狀態(tài)可以非常滿。響應于電池充電 狀態(tài)較高，可以操作CISG以使用來自電池的電能，以便ERAD可以繼續(xù)再生制動操作。 在CISG搡作期間，轉(zhuǎn)矩可以提供至IC發(fā)動機以泵送汽缸而不發(fā)生燃燒。CISG的操 作可以與變速器輸入分離，以便轉(zhuǎn)矩不通過傳動系傳遞。此外，可以控制CISG的工 作效率以調(diào)節(jié)從電池消耗(draw)的電流來匹配由ERAD產(chǎn)生的電流量，稱之為電荷 中和狀態(tài)。以此方式，可以在延長的減速期間執(zhí)行再生制動而不運行IC發(fā)動機。從而，減 少燃料消耗并改進排放。此外，通過基于再生制動和發(fā)動機壓縮制動使車輛減速，可 以減少車輪制動器的使用，進而產(chǎn)生車輪制動器上的磨損減少?，F(xiàn)參考圖3，示出馬達轉(zhuǎn)矩對轉(zhuǎn)速的馬達效率圖。該示出在延長的減速期間， 可以如何調(diào)節(jié)電能轉(zhuǎn)換裝置的操作以控制電池充電狀態(tài)來再生制動混合動力電動車 輛。在所示的圖中，可以以固定的工作效率搡作ERAD或沿著效率曲線固定ERAD。工 作效率可以基于通過車速和產(chǎn)生以滿足駕駛員需求的制動轉(zhuǎn)矩指示的ERAD的轉(zhuǎn)速 (RPM)和軸轉(zhuǎn)矩(Nm)。另一方面，因為CISG可以獨立于ERAD操作，所以可以響 應于EMD產(chǎn)生的電荷(Q)調(diào)節(jié)CISG,以便其可以位于較大或較小效力范圍內(nèi)(即 在圖上的效率曲線之間移動)以充分匹配ERAD電荷，從而保持電池充電狀態(tài)。具體 地，可以調(diào)節(jié)CISG的轉(zhuǎn)速以調(diào)節(jié)工作效率來產(chǎn)生兩個電能轉(zhuǎn)換裝置之間的電荷中和 狀態(tài)。應理解，如果電池充電狀態(tài)不滿，可以操作CISG或以非常低的工作效率操作CISG 以提高電池充電狀態(tài)。此外，在一些工況下，電能轉(zhuǎn)換裝置的實際工作范圍可以取決 于電能轉(zhuǎn)換裝置的尺寸從而限制搡作。在一些實施例中，可以協(xié)同ic發(fā)動機的氣門 操作調(diào)節(jié)CISG操作，以進一步調(diào)節(jié)工作效率并提供發(fā)動機壓縮制動。這些制動策略 將參考圖4在下文中進一步詳細描述。在下文描述的流程圖中的具體例程可以表示處理策略的任何數(shù)目中的一個或多 個，如事件驅(qū)動、中斷驅(qū)動、多任務、多線程等等。因此，所示的各種操作或功能可 以按所示的順序執(zhí)行、并行執(zhí)行，或在某些情況下略去。類似地，處理的順序不是實 現(xiàn)本文中所述的發(fā)明的示例實施例的特征和優(yōu)點所必需的，而是為便于演示和說明而提供。雖然沒有明確示出，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應認識到，取決于所使用的具體策略， 可以重復執(zhí)行所示操作或功能中的一個或多個。此外，所述附圖可以在圖形上表示編 程到控制器中的計算機可讀存儲媒體中的代碼。現(xiàn)參考圖4,示出對如上所述配置的混合動力電動車輛執(zhí)行延長的再生制動操作 的示例例程。例程400可以基于電池充電狀態(tài)調(diào)節(jié)再生制動操作。更具體地，例程 400可以確定電池充電狀態(tài)是否較高，且可以調(diào)節(jié)電能轉(zhuǎn)換裝置的操作以提供制動轉(zhuǎn) 矩至最終傳動/輪，并通過操作的電荷中和狀態(tài)在延長的減速時期保持較高的電池充 電狀態(tài)。此外，該例程可以基于執(zhí)行的和/或期望的再生制動的量調(diào)節(jié)電荷消耗，以 將電池充電狀態(tài)控制在選擇的極限內(nèi)。例程400開始于402,其確定是否需要執(zhí)行再生制動操作。可以基于駕駛員需求 執(zhí)行再生制動。在一些實施例中，可以通過由踏板位置傳感器讀取的加速器踏板和/ 或制動器踏板的位置確定駕駛員需求。在一個具體的示例中，基于混合動力電動車輛 在閥值速度上行駛及車輛駕駛員釋放加速器踏板，可以執(zhí)行再生制動。如果確定不需 要再生制動搡作，則例程400結(jié)東。否則，如果確定需要再生制動搡作，則例程400 移至404。在404,確定電池充電狀態(tài)(SOC)是否高于指示電池充分充滿或電池具有高SOC 的可校準水平。該判斷可以確定是通過使用CISG和ERAD中的一個或兩者的再生制動 來收集電能以提高電池SOC,還是發(fā)生延長的再生制動，此時ERAD可以收集電能同 時提供制動轉(zhuǎn)矩，而CISG可以通過旋轉(zhuǎn)發(fā)動機消耗過剩的能量。如果確定電池SOC 低于閥值水平，則例程400移至406,且開始再生制動操作。否則，確定電池充電狀 態(tài)滿足閥值水平或超出閥值水平，且電池充分充滿，則例程400移至412以執(zhí)行延長 的再生制動。在406,已確定電池SOC低于最大可校準水平，從而為了提高電池SOC可以執(zhí)行 再生制動以產(chǎn)生可由電池儲存的電能。因此，在406,在一些工況下，變速器可以與 上游的電能轉(zhuǎn)換裝置和IC發(fā)動機接合，而發(fā)動機和上游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的負轉(zhuǎn) 矩或制動轉(zhuǎn)矩可以傳遞至最終傳動/輪以使車輛減速。接下來，在40S,在一些工況下，可以起動IC發(fā)動機以提供可以與來自上游和 下游的電能轉(zhuǎn)換裝置的制動轉(zhuǎn)矩協(xié)同使用的發(fā)動機壓縮制動。此外，在一些工況下， 可以不要求IC發(fā)動機的操作提供轉(zhuǎn)矩以如期望的使車輛減速。因此，在這種工況下， 可以不起動IC發(fā)動機。接下來，在410,可以調(diào)節(jié)IC發(fā)動機、上游的電能轉(zhuǎn)換裝置、和/或下游的電能 轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)矩輸出以滿足期望的車輛減速。電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩可用于使 車輛減速，進而可以產(chǎn)生可由電池儲存的電能直到達到最大可校準SOC水平?？梢詧?zhí)行再生制動直到車輛減速至期望的速度或直到電池達到可校準soc水平。 在一些工況下，需要較大的制動力/制動率，可以協(xié)同車輪制動器的操作執(zhí)行再生制動以使車輛以超過車輛傳動系的混合動力元件的再生制動能力的期望的速率減速。繼續(xù)例程400,在412,已確定電池SOC高于最大可校準水平，且可以確定車輛 是否以預定的速率減速或駕駛員是否要求車輛的快速減速。快速減速可以顯示駕駛員 希望使車輛停止，在此情況下，不使用附加的再生制動策略。如果確定車輛快速減速 或駕駛員要求車輛的快速減速，則可以不使用再生制動，且例程400結(jié)東。否則，如 果確定車輛不是快速減速或駕駛員需求不顯示期望的快速減速，則可以執(zhí)行延長的再 生制動，且例程400移至414。可以通過協(xié)同操作兩個電能轉(zhuǎn)換裝置執(zhí)行延長的再生制動，以便可以產(chǎn)生期望的 制動轉(zhuǎn)矩的量，并可以保持較高的電池SOC。具體地，可以操作上游的電能轉(zhuǎn)換裝置 以使用與由下游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電流量相等的來自電池的電流。在延長的再生 制動期間，上游的電能轉(zhuǎn)換裝置可以產(chǎn)生應用到發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩。應用到發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩 可以使發(fā)動機中的汽缸泵送空氣，因為不發(fā)生燃燒。從汽缸泵送的空氣可以通過排氣 系統(tǒng)行進，以使排放控制裝置裝載有氧。隨著時間逝去，裝載氧的排放控制裝置不能 有效地使排放轉(zhuǎn)化，這可能導致增加釋放到大氣中的排放物。因此，在延長的再生制動開始/或結(jié)束處或在檢測延長的減速期時，可以調(diào)節(jié)IC 發(fā)動機以濃空燃比操作一段預定的時間。換言之，在延長的再生制動期間，可以調(diào)節(jié) 空燃比，以便可以燃燒附加的燃料，且可以偏置排放控制裝置，以便儲存在催化劑中 的氧可用于在氧提供到排放控制裝置之前控制排放。因而，在414,可以在延長的減 速期間開始之前或延長的減速期間結(jié)東之前，以濃空燃比操作IC發(fā)動機一段預定的 時間。以此方式，排放控制裝置可以具有在延長的再生制動過程期間容納泵送的空氣 的能力。此外，通過以濃空燃比搡作，排放控制裝置有助于在重新起動IC發(fā)動機時 IC發(fā)動機的稀空燃比操作，因為排放控制裝置可以具有儲存附加的氧的能力。在一 些工況下，IC發(fā)動機可以不以濃空燃比操作是排放控制裝置已經(jīng)由于車輛運行而偏 置(或裝載)。此外，在一些實施例中，以濃空燃比操作IC發(fā)動機可以從控制例程 中省略。繼續(xù)例程400，在416,停止內(nèi)燃發(fā)動機燃料噴射，以便不發(fā)生燃燒。上游的電 能轉(zhuǎn)換裝置可以轉(zhuǎn)動IC發(fā)動機(即汽缸可以泵送空氣而不噴射燃料)，以使用與由 下游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電荷量相等的來自電池的電荷量，同時產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以使 車輛減速。通過停用發(fā)動機，可以改進在延長的再生制動期間的燃料經(jīng)濟性，因為不 發(fā)生燃燒。接下來，在41S,變速器可以與上游的電能轉(zhuǎn)換裝置分離，以便可以搡作上游的 電能轉(zhuǎn)換裝置而不通過傳動系傳遞轉(zhuǎn)矩至車輪。因為上游的電能轉(zhuǎn)換裝置對于變速器 可以分離，且可以獨立于下游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩輸出，所以可以協(xié)同操作兩個 電能轉(zhuǎn)換裝置以產(chǎn)生有助于在延長期間的再生制動的電荷中和狀態(tài)。具體地，可以調(diào) 節(jié)上游的電能轉(zhuǎn)換裝置的速度，以實現(xiàn)使用與由于產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩而由下游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電荷量近似相同的電荷量的工作效率，以滿足駕駛員要求的減速。接下來，在420,可以調(diào)節(jié)下游的電能轉(zhuǎn)換裝置，以滿足期望的減速工況。具體 地，可以調(diào)節(jié)下游的電能轉(zhuǎn)換裝置，以產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩或制動轉(zhuǎn)矩至車輪使車輛以期望的 速率減速或減速至期望的速度。在一些實施例中，期望的減速工況可以基于根據(jù)制動 器踏板位置檢測到的駕駛員需求。在一些實施例中，期望的減速工況可以基于另外的 工況，例如車速、檢測到的道路坡度等等。參考回圖3，在該示例中，可以基于車速和滿足期望的減速工況(或駕駛員需求)所需的制動轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)下游的電能轉(zhuǎn)換裝置(例如ERAD)。在延長的再生制動工況下，可以以由期望的減速工況指示的固定的效率 水平操作ERAD。在一些情況下，期望的減速工況超過下游的電能轉(zhuǎn)換裝置的制動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生能力， 可以協(xié)同制動轉(zhuǎn)矩在車輪上應用車輪制動器，以使車輛減速。在一個具體的示例中， 車輛可以下降特定的坡度，其中需要較大的制動力以將期望的車速保持延長的時間。 在這種工況下，來自車輪制動器的制動力和由下游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩的 結(jié)合有助于車輛的減速。以此方式，可以在延長期間，甚至在坡度上保持期望的車速。繼續(xù)例程400,在422,可以調(diào)節(jié)上游的電能轉(zhuǎn)換裝置以一定效率水平操作，以 使電荷中和狀態(tài)存在，在該效率水平時從電池消耗的電流量與由下游的電能轉(zhuǎn)換裝置 產(chǎn)生的電流量相等。參考回圖3，在該示例中，可以調(diào)節(jié)上游的電能轉(zhuǎn)換裝置(例如 CISG),以用產(chǎn)生與下游的電能轉(zhuǎn)換裝置(例如ERAD)的電荷中和狀態(tài)的效率水平 操作。從而，當調(diào)節(jié)ERAD以滿足造成電流產(chǎn)生中的變化的期望的減速工況時，可以 調(diào)節(jié)CISG的工作效率以匹配電流產(chǎn)生中的變化，以保持電荷中和狀態(tài)。換言之，可 以在圖3所示的效率范圍上橫向移動CISG操作，直到CISG消耗的電荷等于由ERAD 產(chǎn)生的電荷或可以在由ERAD產(chǎn)生的電荷的極限內(nèi)。在延長的再生制動工況期間，當 電池SOC較高時，通過產(chǎn)生并保持電荷中和狀態(tài)，可以在延長期間通過來自ERAD的 制動轉(zhuǎn)矩提供車輛減速。換言之，因為CISG使用與由于制動車輛而由ERAD產(chǎn)生的電 荷量相等的電池電荷，所以電池可以不充滿，且可以在延長時期進行再生制動。在一些實施例中，可以通過改變馬達/發(fā)電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)上游的電能轉(zhuǎn)換裝置的 效率水平。在一些實施例中，可以通過改變馬達/發(fā)電機的軸轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)電能轉(zhuǎn)換裝置 的效率。如上所述，在延長的再生制動期間，當路況改變(例如道路坡度改變)時，可以 改變期望的減速工況，并可以調(diào)節(jié)下游的電能轉(zhuǎn)換裝置，以滿足期望的減速工況。在 一些工況下，其中產(chǎn)生減速工況中的顯著變化，可以調(diào)節(jié)下游的電能轉(zhuǎn)換裝置，以使 產(chǎn)生的電流中發(fā)生顯著的變化。為了保持電荷中和狀態(tài)，可以調(diào)節(jié)上游的電能轉(zhuǎn)換裝 置的工作效率以匹配電流。在一些實施例中，為了有助于電荷中和狀態(tài)，可以協(xié)同上游的電能轉(zhuǎn)換裝置的工 作效率調(diào)節(jié)IC發(fā)動機的氣門正時。具體地，可以調(diào)節(jié)發(fā)動機的氣門正時，以增加由于旋轉(zhuǎn)ic發(fā)動機而產(chǎn)生的泵送損耗。增加的泵送損耗可以增加旋轉(zhuǎn)IC發(fā)動機所需的轉(zhuǎn)矩，進而，可以使上游的電能轉(zhuǎn)換裝置使用更多的電流。在一個具體的示例中，當 下游的電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生較大的電流量時，可以延遲進氣門正時以產(chǎn)生氣門重疊，以 便在汽缸中產(chǎn)生真空，其在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時會充分地使泵送損失最大化，以使上游的電 能轉(zhuǎn)換裝置可以保持電荷中和狀態(tài)。從而，在一些工況下，通過調(diào)節(jié)IC發(fā)動機的氣 門正時，可以增加上游的電能轉(zhuǎn)換裝置消耗的電流量以克服較大的電荷差，以便甚至 在變化的路況下，在延長期間可以保持電荷中和狀態(tài)，并可以執(zhí)行再生制動。繼續(xù)例程400，在"4，可以調(diào)節(jié)IC發(fā)動機的進氣門和/或排氣門的氣門正時， 來改變產(chǎn)生的泵送力以有助于保持電荷中和狀態(tài)。應理解，在一些工況下，其中上游 的電能轉(zhuǎn)換裝置使用較少的電流，可以調(diào)節(jié)氣門正時以減少泵送損耗，而在一些工況 下，其中上游的電能轉(zhuǎn)換裝置使用較多的電流，可以調(diào)節(jié)氣門正時以增加泵送損耗。 在一些實施例中，可以調(diào)節(jié)氣門正時以精細調(diào)節(jié)工作效率和/或消耗的電流量中的調(diào) 整。注意在一些實施例中，在延長的再生制動期間可以省略調(diào)節(jié)IC發(fā)動機的氣門正 時。此外，在一些實施例中，可以作為標準的再生制動操作的部分可以調(diào)節(jié)IC發(fā)動 機的氣門正時。可以執(zhí)行再生制動直到減速工況變化至超過快速車輛減速或直到不再需要車輛 減速，且例程400結(jié)束。應理解，可以在整個車輛運行中重復執(zhí)行控制例程?？刂评?00可以響應于減速工況控制混合動力傳動系來提供再生制動以使混 合動力車輛減速，且可以利用混合動力傳動系配置以在延長期間提供再生制動，同時 保持高電池SOC。具體地，因為兩個電能轉(zhuǎn)換裝置可以彼此分離，且上游的電能轉(zhuǎn)換 裝置可以與車輪分離，因此可以搡作兩個電能轉(zhuǎn)換裝置以滿足期望的減速工況，同時 產(chǎn)生電荷中和狀態(tài)。以此方式，可以通過再生制動，甚至在延長期間，使混合動力電 動車輛減速，從而減少車輪制動器上的磨損。此外，在延長的再生制動期間，通過將上游的電能轉(zhuǎn)換裝置與變速器輸入分離并 旋轉(zhuǎn)IC發(fā)動機而不燃燒，以消耗與由于再生制動而產(chǎn)生的電流量相等的來自電池的 電流，該控制例程有利地改進燃料經(jīng)濟性。此外，通過在延長的再生制動期間調(diào)節(jié) IC發(fā)動機的氣門正時，可以改進泵送損耗以精細調(diào)節(jié)對從電池消耗的電流的調(diào)整。 此外，在一些工況下，其中由于再生制動而產(chǎn)生較大的電流量，調(diào)節(jié)氣門正時來增加 泵送損耗可以擴展上游的電能轉(zhuǎn)換裝置的有效工作范圍，以保持電荷中和狀態(tài)。在延長的再生制動期間，通過在延長的再生制動開始之前或開始時偏置具有碳氫 化合物的排放控制裝置，該控制例程可以有利地保持排放控制裝置中的氧儲存能力。 具體地，在延長的再生制動期間，該控制例程可以以濃空燃比搡作IC發(fā)動機，以增 加由于轉(zhuǎn)動IC發(fā)動機而產(chǎn)生的從汽缸泵送的氧的有效容量。以此方式，排放控制裝 置可以有助于在IC發(fā)動機重新起動時IC發(fā)動機的稀空燃比操作，這可以改進燃料經(jīng) 濟性。應理解，本文公開的配置與例程在本質(zhì)上是示例性的，這些具體的實施例不視為 具有限制意義，因為多個變體是可能的。本申請的主題包括在本文中公開的各種系統(tǒng) 和配置，及其他特征、功能，和/或?qū)傩缘乃行路f和非顯而易見的組合及子組合。本申請的權(quán)利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權(quán) 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權(quán)利要求應被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結(jié)合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素和/或?qū)傩缘钠渌M合及子組合可以通過本申請權(quán) 利要求的修改或通過在本申請或相關(guān)申請中提出新的權(quán)利要求來請求保護。這樣的權(quán) 利要求，無論是在范圍上比原始權(quán)利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包括 在本申請的主題之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種車輛，包括連接到第一電能轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)燃發(fā)動機；具有輸入和輸出的變速器，所述輸入連接到所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置；連接到所述變速器的下游的第二電能轉(zhuǎn)換裝置；用于至少驅(qū)動所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置和所述第二電能轉(zhuǎn)換裝置的電池；及控制系統(tǒng)，當電池充電狀態(tài)超過閥值水平時，所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述第二電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)矩輸出以滿足期望的減速工況并從而產(chǎn)生電能，使所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置與所述變速器的輸入分離，且調(diào)節(jié)所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置的工作效率以消耗基于由所述第二電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電能的量的來自所述電池的電能的量。
2. 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于，所述控制系統(tǒng)配置為當所述電池充 電狀態(tài)低于所述閥值水平時，調(diào)節(jié)所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)矩輸出和所述第二電能 轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)矩輸出中的至少一個以滿足所述期望的減速工況。
3. 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于，調(diào)節(jié)所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置的工作 效率包括調(diào)節(jié)所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)速。
4. 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于，所述期望的減速工況基于所述車輛 的加速器踏板和制動器踏板中的至少一個的位置。
5. 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于，所述閥值水平是非常高的電池充電 狀態(tài)。
6. 如權(quán)利要求l所述的車輛，其特征在于，所述減速工況不包括所述車輛的快 速減速。
全文摘要
本發(fā)明涉及在混合動力電動車輛中延長再生制動的系統(tǒng)和方法，提供一種車輛，包括連接到第一電能轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)燃發(fā)動機；具有輸入和輸出的變速器，所述輸入連接到所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置；連接到所述變速器的下游的第二電能轉(zhuǎn)換裝置；用于至少驅(qū)動所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置和所述第二電能轉(zhuǎn)換裝置的電池；及控制系統(tǒng)，當電池充電狀態(tài)超過閥值水平時，所述控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述第二電能轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)矩輸出以滿足期望的減速工況并從而產(chǎn)生電能，使所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置與所述變速器的輸入分離，且調(diào)節(jié)所述第一電能轉(zhuǎn)換裝置的工作效率以消耗基于由所述第二電能轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的電能的量的來自所述電池的電能的量。
文檔編號B60W30/18GK101327745SQ200810124959
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月20日
發(fā)明者迪帕·拉馬斯瓦米, 馬克·史蒂文·山崎 申請人:福特環(huán)球技術(shù)公司