專利名稱：用于控制車輛中的動(dòng)力系的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛中的動(dòng)力系和一種用于控制車輛中的動(dòng)力系的方法。
背景技術(shù)：
為了提高車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性，發(fā)動(dòng)機(jī)的尺寸被減小。為了提供足夠的扭矩以推動(dòng) 車輛，多種較小的發(fā)動(dòng)機(jī)被渦輪增壓。與渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的一個(gè)問題是被稱之為“渦輪 遲滯”的現(xiàn)象。這種延遲存在的原因在于，從發(fā)動(dòng)機(jī)排出氣體以對渦輪加速然后壓縮發(fā)動(dòng)機(jī) 吸入空氣需要時(shí)間。提高車輛燃料經(jīng)濟(jì)性的另一種方式是使用混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)。 這種車輛通常使用與一個(gè)或多個(gè)電機(jī)結(jié)合的較小的發(fā)動(dòng)機(jī)，所述電機(jī)可用作電動(dòng)機(jī)、發(fā)電 機(jī)或電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)兩者。通過結(jié)合上面兩種技術(shù)(即，渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)以及HEV)，可實(shí)現(xiàn) 比傳統(tǒng)車輛提高的燃料經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)還提供滿足駕駛者的扭矩需要的車輛。然而，期望提供 這樣一種渦輪增壓HEV，所述渦輪增壓HEV不遭受渦輪遲滯這種常見問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種車輛的動(dòng)力系，所述動(dòng)力系包括發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī) 和電機(jī)中的每個(gè)用于輸出扭矩以推動(dòng)車輛。所述發(fā)動(dòng)機(jī)包括用于接收用過車輛空氣入口進(jìn) 入的空氣的歧管，所述發(fā)動(dòng)機(jī)還包括節(jié)流閥，所述節(jié)流閥布置在空氣入口和歧管之間，用于 控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的氣流。在空氣入口和歧管之間布置有壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)用于在吸入空 氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前對吸入空氣進(jìn)行壓縮?？赏ㄟ^例如渦輪來操作壓縮機(jī)，渦輪自身通過離 開發(fā)動(dòng)機(jī)的排出氣體被操作。在壓縮機(jī)的下游和節(jié)流閥的上游布置有壓力傳感器，所述壓力傳感器用于在空氣 經(jīng)過壓縮機(jī)之后感測空氣的壓力。如下面更詳細(xì)地解釋的，感測節(jié)流閥的上游的壓力提供 了控制電機(jī)以補(bǔ)償渦輪遲滯的優(yōu)點(diǎn)。控制系統(tǒng)包括至少一個(gè)控制器，所述控制器用于確定 指示需求的扭矩的駕駛者需求。當(dāng)駕駛者需求要求壓縮機(jī)操作并且駕駛者需求沒有被發(fā)動(dòng) 機(jī)滿足時(shí)，控制系統(tǒng)對電機(jī)進(jìn)行操作，以增大動(dòng)力系的扭矩輸出。控制系統(tǒng)還至少部分基于 從壓力傳感器接收的信號控制電機(jī)的扭矩增大，以保持動(dòng)力系的扭矩輸出，從而滿足駕駛 者需求。當(dāng)確定發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足駕駛者需求時(shí)，電機(jī)的扭矩增大被終止。本發(fā)明的實(shí)施例還包括一種用于控制動(dòng)力系(例如，如上所述的動(dòng)力系)的方法。 所述方法包括確定駕駛者需求的扭矩要求壓縮機(jī)操作以壓縮吸入空氣的時(shí)間。操作電機(jī) 以輸出正扭矩，使得動(dòng)力系的扭矩輸出基本等于駕駛者需求的扭矩。隨時(shí)間感測在壓縮機(jī) 的下游以及在節(jié)流閥的上游的吸入空氣的壓力，并且當(dāng)感測的壓力增大時(shí)，減小電機(jī)的正 扭矩輸出。電機(jī)的扭矩輸出的減小被控制，使得動(dòng)力系的扭矩輸出基本滿足駕駛者需求， 即，滿足控制系統(tǒng)的一般限制內(nèi)的駕駛者需求。本發(fā)明的實(shí)施例還使用節(jié)流閥下游的吸入 空氣的期望的壓力，作為駕駛者需求的指示，并且當(dāng)感測的壓力在所述期望的壓力的可校 準(zhǔn)量之內(nèi)時(shí)，將終止電機(jī)的扭矩增大。本發(fā)明還包括這樣的實(shí)施例，其中，控制電機(jī)的扭矩增大以保持動(dòng)力系的扭矩輸出從而滿足駕駛者需求的步驟包括確定壓力誤差，并且至少部分基于所述壓力誤差確定 電機(jī)的扭矩輸出。壓力誤差可以是例如所述期望的壓力和感測的壓力之間的差，所述期望 的壓力指示駕駛者需求。至少部分基于所述壓力誤差確定電機(jī)的扭矩輸出的步驟例如可包 括基于所述壓力誤差確定電機(jī)的扭矩值；將函數(shù)應(yīng)用于扭矩值，使得扭矩輸出為更大的 扭矩值或零。這樣的函數(shù)可被稱為“零-最大值”函數(shù)。確定駕駛者需求的步驟可包括確定發(fā)動(dòng)機(jī)速度；確定加速器踏板位置；然后基 于發(fā)動(dòng)機(jī)速度和加速器踏板位置確定期望的扭矩。確定駕駛者需求的步驟還可包括至少 部分基于期望的扭矩確定期望的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷；至少部分基于期望的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷確定節(jié)流閥 下游(即，發(fā)動(dòng)機(jī)歧管)的吸入空氣的期望的壓力。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)力系的示意圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制方法的框圖；圖3是示出圖1中所示的動(dòng)力系的電動(dòng)機(jī)扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和空氣壓力之間的關(guān) 系的圖形；圖4是示出圖1中所示的動(dòng)力系的不同的空氣壓力和扭矩之間的關(guān)系的圖形；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的期望的扭矩、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩和請求的電動(dòng)機(jī)扭矩之 間的關(guān)系的圖形。
具體實(shí)施例方式圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的動(dòng)力系10的一部分。動(dòng)力系10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12 和電機(jī)14，發(fā)動(dòng)機(jī)12和電機(jī)14用于輸出扭矩以推動(dòng)車輛。電機(jī)14是皮帶驅(qū)動(dòng)集成的起動(dòng) 發(fā)電機(jī)，即，電機(jī)14能夠輸出扭矩以添加到動(dòng)力系10的總扭矩輸出，電機(jī)14能夠輸出扭矩 作為發(fā)動(dòng)機(jī)12的起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，或者電機(jī)14能夠接收扭矩作為輸入并用作發(fā)電機(jī)以輸出電 能?？諝馊肟?16接收發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣能夠被壓縮機(jī)18可選地壓縮。 壓縮機(jī)18被渦輪20驅(qū)動(dòng)，渦輪20被離開發(fā)動(dòng)機(jī)12的排出氣體操作。壓縮機(jī)18和渦輪20 是渦輪增壓器系統(tǒng)21的兩個(gè)組件。壓縮機(jī)18的下游是節(jié)流閥22，節(jié)流閥22用于控制空氣 流入發(fā)動(dòng)機(jī)歧管(manifold) 23。高壓電池24通過逆變器26將電能提供給電機(jī)14以及從電機(jī)14接收電能。如上 所述，電機(jī)14是皮帶驅(qū)動(dòng)集成的起動(dòng)發(fā)電機(jī)，并且通過皮帶30連接到發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸28。如 下面所詳細(xì)描述的，控制系統(tǒng)(圖1中示出為動(dòng)力系控制模塊(PCM)32)控制電機(jī)14的操 作，并且可使用來自壓力傳感器34的輸入，壓力傳感器34布置在壓縮機(jī)18和節(jié)流閥22之 間。雖然為了舉例的目的，PCM32代表控制系統(tǒng)，但是應(yīng)該理解，動(dòng)力系10的組件以及其它 車輛組件可被多個(gè)不同的硬件控制器、軟件控制器或硬件控制器和軟件控制器的一些組合 控制，并且這些控制器可通過通信網(wǎng)絡(luò)(諸如控制器局域網(wǎng)(CAN))彼此通信。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制系統(tǒng)的框圖36，該控制系統(tǒng)用于控制動(dòng)力系 和車輛(諸如圖1所示的動(dòng)力系10)。例如，當(dāng)駕駛者需求要求壓縮機(jī)18操作時(shí)，S卩，當(dāng)渦 輪增壓器系統(tǒng)21被激活時(shí)，使用該控制系統(tǒng)。在方框38，基于加速器踏板位置輸入40和發(fā)
4動(dòng)機(jī)12的發(fā)動(dòng)機(jī)速度42來確定駕駛者需求。駕駛者需求38的輸出是期望的扭矩44，期望的扭矩44與發(fā)動(dòng)機(jī)速度42的輸入一 起被發(fā)送到發(fā)動(dòng)機(jī)逆映射(inverse engine map)46。發(fā)動(dòng)機(jī)逆映射46可以是查找表的形 式，所述查找表將期望的扭矩44變換為期望的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷48。期望的發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷48表示 發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中期望的空氣的量，以使得發(fā)動(dòng)機(jī)12輸出期望的扭矩44。與控制系統(tǒng)框圖36 的其余部分相同，發(fā)動(dòng)機(jī)逆映射46可被單獨(dú)編程到PCM 32中，或與其它控制模塊結(jié)合被編 程到PCM 32中。在推斷映射計(jì)算50中再次使用發(fā)動(dòng)機(jī)速度42，推斷映射計(jì)算50還接收期望的負(fù) 荷48作為輸入。從這些輸入中計(jì)算期望的歧管壓力52 (即，節(jié)流閥22的下游的期望的壓 力)，然后在交叉點(diǎn)56從期望的歧管壓力52減去實(shí)際的上游壓力54。實(shí)際的上游壓力54 是在節(jié)流閥(諸如圖1所示的節(jié)流閥22)的上游測量的空氣壓力。因此，圖1所示的壓力 傳感器34可用于測量壓縮機(jī)18和節(jié)流閥22之間的空氣壓力，并且壓力傳感器34輸出到 PCM 32的信號可在圖2所示的求和點(diǎn)56的計(jì)算中被使用。求和點(diǎn)56的求和的結(jié)果是壓力誤差58，壓力誤差58與發(fā)動(dòng)機(jī)速度42 —起被發(fā) 送到表60，表60計(jì)算電機(jī)14的扭矩值62。在方框64，“零-最大值”函數(shù)被應(yīng)用于扭矩值 62，使得更大的扭矩值62或零被輸出作為電動(dòng)機(jī)扭矩66，在電動(dòng)機(jī)扭矩66將控制電機(jī)14。 這防止了電機(jī)14帶有負(fù)輸出扭矩的操作。圖3示出了隨著本發(fā)明的控制方法(例如參見圖2)被執(zhí)行，電動(dòng)機(jī)扭矩、空氣壓 力和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩的變化的圖形68。在圖形68中，駕駛者需求扭矩70通過加速器踏板位置 70在時(shí)間T = 1被至少部分確定，在時(shí)間T = 1，加速器踏板被下壓。這里，駕駛者需求要 求壓縮機(jī)18操作以滿足期望的扭矩等級。這被示出為發(fā)動(dòng)機(jī)12的歧管23的期望的空氣 壓力72。如圖3所示，實(shí)際的或測量的空氣壓力在時(shí)間T= 1之后立即在期望的空氣壓力 72之下。如在本發(fā)明中所使用的，實(shí)際的空氣壓力74不是實(shí)際的歧管空氣壓力，而是由例 如圖1所示的壓力傳感器34在節(jié)流閥22的上游測量的壓力。由壓力傳感器34測量的壓 力幾乎總是高于歧管23中的空氣壓力，這是由于節(jié)流閥22施加的流動(dòng)限制而導(dǎo)致的。如 下面更詳細(xì)解釋的，使用節(jié)流閥22的上游測量的壓力以控制電機(jī)14對渦輪遲滯進(jìn)行補(bǔ)償， 這比直接測量發(fā)動(dòng)機(jī)歧管中的壓力的系統(tǒng)具有優(yōu)勢。如圖3所示，由壓縮機(jī)18的操作導(dǎo)致空氣壓力的增大在時(shí)間T = 3之后才開始， 并且空氣壓力逐漸增大直到時(shí)間T = 4。為了補(bǔ)償該遲滯，本發(fā)明的實(shí)施例例如根據(jù)圖2所 示的控制方法，使用電機(jī)14增大動(dòng)力系10的扭矩輸出。如圖3所示，電機(jī)14提供的初始 扭矩增大(被示出為命令扭矩76)響應(yīng)于駕駛者需求扭矩70迅速上升。因此，通過將發(fā)動(dòng) 機(jī)扭矩80與電機(jī)14的扭矩76組合，總的動(dòng)力系扭矩78滿足駕駛者對扭矩的需求。在時(shí) 間T = 3處，根據(jù)與壓力傳感器34感測的壓力的增大相反的函數(shù)來控制電機(jī)14的扭矩76。 因此，在時(shí)間T = 3-4期間，電機(jī)14的扭矩76減小，而感測的壓力74和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩80增 大。在時(shí)間T = 4處，感測的壓力74在期望的壓力72的可校準(zhǔn)等級之內(nèi)，并且由電機(jī)14 提供的扭矩增大終止。圖4示出了當(dāng)駕駛者需求要求壓縮機(jī)操作時(shí)，圖1所示的動(dòng)力系10的不同的空氣 壓力和扭矩之間的關(guān)系。在大約3. 25秒，車輛中的加速器踏板傾斜，并且駕駛者需求顯著 增大。通過期望的扭矩線84和期望的歧管壓力線86在圖4中的圖形82中示出了這種情況。發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩線87示出了實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。在圖形82中，電機(jī)14沒有進(jìn)行操作以提 供如上所述的扭矩增大；然而，圖形82示出了本發(fā)明的這樣一個(gè)特征，圖形82示出了由例 如圖1所示的壓力傳感器34在節(jié)流閥的上游測量的壓力88與實(shí)際的歧管壓力90之間的差。如圖形82所示，上游壓力88幾乎總是大于歧管壓力90。這樣的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，一 旦歧管壓力90達(dá)到期望的歧管壓力線86，則上游壓力88將幾乎總是保持在期望的歧管壓 力線86之上。相反，歧管壓力90有時(shí)會(huì)下降到期望的歧管壓力線86之下。根據(jù)上游壓力 (諸如壓力88)來控制電機(jī)14的扭矩增大是非常穩(wěn)健的，這是因?yàn)樵谶_(dá)到期望的歧管壓力 之后，電機(jī)14不會(huì)被不必要地停止和起動(dòng)以添加另外的增大。這與使用實(shí)際的歧管壓力來 控制電機(jī)的扭矩增大的控制系統(tǒng)相反。例如，當(dāng)圖形82所示的歧管壓力90振蕩以周期性 地下降到期望的歧管壓力線86之下時(shí)，使用歧管壓力90來控制扭矩增大會(huì)導(dǎo)致在5. 5秒 標(biāo)記之后電機(jī)另外起動(dòng)和停止兩次或三次。圖5示出了圖形92，形92示出了本發(fā)明的用于將電機(jī)14的扭矩增大添加給動(dòng)力 系10以補(bǔ)償渦輪遲滯的實(shí)施方式。在大約3. 25秒，車輛中的加速器踏板再一次傾斜，并且 駕駛者需求再一次顯著增大。期望的扭矩線84示出了這樣的情況。駕駛者對扭矩增大的 需求要求壓縮機(jī)18操作以將壓縮的吸入空氣提供給發(fā)動(dòng)機(jī)12，從而滿足駕駛者需求。如上 所述，發(fā)動(dòng)機(jī)12的輸出扭矩87隨時(shí)間逐漸增大，直到在大約5. 5秒處輸出扭矩87最終達(dá) 到期望的扭矩線84。在這期間，電機(jī)14操作以添加扭矩增大，所述扭矩增大最初為尖峰，然 后隨著發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩87增大而被控制為減小，參見請求的電動(dòng)機(jī)扭矩線94。如圖5所示，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩87和請求的電動(dòng)機(jī)扭矩線94之和近似等于期望的扭矩 輸出84，但是僅在大約3. 4秒之后才出現(xiàn)這種情況。在該示例中，在3. 25秒處的初始電動(dòng) 機(jī)扭矩增大與組合的發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)扭矩等于期望的扭矩輸出84的時(shí)間之間存在很小的 延遲。主要的延遲至少部分由發(fā)動(dòng)機(jī)歧管23中的空氣壓力達(dá)到傳感器34測量的上游空氣 壓力所需要的時(shí)間所導(dǎo)致。如上所述，電機(jī)14的輸出扭矩94的減小通常是在節(jié)流閥22的上游測量的壓力增 大的函數(shù)。圖5所示的實(shí)際的請求的電動(dòng)機(jī)扭矩94可例如根據(jù)圖2所示的控制方法被確 定，從而圖2中的扭矩66表示圖5所示的請求的電動(dòng)機(jī)扭矩94。如上所述，零-最大值函 數(shù)64修剪(clip)計(jì)算的扭矩值62，使得扭矩值62不下降到低于零。這在圖5中示出，其 中，請求的電動(dòng)機(jī)扭矩線94在大約5. 5秒和6. 4秒之間不存在。使用諸如圖2所示的控制 方法，確保了電機(jī)14在高駕駛者需求期間不被命令輸出負(fù)扭矩。因此，使用諸如圖2所示 的零_最大值函數(shù)以及從節(jié)流閥22的上游測量的空氣壓力(而不是實(shí)際的歧管壓力)來 控制電機(jī)，提供了穩(wěn)健和有效的控制方法，以減小或消除與排出氣體、渦輪操作的吸入空氣 壓縮機(jī)相關(guān)的渦輪遲滯。雖然已經(jīng)詳細(xì)描述了實(shí)施本發(fā)明的最佳方式，但是本發(fā)明相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng) 該認(rèn)識到實(shí)施由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的各種替換設(shè)計(jì)和實(shí)施例。
權(quán)利要求
一種用于控制車輛中的動(dòng)力系的方法，所述動(dòng)力系包括發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)中的每個(gè)用于輸出扭矩以推動(dòng)車輛，所述車輛包括空氣入口、壓縮機(jī)和節(jié)流閥，所述空氣入口用于接收發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣，所述壓縮機(jī)用于在吸入空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前對吸入空氣進(jìn)行壓縮，所述節(jié)流閥布置在空氣入口和發(fā)動(dòng)機(jī)之間并控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入空氣的量，所述方法包括確定駕駛者需求的扭矩要求壓縮機(jī)操作以壓縮吸入空氣的時(shí)間；操作電機(jī)以輸出正扭矩，使得動(dòng)力系的扭矩輸出基本等于駕駛者需求的扭矩；隨時(shí)間感測吸入空氣在節(jié)流閥的上游的壓力；當(dāng)感測的壓力增大時(shí)，減小電機(jī)的正扭矩輸出，使得動(dòng)力系的扭矩輸出基本等于駕駛者需求的扭矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括基于駕駛者需求的扭矩確定吸入空氣的期望的壓力；當(dāng)感測的壓力在所述期望的壓力的可校準(zhǔn)量之內(nèi)時(shí)，終止電機(jī)的扭矩增大。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述吸入空氣的期望的壓力是節(jié)流閥的下游的 期望的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，減小電機(jī)的正扭矩輸出的步驟包括確定壓力誤差，所述壓力誤差被定義為所述期望的壓力和感測的壓力之間的差；至少部分基于所述壓力誤差確定電機(jī)的扭矩輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，至少部分基于所述壓力誤差確定電機(jī)的扭矩輸 出的步驟包括基于所述壓力誤差確定電機(jī)的扭矩值；修剪所述扭矩值使得所述扭矩值不下降到低于零，以確定扭矩輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)與感測的壓力的增大相反的函數(shù)來減小電 機(jī)的正扭矩輸出。
全文摘要
提供一種用于控制車輛中的動(dòng)力系的方法。所述動(dòng)力系包括發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)中的每個(gè)用于輸出扭矩以推動(dòng)車輛，所述車輛包括空氣入口、壓縮機(jī)和節(jié)流閥，所述空氣入口用于接收發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣，所述壓縮機(jī)用于在吸入空氣進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)之前對吸入空氣進(jìn)行壓縮，所述節(jié)流閥布置在空氣入口和發(fā)動(dòng)機(jī)之間并控制進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入空氣的量，所述方法包括確定駕駛者需求的扭矩要求壓縮機(jī)操作以壓縮吸入空氣的時(shí)間；操作電機(jī)以輸出正扭矩，使得動(dòng)力系的扭矩輸出基本等于駕駛者需求的扭矩；隨時(shí)間感測吸入空氣在節(jié)流閥的上游的壓力；當(dāng)感測的壓力增大時(shí)，減小電機(jī)的正扭矩輸出，使得動(dòng)力系的扭矩輸出基本等于駕駛者需求的扭矩。
文檔編號B60W10/06GK101941431SQ201010224998
公開日2011年1月12日 申請日期2010年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日
發(fā)明者丹尼爾·斯科特·科爾文, 沃爾特·約瑟夫·歐特曼 申請人:福特全球技術(shù)公司