车辆性能预加载启用器的制造方法
【专利摘要】本公开涉及一种车辆性能预加载启用器。一种混合动力车辆包括具有电池风扇的牵引电池、发动机、连接至牵引电池的电机以及控制器或具有控制器的至少一个动力传动系统模块。控制器被配置为：对用户选择的动力传动系统操作模式改变为性能模式作出响应。该改变可能发生在踏板需求大体上恒定时。控制器可以增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率而不改变牵引电池的荷电状态操作限制。用于增加驱动电机的牵引电池的可用功率可以包括：提高牵引电池的荷电状态或降低牵引电池温度，使得电流可以从牵引电池流出持续较长的时间段。此外，用于车辆的总体可用功率可以包括：处于较高转速的发动机操作。
【专利说明】
车辆性能预加载启用器
技术领域
[0001 ]本申请总体上涉及基于性能模式选择的车辆功率管理，以通过预期功率请求来预加载动力传动系统。【背景技术】
[0002]混合动力电动车辆包括发动机、连接至发动机的发电机以及牵引电池。牵引电池提供用于车辆推进和辅助功能的电力。在操作期间，可以基于包括电池荷电状态(S0C)、驾驶员需求和再生制动的操作状况对牵引电池进行充电或放电。
【发明内容】
[0003]—种车辆动力传动系统控制系统包括牵引电池、电机和控制器。电机电连接至牵引电池。控制器被配置为:当踏板需求大体上恒定时，对用户选择的动力传动系统操作模式改变为性能模式作出响应。控制器的响应是:增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率，而不改变牵引电池的荷电状态操作限制。
[0004]—种操作车辆动力传动系统的方法包括增加牵引电池的可用功率。该增加是响应于动力传动系统模式开关改变为紧急模式的，且不改变牵引电池的荷电状态操作限制。
[0005]—种车辆动力传动系统包括牵引电池、动力传动系统模式选择器、电机和控制器。 动力传动系统模式选择器包括性能模式。电机电连接至牵引电池。控制器被配置为对当踏板需求大体上恒定时性能模式的选择而作出响应。该控制器的响应是:增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率，而不改变牵引电池的荷电状态操作限制。
[0006]根据本发明的一个实施例，增加牵引电池的可用功率包括:当荷电状态小于性能模式荷电状态目标时，启动发动机以将荷电状态充电至性能模式荷电状态目标。
[0007]根据本发明的一个实施例，增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率包括:响应于牵引电池的温度高于性能模式温度目标而操作电池冷却风扇，以将牵引电池的温度降低至性能电池温度目标，其中，性能电池温度目标低于正常操作的温度目标。
[0008]根据本发明的一个实施例，增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率包括:以高于风扇噪声-振动-声振粗糙度阈值转速的转速操作电池冷却风扇。
[0009]根据本发明的一个实施例，增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率包括:将电池荷电状态目标设置为性能模式荷电状态目标，并且当荷电状态小于性能模式荷电状态目标时操作发动机以将荷电状态充电至性能模式荷电状态目标。
[0010]根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为:将发动机转速限制设置为追逐限制，其中，追逐限制高于发动机噪声-振动-声振粗糙度转速限制。
[0011]根据本发明的一个实施例，增加用于驱动电机的牵引电池的可用功率包括:增加最大电池功率可用于驱动电机的时间段。【附图说明】[0〇12]图1是示出典型动力传动系统和能量存储组件的混合动力车辆的示例图。
[0013]图2是通过电池能量控制模块控制的电池组的示例图。
[0014]图3是示出加速器踏板需求、车速和车辆功率相对于时间的示例性曲线图。[〇〇15]图4是示出加速器踏板需求、车速、电池S0C和电池功率相对于时间的示例性曲线图。
[0016]图5是说明加速器踏板需求、车速、发动机转速和发动机功率相对于时间的示例性曲线图。【具体实施方式】[〇〇17]在此描述了本发明的实施例。然而，应理解所公开的的实施例仅为示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制;可放大或缩小一些特征以显示特定组件的细节。所以，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的多个特征可以与一个或更多个其它附图中示出的特征组合，以形成未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定应用或实施。
[0018] 一些混合动力电动车辆包括在驾驶循环期间允许车辆操作者调节动力传动系统特性的动力传动系统模式选择开关。动力传动系统模式选择开关的选择可以包括经济模式、正常模式和性能模式。经济模式通常校准为牺牲性能用于增加燃料经济性。正常模式可以是燃料经济性和性能之间的平衡。性能模式可以牺牲燃料经济性用于车辆性能。在性能模式中，驾驶员舒适要求(诸如，减小的振动和减小的内部舱噪声)可以调和用于性能的燃料经济性的牺牲。噪声和振动减小的方法包括发动机的操作时间的限制、发动机的转速的噪声-振动-声振粗糙度(noise-vibrat1n-harshness，NVH)限制、电池风扇的操作时间的限制以及电池风扇的转速的限制。例如，发动机的操作时间的限制可以包括当车辆没有移动时(诸如，在停车灯处或在停车场内)停止发动机，或者当牵引电池S0C高于电池较低的阈值时停止发动机。此外，可以通过踏板需求事件准予性能模式期间的车辆操作。发动机的转速的NVH限制的示例可以包括电动限制发动机的转速至小于小于最大发动机转速的NVH限制。电池风扇的操作时间的限制的示例可以包括:停止风扇操作除非电池温度超过较高的电池温度阈值。电池风扇的转速的限制的示例包括:以减小风扇产生的噪声使得风扇噪声的分贝水平低于噪声分贝阈值的转速来操作风扇。[〇〇19]用于法律实施或运作的追踪的性能模式可能不同于驾驶员在公共街道上的性能要求。配置用于公共街道的性能模式此后称为“街道性能模式”。此处，公开了此后称为“性能模式”、“紧急模式”、“追踪模式”或“追逐模式”的性能优先于驾驶员舒适要求的追逐模式或追踪模式。其意图在于驾驶员在追踪中或执法官员在包括紧急响应行为的执法操作期间具有可用的最大量的能量。此处，预期未来的踏板需求事件而增加可用的动力传动系统功率。类似于缠绕发条，预期未来时间点需要的动力传动系统功率或动力传动能量而增加可用动力传动系统功率。动力传动系统功率的增加可以包括增加电池的电荷(例如，电池荷电状态)和降低电池温度使得电流可以从电池流出持续增加的时间段。
[0020]在性能模式中，发动机将操作直到电池完全充电；这包括当车辆没有移动时操作发动机和当电池荷电状态(SOC)高于较低的SOC阈值时操作发动机。此外，可以牺牲其它驾驶员舒适要求，包括当电池温度低于较低的电池阈值时关闭电池风扇以及以高于噪声限制转速操作电池风扇的。[0021 ] 如果电池温度高于性能电池温度，则电池风扇将操作。操作电池风扇的阈值是通常设置为防止电池过热的正常电池温度。限制电池风扇操作以保持电池温度处于正常电池温度，以减小与电池操作关联的噪声。此处，操作电池风扇，以降低电池温度至小于正常电池温度的性能电池温度。此外，可以以高于噪声-振动-声振粗糙度-风扇转速的电池风扇转速操作电池风扇，以允许更大的气流和电池的冷却。所述电池温度的降低允许电池在达到最大电池温度之前通过该电池的电流放电产生更多热量。这允许电池流出电流持续增加的时间段，从而引起电池的可用功率的增加。
[0022]图1描绘了具有包括产生功率并且将功率输送至路面用于推进的主要组件的动力传动系统或动力装置的典型插电式混合动力电动车辆(PHEV)。典型的插电式混合动力电动车辆12可以包含机械连接至混合动力传动装置16的一个或更多个电机14。电机14能作为马达或发电机操作。此外，混合动力传动装置16机械连接至也称为ICE或发动机的内燃发动机 18。混合动力传动装置16还机械连接至驱动轴20,驱动轴20机械连接至车轮22。当发动机18 启动或关闭时电机14能提供推进和减速能力。电机14还用作发电机，并且可通过回收在摩擦制动系统中通常将作为热损失的能量来提供燃料经济性效益。通过允许发动机18以更高效的转速操作并且在特定状况下允许混合动力电动车辆12以电动模式操作且发动机18关闭，电机14还可以减小车辆排放。动力传动系统具有可以包括传动装置损失、发动机损失、 电力转换损失、电机损失、电气组件损失和道路损失的损失。这些损失可以归咎于包括流体粘性、电阻抗、车辆滚动阻力、环境温度、组件的温度以及操作时间段的多个方面。[〇〇23]牵引电池或电池组24存储电机14可以使用的能量。车辆电池组24通常提供高电压直流(DC)输出。牵引电池24电连接至一个或更多个电力电子(power electronic)模块26。 一个或更多个接触器42可以在断开时将牵引电池24和其它组件隔离并且在闭合时将牵引电池24连接至其它组件。电力电子模块26还电连接至电机14并且提供在电牵引电池24和电机14之间双向传输能量的能力。例如，典型的牵引电池24可以提供直流(DC)电压，而可能使用三相交流(AC)电流操作电机14。电力电子模块26可以将DC电压转换为电机14使用的三相 AC电流。在再生模式中，电力电子模块26可以将来自用作发电机的电机14的三相AC电流转换为与牵引电池24兼容的DC电压。本说明书中的描述同样适用于纯电动车辆。对于纯电动车辆，混合动力传动装置16可以是连接至电机14的变速箱，并且可以没有发动机18。
[0024]牵引电池24除了提供用于推进的能量之外，还可以提供用于其它车辆电气系统的能量。典型的系统可以包括将牵引电池24的高电压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低电压DC供应的DC/DC转换器模块28。其它高电压负载46(诸如，压缩机和电加热器)可以直接连接至高电压而不需要使用DC/DC转换器模块28。低电压系统可以电连接至辅助电池30(例如，12V电池)。[〇〇25] 车辆12可以是可以通过外部电源36对牵引电池24进行再充电的电动车辆、混合动力电动车辆或插电式混合动力电动车辆。外部电源36可以是至接收公用电力(utility power)的电源插座的连接。外部电源36可以电连接至电动车辆供电设备(EVSEUSAVSE 38 可以提供电路和控制来调整和管理电源36和车辆12之间的能量传输。外部电源36可以提供DC或AC电力至EVSE38AVSE 38可以具有用于插进车辆12的充电端口34的充电连接器40。充电端口34可以是配置用于从EVSE 38传输电力至车辆12的任何类型的端口。充电端口34可以电连接至充电器或车载电力转换模块32。电力转换模块32可以调节从EVSE 38提供的电力，以向牵引电池24提供适合的电压和电流水平。电力转换模块32可以与EVSE 38交互，以协调至车辆12的电力输送。EVSE连接器40可以具有与充电端口 34的对应插孔(recess)匹配的插脚。可替代地，描述为电连接的多个组件可以使用无线电感耦合来传输电力。[〇〇26]可以提供一个或更多个车辆制动器44用于使车辆12减速并且防止车辆12的移动。 车轮制动器44可以是液压致动的、电力致动的或它们的某种组合。车轮制动器44可以是制动系统50的一部分。制动系统50可以包括操作车轮制动器44的其它组件。出于简化的目的， 附图描绘制动系统50和车轮制动器44中的一个之间的单个连接。隐含了制动系统50和其它车轮制动器44之间的连接。制动系统50可以包括用于监测和协调制动系统50的控制器。制动系统50可以监测制动组件并且控制车辆制动器44用于车辆减速。制动系统50可以响应于驾驶员指令并且还可以自动操作以实现诸如稳定控制的功能。当被另一个控制器或子功能请求时，制动系统50的控制器可以实现应用请求的制动力的方法。[〇〇27] 一个或更多个电力负载46或辅助电力负载可以连接至高电压总线。电力负载46可以具有在适当的时间操作并且控制电力负载46的关联的控制器。辅助电力负载或电力负载 46的示例包括电池冷却风扇、电动空调单元、电池冷却器、电加热器、冷却栗、冷却风扇、车窗除霜单元、电动助力转向系统、AC功率逆变器和内燃发动机水栗。
[0028]讨论的多个组件可以具有一个或更多个关联的控制器来控制并监测这些组件的操作。这些控制器可以经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN)、以太网、Flexray)或经由分离的导线进行通信。可以存在协调多个组件的操作的系统控制器48。[〇〇29]可以由多种化学配方构成牵引电池24。典型的电池组化学组成可以是铅酸、镍金属氢化物(OTMH)或者锂离子。图2示出了N个电池单元72串联配置的典型的牵引电池组24。 然而，其它电池组24可以由串联或并联或它们的某种组合连接的任意数量的单独的电池单元组成。电池管理系统可以具有一个或更多个控制器，诸如，监测和控制牵引电池24的性能的电池能量控制模块(BECM^eAECM 76可以包括监测多个电池组水平特性(诸如，电池组电流78、电池组电压80和电池组温度82)的传感器和电路。BECM 76可以具有非易失性存储器，使得当BECM 76处于关闭状况时可以保存数据。当到下一个钥匙循环时，可以使用保存的数据。
[0030]除电池组水平特性之外，还可以存在被测量和监测的电池单元水平特性。例如，可以测量每个电池单元72的端电压、电流和温度。电池管理系统可以使用传感器模块74测量电池单元特性。取决于能力，传感器模块74可以包括测量一个或多个电池单元72的特性的传感器和电路。电池管理系统可以利用多达Nc个传感器模块或电池监测集成电路(BMIC)74 来测量所有电池单元72的特性。每个传感器模块74可以将测量结果传输至BECM 76用于进一步处理和协调。传感器模块74可以以模拟或数字形式传输信号至BECM76。在一些实施例中，传感器模块74的功能可以包含在BECM 76内部。即，传感器模块硬件可以集成为BECM76 中电路的一部分，并且BECM76可以掌控原始信号的处理。[〇〇31] BECM 76可以包括与一个或更多个接触器42交互的电路。接触器42可以保护牵引电池24的正极端子和负极端子。
[0032]电池组荷电状态(SOC)给出电池单元7 2或电池组24中剩余多少电荷的指示。类似于燃料表，可以输出电池组S0C以通知驾驶员在电池组24中剩余多少电荷。还可以使用电池组S0C控制电动车辆或混合动力电动车辆12的操作。可以通过多种方法完成电池组S0C的计算。计算电池S0C的一种可行方法是执行电池组电流对时间的积分。这是在本领域内所公知的安培小时(ampere-hour)积分。[〇〇33] BECM 76可以一直有电力可用。BECM 76可以包括唤醒计时器，使得可以在任何时间计划唤醒。唤醒计时器可以唤醒BECM 76，使得可以执行预定的功能。BECM 76可以包括非易失性存储器，使得在BECM 76掉电或者失去电力时数据可以被存储。非易失性存储器可以包括电可擦除可编程只读存储器(EEPR0M)或者非易失性随机存取存储器(NVRAM)。非易失性存储器可以包括微控制器的闪速存储器。[〇〇34] 电池组24还可以包括配置用于使空气流动通过电池组24的电池风扇(未显示)，使得可以调整电池组24中的电池单元72和电子件的温度风扇。BECM76可以使用来自电池组温度测量82的温度传感器信号监测电池单元72的温度。响应于温度传感器信号，BECM 76可以产生操作电池风扇的信号。[〇〇35]图3是示出车速302、车辆功率304和加速器踏板需求306相对于时间308的示例性曲线图300。此处，响应于踏板需求310,性能模式车速312显示为在一段时间之后高于街道性能模式车速314。类似地，性能模式车辆功率316由于很多因素而显示为高于街道性能模式车辆功率318,所述因素中的一些包括与街道性能模式相比在性能模式中升高的电池 S0C、降低的电池温度和增大的发动机转速限制。增加的性能的一方面是在性能模式的备用状态期间，车辆可以操作发动机以对电池进行充电并且操作电池风扇来冷却电池。备用状态是当不存在踏板需求时的状态，包括车辆没有移动(诸如，在交通灯处停车)的时间段。在点320处，发起踏板需求并且在点322处踏板需求增加至最大踏板需求。如点320和322之间显示的，由于动力传动系统饱和(wind-up)，动力传动系统通常可能在增加踏板需求和功率之间有延迟。在点322和324之间，在通过发动机以及由牵引电池驱动的马达两者驱动的性能模式和街道性能模式两者中，车辆相等地加速。在点324处，街道性能模式可用的功率被电池电子控制模块限制。该限制可以响应于电池温度增加到阈值之外或者电池S0C下降到阈值以下。在点326处，动力传动系统功率被进一步限制以减小车辆加速以及所得的车速。 在328和330之间的时间段期间，街道性能和性能模式两者的车辆功率保持恒定。然而，由于很多因素，性能模式水平高于街道性能模式水平，所述因素包括由于较高的起始S0C和/或较低的起始电池温度使得电池供应电流持续更长时间段的能力以及由于增加的转速限制使得发动机以较高转速操作的能力。结果是更好的性能因为这些因素允许更加连续的加速和车速。[〇〇36] 图4是示出踏板需求306、车速302、电池S0C 402和电池功率404相对于时间308的示例性曲线图400。在该示例中，由于在踏板需求事件310之前性能模式的备用状态期间的发动机操作使得性能模式电池S0C 406高于正常模式电池S0C 408。在性能模式期间较高的电池S0C和较低的电池温度的结果是，电池功率410高于正常模式期间的电池功率412。可用功率的增加可以包括电池使电流流动持续延长的时间段的能力。[〇〇37]图5是示出踏板需求306、车速302、发动机转速502和发动机功率504相对于时间的示例性曲线图500。性能模式的发动机功率506高于正常模式的发动机功率508。增加是基于相对于正常模式的发动机转速限制512的增加的性能模式发动机转速限制510或性能发动机转速限制。性能模式发动机限制可以是最大发动机转速。通常，基于设计限制和经验数据来确定发动机转速的硬件限制或最大发动机转速。随后，可以基于测试和消费者反馈设置用于街道性能模式的街道性能最大转速限制，以减小关联的噪声和振动。街道性能最大转速限制小于最大转速。从而，在性能模式或紧急模式中，发动机限制可以增加到噪声-振动-声振粗糙度(NVH)阈值以上达到最大发动机转速。[〇〇38]在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如，ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带、CD、 RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述处理、方法或算法可使用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路 (ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合被整体或部分地实现。
[0039]尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。
【主权项】
1.一种车辆动力传动系统控制系统，包括:牵引电池；电机，电连接至所述牵引电池；控制器，被配置为:响应于当踏板需求大体上恒定时用户选择的动力传动系统操作模 式改变为性能模式，增加用于驱动所述电机的所述牵引电池的可用功率，而不改变所述牵 引电池的荷电状态操作限制。2.根据权利要求1所述的车辆动力传动系统控制系统，其中，增加用于驱动所述电机的 所述牵引电池的可用功率包括:响应于所述牵引电池的温度高于性能电池温度目标，操作 电池冷却风扇，以将所述牵引电池的温度降低至所述性能电池温度目标，其中，所述性能电 池温度目标低于正常操作的温度目标。3.根据权利要求1所述的车辆动力传动系统控制系统，其中，增加用于驱动所述电机的 所述牵引电池的可用功率包括:以高于风扇噪声_振动-声振粗糙度阈值转速的转速操作电 池冷却风扇。4.根据权利要求1所述的车辆动力传动系统控制系统，其中，增加用于驱动所述电机的 所述牵引电池的可用功率包括:将电池荷电状态目标设置为性能模式荷电状态目标，并且 当荷电状态低于性能模式荷电状态目标时，操作发动机以将所述荷电状态充电至性能模式 荷电状态目标。5.根据权利要求1所述的车辆动力传动系统控制系统，其中，所述控制器还被配置为: 将发动机转速限制设置为追逐限制，其中，所述追逐限制高于发动机噪声-振动-声振粗糙 度阈值转速限制。6.根据权利要求1所述的车辆动力传动系统控制系统，其中，增加用于驱动所述电机的 所述牵引电池的可用功率包括:增加最大电池功率可用于驱动所述电机的时间段。7.—种操作车辆动力传动系统的方法，包括:响应于动力传动系统模式开关改变为紧急模式，增加牵引电池的可用功率，而不改变 所述牵引电池的荷电状态操作限制。8.根据权利要求7所述的方法，其中，增加牵引电池的可用功率包括:响应于所述牵引 电池的温度高于性能电池温度目标，启动电池冷却风扇，以将所述牵引电池的温度降低至 性能电池温度目标，其中，所述性能电池温度目标低于正常操作的温度目标。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电池冷却风扇是以高于噪声-振动-声振粗糙 度风扇阈值的转速进行操作的。10.—种车辆动力传动系统控制系统，包括:牵引电池；动力传动系统模式选择器，包括性能模式；电机，电连接至所述牵引电池；控制器，被配置为:响应于当踏板需求大体上恒定时性能模式的选择，增加用于驱动所 述电机的所述牵引电池的可用功率，而不改变所述牵引电池的荷电状态操作限制。
【文档编号】B60W10/26GK106004859SQ201610183718
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月28日
【发明人】马克·安东尼·罗克韦尔, 贾斯汀·鲁埃尔·拜杰, 克里斯托弗·迈克尔·卡瓦
【申请人】福特全球技术公司