对输入扭矩和电动机转矩二维优化的控制结构和方法

专利名称：对输入扭矩和电动机转矩二维优化的控制结构和方法
技术领域：
本发明通常属于用于动力系统控制系统的控制系统，该动力
系统控制系统使用电子机械变速器.
背景技术：
动力系统结构包括扭矩产生装置，扭矩产生装置包括内燃机 和电机，其通过传动装置传递扭矩至车辆传动系统. 一个这样的变速器 包括,式、复合分配电子机械变速器，其利用输入元件用于接收来自 初始动力源的驱动扭矩，利用输出元件用于从所述变速器传递驱动扭矩
到车辆传动系统，所述初始动力源通常是内燃机。可操作地连接到电能 存储装置的电机，包括可操作来独立于从内燃机的扭矩输入产生用于输 入到变速器的扭矩的电动/发电机。所述电机进一步的可操作来将通过车 辆传动系统传递的车辆动能转换成可存储在电能存储装置中的电势能。
制，包;溫^变速器换档，控制扭矩产生装置f和调节所述电能存储装 置和所述电机之间的电能转换。所述示例性机电变速器通过扭矩传递离合器的动作选择性 的在固定传动比模式和无级变速模式之间操作，所述扭矩传递离合器通 常使用液压回路以实现离合器动作。固定传动比模式发生在当变速器输 出元件的转速与来自发动机的输出元件的转速成固定比例时，通常由于 一或多个扭矩传递离合器的动作。无级变速模式发生在当变速器输出元 件的转速基于一或多个电机的运转速度可变时。所述电机可以通过离合 器的动作，或直接联结至输出轴，离合器动作和停止通常由液压回路完 成。具有机电变速器的工程实施的动力系统使用控制方案以有 效地检测系统状态并控制各系统和致动器的操作进而有效地控制动力系 统操作。下文中描述了这样一种系统。

发明内容
根据本发明一实施例，提供一种方法和装置，所述方法和装 置控制动力系统的操作，所述动力系统包括可操作来传递来自多个扭矩 产生装置的扭矩输入的变速器。在阅读和理解实施例的详细说明的基础上，本发明的这些和 其他方面对本领域技术人员来说将变得更加明显。


本发明在某些部分和部分的结构方面可以采取实际的形 成，形成所述部分的实施例结合随附附图进^f亍详细的描迷和说明，其中图l是根据本发明的示例性动力系统的示意图；图2是根据本发明的用于控制系统和动力系统的示例性结 构的示意图；图3是根据本发明的图解绘图；图4 -9是根据本发明的示意流程图。
具体实施例方式参见附图，其中所述说明只是为了说明本发明而不是为了限 制本发明，图1和2说明了根据本发明一实施例构造的系统，该系统包 括发动机14，变速器10，控制系统，和传动系统.示例性变速器IO的机械方面已经在美国专利号 No. 6, 953, 409，题为"JRj漠式复合分配式具有四个固定比的混合机电式 变速器"的文献中进行了详细的说明，在此引用作为参考。体现了本发 明方案的所述X^式的复合分配模式的电子M混合型变速器如图1所
示，并通常表示为10。所述变速器IO包括一优选由所述内燃机14驱动 的输入轴12，输入轴12具有输入速度Nl发动机14具有优选连接到变 速器输入轴12的曲轴，曲轴具有特征速度N" 当离合器装置(未显示) 可操作地连接发动机和变速器时，发动机转速Ns，和输出转矩L可以不 同于变速器输入速度&和输入扭矩T,。所述变速器10应用三个行星-齿轮组24， 26和28，和四个 扭矩-传递装置，即，离合器C1 70， C2 62， C3 73,和C4 75. —电 液控制系统42，优选通过变速器控制组件17控制，可操作来控制离合器 的启动和停用。离合器C2和C4优选包括液压-促动的旋转摩擦离合 器。离合器Cl和C3优选包括固定变速器壳体68的液压-促动固定装置。三个行星齿轮组24， 26和28每个都包含简单的行星齿轮 组。进一步说，第一和第二行星齿轮组24和26是复合的因为第一行 星齿轮组24的内齿轮元件连接至第二行星齿轮组26的外齿轮元件 38，并被连接到包括电动机/发电机56,也就是MG-A的笫一电机。所述行星齿轮組24和26是深度复合的因为笫一行星齿轮 组24的保持架36是通过轴60结合至笫二行星齿轮组26的保持架 44。因而，第一和第二行星齿轮组24和26的各自保持架36和44被 结合。轴60还选择性地通过离合器C2 62连接到第三行星齿轮组28的 保持架52。笫三行星齿轮组28的保持架52直接连接到变速器输出元 件64，变速器输出元件64具有输出转速，N。。第二行星齿轮组26的 内齿轮元件通过筒形轴66连接到第三行星齿轮组28的内齿轮元件 48，并连接到包括电动/发电机72，也就是MG-B的第二电机。所有的行星齿轮组24， 26和28以及MG-A和MG-B都轴向 对齐，轴向地沿着轴60。 MG-A和MG-B都是环形的结构，这允许他们环 绕三个行星齿轮组24，26和28，这样行星齿轮组24， 26和28都径向地 位于MG-A和MG-B的内部。变速器输出元件64可操作地连接到车辆传 动系统90以提供驱动输出转矩，T。至车轮.每个离合器优选通过电动液 压控制电路42由液压促动，接收来自泵的加压液压油，如下所述。变速器IO接收来自扭矩产生装置的输入驱动扭矩，扭矩产 生装置包括发动机14和MG-A和MG-B,所述扭矩被相应的称为"T,"， 'TA '和'TB、所迷扭矩是从燃料或保存在电能存储装置(ESD) 74 中的电能能量转化的结果。能量存储装置74通常包括一或多个电池组。
其他的能够存储和分配电能的电能和电化学能量储存装置也可以在不改
变本本发明方案的情况下代替电池组.能量存储装置74优选基于下列因 素确定尺寸，所迷因素包括再生需求，与通常的道珞坡度和温度相关的 应用问题，和驱动要求，例如排放,辅助动力和电气范围。能量存储装 置74通过直流传递导体27高压直流连接至传递功率变换模块(TPIM) 19。所迷传递功率变换模块19是控制系统的一个元件，下面将结合附图 2描述该控制系统。传递功率变换模块19通过导体29向和从MG-A传 递电能，传递功率变换模块19类似地通过导体31向和从MG-B传递电 能。根据能量存储装置74是否处在充电或放电状态，电流传递至和从能 量存储装置74。传递功率变换模块19包括一对功率变换器和各自的电 机控制模块，用来接收电机控制命令和控制变换器状态借此提供电机驱 动或能量再生功能.在驱动控制中，各自的电流变换器通过导体29和31接收 来自自流传递电路的电流并向各自的电机，即MG-A和MG-B提供交电 流。在再生控制中，各自的电流换向器通过29和31接收来自电机的交 流电流并向直流线路27传递电流.所述提供到或来自所述电流换向器的 净余的直流电决定了电能存储装置74的工作状况是充电还是放电.优 选，电机A 56和电机B 72是三相的交流电机，每个具有可在定子内转 动的转子，定子固定在变速器的壳体上。所述变换器包括公知的补偿三 相的功率电子装置。参见图2,显示了所述控制系统的示意方框图，所述控制系 统包括分布式控制模块结构。下述元件包括全部的车辆控制结构的子 集，并可操作来提供这里所述的动力系统系统的协同控制.所述控制系 统可操作来综合处理相关的信息和输入并执行算法以控制各种致动器， 从而获得控制目标，所述控制目标包括这样的参数，例如燃油经济性， 排放，性能，驾驶性能和硬件的保护，所述硬件包括能量存储装置74 的电池和电机A以及MG-B 56， 72。所述分布式控制模块结构包括发动 机控制模块('ECM O 23，变速器控制模块('TCM O 17，电池组控制 模块('BPCM ') 21，和变速器功率变换器模块('TPIM ') 19。 一混 合动力控制模块('HCP O 5提供上述模块间的控制和协调。具有一用 户界面(UI)13，用户界面13可操作地连接到多个装置，通过这些装置 车辆操作者通过扭矩输出需求控制或直接操作包括变速器10在内的动
力系统.示例性车辆操作者对用户界面13的输入包括加速踏板，制动踏 板，变速器档位选择器，和，车辆速度巡航控制.上述的每个控制模块 都通过一局域网('LAN 0总线6与其他控制模块，传感器和致动器连 接。所迷局域网总线6允许各种控制模块间的控制参数和命令的传送， 具体使用的通信协议是具体的应用。局域网总线和合适的协议提供了上 述控制模块，和其他控制模块之间加强的通讯和多重控制模块接口，其 他控制模块提供例如防抱死制动，牵引控制和车辆稳定性的功能。所述混合控制模块5提供所述混合动力系的综合控制，所 述动力系统协调发动机控制模块23，变速器控制模块17，传递功率变 换模块19,和电池组控制模块21的操作。基于来自用户界面13和包 括电池组在内的动力系统的各种输入信号，所述混合控制模块5产生各 种命令，包括输出到传动系统90的操作者转矩要求(T。.卿)，来自发动 机的输入扭矩T"用于变速器IO的各个离合器CI， C2, C3， C4的离合 器扭矩('Ta./ );和分别用于电机A和MG-B的电机输入扭矩TA和TB。 变速器控制模块17可操作地连接到电动液压控制电路42，所述电路包 括检测各种压力传感器(未显示)并产生和执行用于各种螺线管的控制 信号以控制其中的压力开关和控制阀。所述发动机控制模块23可操作地连接到发动机14，并通 过总体表示为集合线35的多个^t的线路起到从各种传感器获得数据并 分别控制发动机14的多个致动器的作用.发动机控制模块23接收来自 混合控制模块5的发动机转矩命令，并产生需求的驱动扭矩，和实际的 到变速器的输入扭矩，T,，其连接到混合控制模块5。为简单起见，发动 机控制模块23通常具有通过集合线35与发动机14连接的双向接口。 通过发动机控制模块23获得的各种其他的参数包括发动机冷却剂的温 度，至轴12的发动机输入速度，NB，其被转换为变速器输入速度，N,， 进气歧管压力，环境气温和环境压力。由发动机控制模块23控制的各种 致动器包括燃料喷射器，点火模块，和节气门控制模块。所迷变速器控制模块17可操作地连接到变速器IO并起到
从各种传感器获得数据以及提供至变速器的控制信号的作用。从变速器 控制模块17到混合控制模块5的输入包括用于每个离合器Cl， C2， C3， 和，C4的离合器扭矩(TaESTN)和输出轴64的转速，N。。其他的致动 器和传感器可以用来提供用于控制的从变速器控制模块到混合控制模块
的附加信息。变速器控制模块17检测来自压力开关的输入并选择性地 促动压力控制螺线管和换档螺线管从而促动各种离合器以获得各种变速
器操作模式，如下所迷.电池组控制模块21信号连接至一个或多个传感器，传感器 可操作来监测能量存储装置74的电流或电压M以提供有关电池状态 的信息给所述混合控制模块5。这样的信息包括电池的充电状态，电池 组电压和可利用的电能，参考P至PmTM"的范围'传递功率变换模块19包括前述的功率变换器和电机控制模 块，电机控制模块用来接收电机控制命令并控制变换器状态借此提供电 机驱动或能量再生功能.所述传递功率变换模块19可操作来基于来自所 述混合控制模块5的输入产生用于MG-A 56和电机B 72的扭矩命令， 即，TA和TB,混合控制模块5由操作者通过用户界面13的输入和系统 工作参数驱动。所述用于MG-A和MG-B的电动机转矩命令通过包括传递 功率变换模块19的控制系统执行，以控制MG-A和MG-B,用于电机A 和MG-B各自的电机转速信号通过传递功率变换模块19从电机的相位信 息或传统的转动传感器导出。所述传递功率变换模块19确定电动机转速 并将电动机转速与所述混合控制模块5连通，电能存储装置74是通过 直流线路27高压直流连接至所迷传递功率变换模块19。根据所述能量 存储装置74是否正在充电或放电电流向或从所述传递功率变换模块19 转移。在每一控制模块中用于控制和状态估计的算法通常在预定 循环过程中被执行，这样每个算法在每个循环周期中至少被执行一次。 保存在非易失性存储器装置中的算法由 一个中央处理器执行并可操作来 监测来自传感器的输入以及执行控制和诊断程序进而利用预置校准控制
各个装置的操作。通常每隔一段时间执行一次循环，例如在发动机和车
辆操作正在进行期间每3. 125， 6.25， 12.5， 25和100毫秒执行一次循 环，可选择地，算法可能响应于一事件的发生而被执行。以下参照附图l和表l，描述了工作在几个固定传动比模 式和无级变速模式下的示例性X5U漠式、复合分配、电子机械变速器。 表1
变速器操作范围状态 模式i-关闭发动机(ml_eng_off ) 模式I-发动机运行(ml_eng_on) 固定传动比1 (grl) 固定传动比2 (gr2) 模式ii-关闭发动机(m2 —eng-off ) 模式II -发动机运行(m2—eng—on) 固定传动比3 (gr3) 固定传动比4 (gr4)
促动的离合器
Cl 70
Cl 70
Cl 70C4 75
Cl 70C2 62
C2 62
C2 62
C2 62C4 75
C2 62 C3 73在表格中描述的各种变速器操作范围状态指出了哪个具体 的离合器C1， C2， C3， C4为每一种操作范围状态被结合或促动。另外， 在各种变速器操作范围状态中，MG-A和MG-B的每一个都可以操作为电 动机以产生驱动扭矩，或操作为发电机以产生电能。当离合器C1 70为 了将第三行星齿轮组28的外齿轮元件与机架固定而被促动时，一第一模 式，即模式I，被选择。发动机14可以运转或关闭。当离合器Cl 70 被释放且离合器C2 62被同时地促动以将轴60连接至笫三行星齿轮组 28的保持架时，第二模式，即，模式II被选中，此外，发动机"可以 运转或关闭。出于说明的目的，发动机关闭由发动机输入速度，NE，等 于零转/分，即发动机曲轴不转动确定，当电机A和MG-B 56， 72作为 电机和发电机时，发生影响的超出本发明范围的其他因素，不在此论述.所述控制系统，主要如图2所示，可操作来在轴64上在每
个操作运行状态内从相对较慢到相对较快提供大范围的变速器输出转 速。在每个模式中双向模式与慢至快的输出速度范围的结合允许变速器 10从静止状态至高速推进推动所述车辆，并满足上述的各种其他的需
求。另外，控制系统协调操作变速器IO以便允许在上述模式之间同步换档。参见图3 ，用于图1和2所示的示例性动力系统控制系统的 各种变速器操作模式作为变速器输出轴转速，No，和变速器输入速度， ni的函数示出。显示为单独线路的为每个具体传动比GR1， GR2， GR3， 和GR4，的固定传动比操作如上表l所述。无级变速模式操作显示为每个 模式I和模式II的操作范围。变速器工作范围状态在固定传动比和无 级变速操作模式之间通过具体离合器的启动或停用而变化。所述控制系 统可操作来基于各种标准确定具体的变速器工况，所述标准使用由控制 系统执行的算法和校准，这超出本发明的范围。变速器工作范围状态的 选择主要依赖于操作者扭矩需求to-req和动力系统满足输出扭矩需求 的能力。参见表l和图3，所述低范围操作状态包括离合器C2， Cl， 和C4的选择性动作，便于在无,式I，和固定传动比GRl, GR2，和 GR3的任何一个中操作。所迷高范围操作状态包括离合器C2， C3，和C4 的选择性动作，便于在无亂溪式II，和固定传动比GR3和GR4的任何一 个中操作。用于模式i和模式II的无级变速操作的范围可以重叠。响应于操作者的动作，也就是通过用户界面13获得的，所 述监控混合控制模块控制模块5和一个或多个其他控制模块确定轴64
上的所述操作者需求扭矩，To_req。可选择地被操作的变速器10的部 件被适当地控制和操作以响应于操作者的需求.例如，在图1和2所示 的示例性实施例中，当操作者已经选择前进驱动挡并操作加速踏板或制 动踏板时，所述混合控制模块5确定输出转矩，该输出转矩实现车辆何 时和怎样加速或减速.最终的车辆加速受其他因素的影响，包括，例如，道路阻力， 道路坡度，和车辆质量，用于示例性变速器的所述工况基于动力系统的 各种工作特性确定。这包括用于操作者扭矩需求的命令，通常通过前述 方式至所述用户界面13的输入连通。另外，外部条件输出转矩需求包括， 例如，道路坡度，路面情况，或风阻。所述操作模式可以基于由控制模 块命令引起的动力系统扭矩需求确定以在电能产生模式或扭矩产生模式 之间操作电机.所述操作模式可以通过最优化算法或程序确定，所述过 最优化算法或程序可操作来基于操作者动力需求，电池充电状态，和发 动机14和电机A和电机B56， 72的能量效率确定最优的系统效率'控 制系统基于所述执行最优化程序的结杲管理来自发动机14和电机A和 电机B 56， 72的扭矩输入，系统最优化发生来优化系统效率以改善燃 料经济性和管理蓄电池充电。此外，操作可以基于组件或系统中的故障 确定。所述混合控制模块5监测扭矩产生装置的状态参数，并确定达到 理想扭矩输出所需的变速器的输出，如下所述。在混合控制模块5的控
制下，变速器io在一从慢到快的输出速度范围内运行以便符合操作者的需求.现在参见图4-8，同时参照附图l， 2和3的示例性动力系 统，对于混合动力系统的控制操作进行了描述，优选的方法结合操作图 1， 2和3的示例性动力系统。特别是参见图4，在这里所述的方法和系 统包括策略控制最优化的方面(单元110)，其中优选或理想的工作范围 状态(Op-rangedes )主要基于轴64的输出速度No和操作者需求转矩T o一req选择。策略控制的输出包括优选或理想的工作范围状态 (Op—rangedes)和理想的输入速度(ni—des),每个都是至换档执行 控制单元120的输入。用于策略优化的总体结构的其他方面和示例性动 力系统的控制在申请序列号为 /, (代理编号No. gP - 308478 -PTHCD)，题为"用于混合动力系统系统的优化和控制的控制结构"的美 国专利申请中描述。进一步的细节体现在申请序列号为No. /，(代理编 号No. GP - 308470 )，题为"用于混合动力系统系统的最佳模式或机 构和输入速度的选择的控制结构"的美国专利申请中，上迷两篇文献完 全引用于此。所述方法包括下列步骤，执行为分布式控制组件结构的控 制模块中的一个或多个算法。所述方法包括监控变速器的输出，通常 是No，在轴64上操作者需求转矩，T o-req，和可利用的电池电能 pbat—min和pbat—max。至少一个允许的工作范围状态，如表1所示， 被识别。用于每一允许的运行状态的扭矩范围被确定。运行在每一确定 扭矩范围的成本被计算，基于每个确定扭矩范围的所述计算成本所述确 定扭矩范围的 一个被选为优选的工作范围状态.此后所述动力系统被控 制在优选的工作范围内.参见图5， 一功能方框图描述了附图4中的策略控制块 110，并且描述了至策略管理部分220的输入No和T o-req，以及策略 管理部分220具有至系统限制部分240和优化部分260的输出。系统限 制部分240的输出还输入至最优化部分260。最优化部分260的输出输 入至换档稳定和判优部分280,换档稳定和判优部分280具有包括所述 优选工作范围状态OP—RangeDES和所需输入速度NI—DES的输出。参见图6，策略管理部分22 0包括操作者输入，通常是通过 用户界面13输入的扭矩需求和其他输入，成本结构信息，下文所述，和 原始的策略输入，包括与混合动力系统工作条件相关的原始的参数信 号，混合动力系统的工作条件包括与能量存储装置74相关的那些。从策 略管理部分220的输出包括成本结构信息成本，策略输入包括变速器输 出轴转速No，可利用的电池电源的范围pbat-min和pbat-max，以及操 作者扭矩需求To—req,参见图7，描述了策略系统限制部分240的详细说明。输 出速度No是至策略速度约束部分230的输入。速度约束部分230确定用 于在每个无级变速模式中的最大和最小输入速度，即 NI—MIN—M1，NI—MAX—Ml, NI—MIN—M2和NI一MAX一M2，为了确定混合操作 范围的状态，即，GR1， GR2， GR3， GR4， Ml — Eng-0ff， Ml』ng一0n， M2_Eng_Off,和M2-Eng-On，基于当前的操作约束是允许的，操作约束 具体地说是输出速度No。在部分240存在3条输出路径242， 244， 246， 部分240提供至优化的部分260的输入.输出路径244提供相关的系统控制信息，包括MG-A (TA-MIN， TA-MAX )最大和最小电动机转矩的转 矩值的范围，每一固定传动比(TI-MIN， TI-MAX)操作的最大和最小输 入扭矩，也就是GR1， GR2， GR3， GR4。这些信息传送至部分260的每一 部分270， 272， 274.参见附图8，对策略最优化部分260进行描述。从部分240 至策略优化部分260所允许的混合操作状态范闺，用于识别部分262, 264, 266， 268, 270， 272， 274和276中的哪一个予以执行.部分262， 264, 266， 268， 270， 272， 274和276每一个均包括最优化部分，基于 前述的输入，为每个可允许的工作范围状态确定最佳的操作成本 (Pcosr)，所述输入包括前述的扭矩值范围和与燃料经济性，排放，电 池寿命以及驾驶性能和其他输入相关的成本。所迷优选的操作成本优选 包括在用于每个工作范围状态的扭矩值的范闺内可得到的运行点上最小 化操作成本。现在参照附图9，描述了在固定传动比模式工作范围状态 下，也就是在GR1， GR2, GR3和GR4其中之一的状态下，确定用于操作 所述示例性动力系统的优选工作条件的方法。至变速器和传动系所允许 的输入扭矩范围包括最大和最小输入扭矩TI—MIN, TI-MAX以及MG-A最 大和最小电动机转矩TA-MIN， TA-MAX从部分244输入至用于每一模块 270， 272， 274和276中的部分360。部分360包括二维的搜索引擎(2D 搜索引擎)。二维的搜索引擎360重复地产生用于发动机输入的参数值， 包括变速器输入扭矩和MG-A的转矩发动机[ni，TA] j，用于在迭代循环 366中执行。所述下标"j"指的是具体的重复，并且在从l到n的范围 内。重复的次数，n，可以由许多种方法中的一个产生，或者存在于搜索 引擎内部，或者作为整个方法的一部分。应当理解本方法可以替代性 的用于输入所允许的变速器至传动系的输入扭矩范围，包括最大和最小 输入扭矩TI-MIN， TI—MAX以及MG-B最大和最小电动机转矩TB-MIN， TB-MAX从部分244输入至用于每一模块270， 272， 274和276中的部分 360。 j的参数值被输入到系 统方程362,从该系统方程中确定出用于电机TB的参数值.电动机转矩 TA和TB和输入扭矩ti被输入到成本函数364，该成本函数确定用于成 本(pcost) j，用于在操作示例性动力系统中从重复步骤j中获得具体的
参数化的输入扭矩和电动机转矩.在搜索引擎360中基于搜索引擎360 的具体情况，确定用于每个重复的成本被返回和获取，或分析.搜索引 擎360重复地估计用于成本的^t化的值(pcost) j，并且确定一优选成 本，其包括在该实施例中所有重复地计算的参数化法值中的最小成本。 用于输入扭矩和MG-A转矩[Ti， TA, pcost]pref的优选成本和对应值 从每一模块270， 272, 274和276输出到单元280,并且包括每一固定 传动比的优选成本。本方法包括确定允许的输入扭矩TI-MAX至TI—MIN以及电 动机转矩TA-MIN、 TA-MAX的范围.允许的输入扭矩包括根据特定发动机 的实施例的实际约束，以及基于所使用的特定发动机的操作特定的约 束。允许的电动机转矩包括与电机设计和可获得的电池能量相关的特定 应用限制。用于传动比GR1， GR2， GR3， GR4其中之一的允许的输入扭矩 和MG-A的转矩优选的是通过线路244输送至部分360,该部份360包括 每一部分270， 272， 274， 276的元件，以及包括上文述及的从部分240 的输出。允许的输入扭矩的范围ti—min至ti-max，和允许的MG-A 的转矩TA-MIN、 TA-MAX包括输入至部分360的边界条件，其包括具有迭 代的搜索引擎366的二维的搜索引擎。二维的搜索引擎包括几个公知方 法中的任何一个，所述公知的方法作为控制模块的一个算法执行，所述 控制模块操作来产生容许值范围内的用于Ti和TA的参数化值，输出所 述参数值[Ti， TA, TB] j至迭代循环366以确定相关成本，(PcosT) j, 并在搜索引擎360中估计所述结果，即，(PcosT) j。搜索引擎确定优 选的结果成本，[Ti, TA, pcost]pref，即，通过比较每次迭代的结果 成本和前次确定的结果成本。当所述优选结果成本包括用于相关成本的 最小值时，发动机360选择并获取和存储所述结果成本与前次确定的结 果成本的较小值。当搜索引擎已经在用于ni，ti的参数范围内执行搜索 时，最终获取的结果包括优选成本和相关的输入速度和扭矩[Ti， TA， pcost]pref，其随后输出到单元280. 二维的搜索引擎360可以包括多个公知搜索引擎中的任何一 个，所述公知的搜索引擎可可操作来在容许值的范围内产生用于Ti和TA 的参数值.举例来说， 一个这样的搜索引擎重复地产生关于允许的输入 扭矩整个范围内ti-min至ti-max以及整个范围内的允许的MG-A的转
矩TA-MIN至TA-MAX的组合.举例来说，另 一搜索引擎被认为是直接搜 索法，包括探试的标本搜索过程，其中用于Ti和TA的参数值被确定并 输入至系统方程(单元362 ).所述二维的直接搜索法包括一公知的用于 求解优化问题的方法，其不需要任何关于目标函数梯度的信息，并适合 其中存在两个或更多自由度方法，在这些实施例中包括独立变量Ti和 TA。所述直接搜索法包括一算法，其在第一或当前参数值附近搜索一组 点，寻找比目标函数，即，成本函数的输出的比当前值低的值。不管利 用什么样的搜索引擎，其都作为一个算法与控制模块成为一体从而在车 辆的运行期间执行。用于输入扭矩和MG-A转矩的参数值输入系统方程362中， 从该方程中可以确定电动机转矩TB的参数值。当示例性变速器运行在固 定传动比操作范围状态其中之一时，电机A,电机B,发动机输入和No 之间的速度关系由下列等式1确定<image>image see original document page 18</image>
其中ni包括从发动机14的输入速度，No是变速器输出轴转速，NA 和nb是用于电机A56和电机B72的运转速度，以及，bll， b21， b31 是公知的纯量值，所述纯量值在具体应用中确定.因此，在此种应用中， 当变速器输出轴转速No是已知的情况下，发动机14的输入速度ni、 NA 和nb就能够确定。电机A和电机B之间的转矩关系由以下的等式2限 定
其中Ti是来自发动机14的输入扭矩，To是变速器输出轴扭矩，也 就是需要的输出扭矩，T0-REQ、 TA和TB是用于电机A 56和电机B 72 的操作扭矩，；,表示发动机14的输入速度相对于时间的变化率， dll， d12， d13， d14是根据具体的应用所确定的公知的纯量值，在本申请 中，当传动系输出轴扭矩No已知时，存在两个自由度，也就是Ti和TA， 通过Ti和TA可以确定TB。从等式1和2导出系统方程(单元362 )， 在下文中描述为等式3:
其中all， a12， a13和bl是根据具体应用所确定的公知的纯量值。 迭代搜索方法优选的是包括用于Ti和TA的参数值，上述参数值输 入至包括系统方程(如等式3所示)的算法中，并产生包括相应的电动 机转矩TB的参数值。选定的Ti和TA参数值以及用于从方程3中输出的电动机转 矩TB的计算参数值输入至成本函数(单元364 )以计算成本，pcost， 其与选择的用于Ti和TA的参数值有关。所述成本pcost、Ti和TA [Ti， TA， pcost]J通过搜索循环366向后输入至部分360，部分360在来自 发动机的允许的输入扭矩ti和电动机转矩TA的范围内重复地执行二维 的搜索法以为成本确定最优值或优选值，(pcost)pref.成本的最优值, PcosT是该实施例中优选的最低的成本值，用在成本函数364中的成本信息优选包括操作成本，其通常
通常基于与车辆驾驶性能，燃料经济性，排放，和用于确定的扭矩范围 的电池寿命相关的因素确定，此外，成本被分配且与用于车辆的动力系 统系统的具体的运行点相关的燃料和电力消耗相关。低的操作成本通常 与高的转换效率下低油耗，低的电池电力用量，运行点上的低排放相关， 并考虑到动力系统系统的当前的工作范闺状态.所述最佳的操作成本 (Pcost)可以通过计算总的动力系统系统损耗来确定，总的动力系统系
统损耗包括整个系统的功率损耗和成本代价，例如可以与控制电池充电 状态相关。整个系统功率损耗包括基于由燃料经济性和尾气排放推算的 发动机功率损耗项，加上机械系统损失(例如，齿轮，泵，带，皮带轮, 阀，链)，电气系统损失(例如，电线阻抗和开关和螺线管损失)，和 热损失。其他的损失包括电机功率损耗和内部的电池功率损耗。其他的
因素可以是，包括与因能量存储装置74的放电深度引起的电池寿命相关 的因素，当前的环境温度和他们对电池充电状态的影响。操作成本优选 相对于具体的动力系统/车辆在车辆校准试制期间形成.在美国专利申 请公开号2005/0256633 A2，題为包括燃料经济性和发动机排放因素的 成本结构方法的文献中描述了用于确定发动机功率损失的示例性方法， 其内容引用在此作为参考。应当理解，在本发明范围内硬件的改进是允许的。本发明已 经结合具体实施例和相应的改进进行了具体的论述。他人可以在阅读和 理解说明书的基础上进行进一步地改进和变型。其包括所有的这样的改 进和变型，因为他们都在本发明的范围内.
权利要求
1.一种操作动力系统的方法，所述动力系统包括内燃机，第一、第二电机，以及选择性可操作地在它们之间输送扭矩的机电变速器，所述方法包括确定允许的输入扭矩和所述第一电机允许的电动机转矩范围；确定多个成本；以及基于所述的多个成本，确定优选的输入扭矩和优选的所述第一电机的电动机转矩。
2. 如权利要求l所述的方法，其中允许的输入扭矩和所述第一电机 允许的电动机转矩范围是基于所述变速器的输出轴转速以及操作者的扭 矩需要而确定的.
3. 如权利要求l所述的方法，进一步包括基于优选的输入扭矩和优 选的所述第一电机的电动机转矩，确定所需要的操作范围状态。
4. 如权利要求1所述的方法，其中确定所迷多个成本进一步包括 迭代选择用于所述输入扭矩和所述第一电机的电动机转矩的参数值；基于所选择的输入扭矩和所述第一电机的电动机转矩的参数值，确定所述笫二电机的电动机转矩；针对每一所述迭代所选择的用于输入扭矩和所述第一、第二电机的 电动机转矩的参数值计算成本。
5. 如权利要求4所述的方法，其中迭代选择的用于输入扭矩和所述 笫一电机的电动机转矩的参数值包括在允许的输入扭矩和电动机转矩 的范围内，执行二维搜索引擎，从而产生用于所述输入扭矩和所述笫一 电机的电动机转矩的参数值。
6. 如权利要求4所述的方法，其中确定所述第二电机的电动机转矩 包括基于所选择的用于输入扭矩的参数值和所选择的用于所述第一电 机的电动机转矩的参数值，执行系统方程。
7. 如权利要求4所述的方法，其中基于与所述输入扭矩和所述第一、第二电机的电动机转矩相关的发动机燃料消耗和电池动力成本，从 而计算每一成本。
8. 如权利要求1所述的方法，其中基于多个成本识别优选的输入转 矩和优选的所述笫一电机的电动机转矩，包括识别消耗最小成本的用于输入扭矩和所述第一、笫二电机的电动机转矩的参数值.
9. 如权利要求1所述的方法，其中基于可获得的电池动力确定所述 第一电机的允许电动机转矩的范围.
10. 如权利要求1所述的方法，进一步包括在固定传动比模式下操作 所述动力系统的所述机电变速器。
11. 如权利要求10所述的方法，进一步包括在4个固定传动比其中之一的模式下操作所述动力系统。
12. —种识别优选操作状态的方法，用于在固定传动比操作范围状态 内操作动力系统，从而获得操作者的扭矩需要，所述动力系统包括内 燃机，第一、笫二电机，以及选择性可操作地在它们之间输送扭矩的机 电变速器，所述方法包括确定允许的输入扭矩和所述笫一电机允许的电动机转矩范围； 确定多个成本；每一成本基于所选择的允许的输入扭矩和所选择的所述第一电机允许的电动机转矩；以及基于所述的多个成本，确定优选的输入扭矩和优选的所述第一电机的电动机转矩。
13. 如权利要求12所述的方法，其中确定所述多个成本进一步包括迭代选择用于所述输入扭矩和所述第 一 电机的电动机转矩的参数值；基于所选择的输入扭矩和所述第一电机的电动机转矩的参数值，确 定所述第二电机的电动机转矩；针对每一所述迭代所选择的用于输入扭矩和所述电机的电动机转矩 的参数值确定成本。
14. 如权利要求13所述的方法，其中迭代选择用于所述输入扭矩和 所述第一电机的电动机转矩的参数值包括在允许的输入扭矩和电动机 转矩的范围内，执行二維搜索引擎，从而产生用于所述输入扭矩和所迷 第一电机的电动机转矩的参数值.
15. 如权利要求13所述的方法，其中基于与所述输入扭矩和所述第 一、第二电机的电动机转矩相关的发动机燃料消耗和电池动力成本，从 而确定每一成本
16. 如权利要求15所述的方法，其中基于多个成本识别优选的输入转矩和优选的所述第一电机的电动机转矩，包括识别消耗最小成本的 输入扭矩和所述第一、笫二电机的电动机转矩.
17. —种制造产品，包括存储介质，所述存储介质在其中具有计算机 程序编码，从而完成在固定传动比操作范闺状态内操作动力系统并获得 操作者扭矩需要的方法，所述动力系统包括内燃机，第一、第二电机， 以及选择性可操作地在它们之间输送扭矩以满足扭矩需要的机电变速 器，所述程序包括确定允许的输入扭矩和所述第一电机允许的电动机转矩范围的编码；确定多个成本的编码；以及基于所迷的多个成本，确定优选的输入扭矩和优选的所述第一电机 的电动机转矩的编码，
18. 如权利要求17所述的产品，其中确定所述多个成本的程序进一 步包括迭代选择用于所述输入扭矩和所述第 一 电机的电动机转矩参数值的 编码；基于所选择的输入扭矩和所述第一电机的电动机转矩的参数值，确 定所述第二电机的电动机转矩的编码；针对每一所述迭代所选择的用于输入扭矩和所述电机的电动机转矩 的参数值计算成本的编码。
19. 一种设备，包括 分布式控制模块结构，包括多个可操作地连接到动力系统的控制模块，所述动力系统包括内燃 机和第一和第二电机以及电子机械变速器，所述变速器选择性地动作以在他们之间传递扭矩，所述变速器通过多个扭矩传递离合器的选择性的 动作选择性地操作在多个固定传动比操作范围状态中的一个内；所述控制模块适合于执行嵌入其中的多个算法以完成下列程序，包括确定允许的输入扭矩和所述笫一电机允许的电动机转矩范围的编码；确定多个成本的编码；以及基于所述的多个成本，确定优选的输入扭矩和优选的所述笫一电机的电动机转矩的编码.
20.如权利要求19所述的设备，包括其中确定所述多个成本的编 码进一步包括迭代选择用于所述输入扭矩和所述第一电机的电动机转矩参数值的 编码；基于所选择的输入扭矩和所述笫一电机的电动机转矩的参数值，确 定所述第二电机的电动机转矩的编码；针对每一所述迭代所选择的用于输入扭矩、所述第一电机的电动机 转矩和所迷第二电机的电动机转矩的参数值，从而确定成本的编码。
全文摘要
本发明提供一种用于动力系统的控制系统，所述动力系统包括电子机械变速器，所述变速器在多个固定传动比模式和无级变速模式中选择性地动作。所述控制系统适合于识别在固定传动比操作范围状态下的优选操作条件。所述方法包括确定输入所述变速器的允许的输入扭矩和所述第一电机的电动机转矩范围，以及上述参数确定第二电机的多个电动机转矩。基于发动机输入和所述第一、第二电机的电动机转矩确定成本。基于确定的成本，识别优选的输入扭矩和优选的电动机转矩输入。
文档编号F16H59/00GK101182883SQ20071018706
公开日2008年5月21日 申请日期2007年11月19日 优先权日2006年11月17日
发明者A·H·希普 申请人:通用汽车环球科技运作公司