控制混合动力车辆的方法与系统.pdf

本发明涉及控制混合动力车辆的方法与系统。提供了一种控制混合动力车辆的混合动力控制器。混合动力车辆具有发动机，电动机以及确定曲轴转矩的发动机控制器。混合动力控制器包括优化模块，所述优化模块确定电动机转矩，确定发动机转矩，并且将该发动机转矩从混合动力控制器传输至发动机控制器。混合动力控制器还包括基于电动机转矩控制电动机的电动机控制模块。

1.  一种控制具有发动机与电动机的混合动力车辆的方法，该方法包括：
确定曲轴转矩；
将所述曲轴转矩传输至混合动力控制器；
在所述混合动力控制器中通过使用所述曲轴转矩来确定电动机转矩；
在所述混合动力控制器中通过使用所述曲轴转矩确定发动机转矩；以及
将所述发动机转矩从所述混合动力控制器传输至发动机控制器。

2.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定发动机转矩包括确定无电动机的发动机转矩。

3.  根据权利要求2所述的方法，其中，所述确定无电动机的发动机转矩包括，基于发动机泵送损耗，摩擦，附件驱动负载，以及电动机容量中的至少一个来确定无电动机的发动机转矩。

4.  根据权利要求2所述的方法，其中，确定转矩包括确定曲轴中间转矩与预测转矩。

5.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定电动机转矩与确定发动机转矩包括为了燃料经济性而优化所述电动机转矩与发动机转矩。

6.  根据权利要求5所述的方法，还包括在优化之后，对所述电动机转矩与所述发动机转矩的执行进行时间调节。

7.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述优化包括响应于发动机性能与排量来优化所述电动机转矩与所述发动机转矩。

8.  根据权利要求5所述的方法，其中，所述优化包括响应于预测与即时转矩来优化所述电动机转矩与所述发动机转矩。

9.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定电动机转矩以及确定发动机转矩包括相对于车辆性能来优化所述电动机转矩与发动机转矩。

10.  根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定曲轴转矩包括确定驾驶员请求转矩，确定车轴请求转矩以及确定制动再生转矩。

11.  根据权利要求1所述的方法，还包括在传输所述发动机转矩之后，调节所述发动机转矩以用于储备负载。

12.  根据权利要求1所述的方法，还包括在车辆怠速过程中，或在检测到电动机故障或检测到在所述发动机控制模块与混合动力控制模块之间的串行数据错误时，旁通所述混合动力控制器。

13.  根据权利要求12所述的方法，其中，所述旁通包括将所述曲轴转矩请求传输至无电动机的驱动转矩裁定切换装置，以及调节稳态电动机转矩。

14.  一种混合动力控制器，用于控制具有发动机，电动机以及确定曲轴转矩的发动机控制器的混合动力车辆，所述混合动力控制器包括：
优化模块，其确定电动机转矩，确定发动机转矩，并将所述发动机转矩从所述混合动力控制器传输至所述发动机控制器；以及
电动机控制模块，其基于所述电动机转矩控制所述电动机。

15.  根据权利要求14所述的混合动力控制器，其中，所述发动机转矩包括无电动机的发动机转矩。

16.  根据权利要求15所述的混合动力控制器，其中，所述无电动机的发动机转矩是基于发动机泵送损耗，摩擦以及附件驱动负载的。

17.  根据权利要求14所述的混合动力控制器，其中，所述优化模块为了燃料经济性而优化所述电动机转矩与发动机转矩。

18.  一种系统，包括：
如权利要求14所述的混合动力控制器；以及
发动机控制器，其包括确定曲轴转矩并且将所述曲轴转矩传输至所述混合动力控制器的曲轴转矩确定模块。

19.  根据权利要求18所述的系统，其中，在车辆怠速的过程中，或在检测到电动机故障或检测到在所述发动机控制模块与混合动力控制模块之间的串行数据错误时，所述发动机控制器旁通所述混合动力控制器。

20.  根据权利要求19所述的系统，其中，所述发动机控制器通过下述方式旁通所述混合动力控制模块，即，从所述曲轴确定模块将所述曲轴转矩请求传输至无电动机的驱动转矩裁定切换模块。

控制混合动力车辆的方法与系统
相关申请的交叉引用
本申请要求了2008年2月7日申请的序列号为NO.61/026951的美国临时申请的权益。以上申请的全部公开内容通过引用的方式结合在此。
技术领域
本发明总体上涉及混合动力车辆，更具体地涉及用于混合动力车辆的控制模块结构。
背景技术
此处提供的背景技术描述的目的在于概括地介绍本发明的环境。当前署名的发明人的工作，在该背景技术部分中做了一定程度的描述，以及在申请时不能称作现有技术的那些方面，都不能明确或隐含地被认为是相对于本发明的现有技术。
内燃机在汽缸内燃烧空气与燃料的混合物，以驱动活塞，由此产生驱动转矩。流入汽油发动机的空气流经由节气门调节。更具体地，节气门调节节气门面积，增大或减小流入发动机的空气流量。当节气门面积增加时，流入发动机的空气流量增加。燃料控制系统调节燃料喷射率，以向汽缸提供所需的空气/燃料混合物。增加向汽缸提供的空气与燃料的量可以增加发动机的转矩输出。
已经研发的发动机控制系统用于控制发动机转矩输出，以实现所需的转矩。
混合动力车辆正在逐渐普及。一些制造商正在开始实施混合动力策略。典型地，车辆制造商拥有他们自己的发动机控制器，但不具有控制混合动力车辆的系统。
发明内容
本部分提供对本发明的一般性概述，而不是本发明全部范围或其所有特征的全面公开。
本发明提供一种混合动力控制系统，其包括可以是独立模块的混合动力控制器。该混合动力控制器可以用于控制车辆的电动机，并且优化发动机与电动机转矩。
在本发明的一方面中，控制具有发动机与电动机的混合动力车辆的方法包括：确定曲轴转矩，将曲轴转矩传递至混合动力控制器，在混合动力控制器中确定电动机转矩，在混合动力控制器中确定发动机转矩，和将发动机转矩从混合动力控制器传递至发动机控制器。
在本发明的另一方面中，提供了一种用于控制混合动力车辆的混合动力控制器。混合动力车辆具有发动机，电动机与确定曲轴转矩的发动机控制器。混合动力控制器包括优化模块，其确定电动机转矩，确定发动机转矩，并且将发动机转矩从混合动力控制器传递至发动机控制器。混合动力控制器还包括电动机控制模块，该电动机控制模块基于电动机转矩控制电动机。
在本发明的还一方面中，一种用于控制具有发动机与电动机的混合动力车辆的系统包括混合动力控制器以及与该混合动力控制器相通信的发动机控制器。发动机控制器包括发动机确定模块，该发动机确定模块确定曲轴转矩并且将曲轴转矩传递至混合动力控制器。混合动力控制器确定电动机转矩并且确定发动机转矩。混合动力控制器将发动机转矩从混合动力控制器传递至发动机控制器。
其他的适用范围将通过本文提供的描述而变得明显。该发明内容部分的描述与特定示例仅旨在示例目的，并不限制本发明的范围。
附图说明
此处描述的附图仅用于对所选实施例进行说明的目的，而并不是所有可能的实施方式，因此并不意图限制本发明的范围。
图1为根据本发明原理的典型发动机系统的功能性框图。
图2为根据本发明原理的典型发动机系统的具体框图。
图3A与图3B为根据本发明原理的控制混合动力车辆的方法的流程图。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的部分。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，而决不旨在限制本发明，其应用或使用。为了清楚的目的，在附图中使用相同的附图标记表示相似的元件。如在此使用的，表述“A，B及C中的至少一个”应当理解为表示使用非排他逻辑“或”的逻辑关系(A或B或C)。应该理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，能够以不同的顺序执行方法中的步骤。
如此处使用的，术语“模块”表示专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享的，专用的，或群组的)和存储器，组合逻辑电路，和/或其他提供描述功能的合适元件。
现参照图1，示出了典型发动机系统100的功能性方框图。发动机系统100包括发动机102，其基于驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物，以产生车辆的驱动转矩。空气通过节气门阀112吸入进气歧管110。仅是举例，节气门阀112可以包括具有可旋转叶片的蝶形阀。发动机控制模块(ECM)114控制节气门致动器模块116，其调节节气门阀112的开度，以控制吸入进气歧管110的空气量。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的汽缸中。虽然发动机102可以包括多个汽缸，但为了示例的目的，示出了单个有代表性的汽缸118。仅是举例，发动机102可以包括2，3，4，5，6，8，10，和/或12个汽缸。ECM114可以指令汽缸致动器模块120选择性停用某些汽缸，这样可以在特定发动机运行条件下提高燃料经济性。
来自进气歧管110的空气通过进气门122被吸入到汽缸118中。ECM114控制燃料致动器模块124，其调节燃料喷射以实现所需的空燃比。燃料可以在中心位置或多个位置喷射入进气歧管110，例如在每个汽缸的进气门附近。在图1中未描绘的不同实施例中，燃料可以直接喷射入汽缸或与汽缸相关的混合室。燃料致动器模块124可以终止向停用的汽缸喷射燃料。
喷射的燃料与空气混合，从而在汽缸118中产生空气/燃料混合物。汽缸118中的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自ECM114的信号，火花致动器模块126激励汽缸118中的火花塞128，点燃空气/燃料混合物。可以相对于活塞位于其最高位置的时间设定点火正时，该最高位置被称为上止点(TDC)。
空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动旋转的曲轴(未示出)。活塞随后开始再次向上运动，并且通过排气门130排出燃烧的副产品。燃烧的副产品经由排气系统134从车辆排出。
火花致动器模块126可以由正时信号控制，该正时信号表示在TDC之前或之后多久应该提供火花。火花致动器模块126的操作因此可以与曲轴旋转同步。在各种实施例中，火花致动器模块126可以终止向停用的汽缸提供火花。
进气门122可以由进气凸轮轴140控制，同时排气门130可以由排气凸轮轴142控制。在各种实施例中，多个进气凸轮轴可以控制每个汽缸的多个进气门和/或可以控制多组汽缸的进气门。相似地，多个排气凸轮轴可以控制每个汽缸的多个排气门和/或可以控制多组汽缸的排气门。汽缸致动器模块120可以通过禁止进气门122和/或排气门130的开启而停用汽缸118。
进气门122开启的时间可以通过进气凸轮相位器148相对于活塞TDC而改变。排气门130开启的时间可以通过排气凸轮相位器150相对于活塞TDC而改变。相位器致动器模块158基于来自ECM114的信号控制进气凸轮相位器148与排气凸轮相位器150。当应用时，还可以由相位器致动器模块158控制可变气门升程。
发动机系统100可以包括增压装置，其向进气歧管110提供加压空气。例如，图1示出了涡轮增压器160，该涡轮增压器160包括由流经排气系统134的热的排气提供能量的热的涡轮160-1。涡轮增压器160还包括由涡轮160-1驱动的冷空气压缩机160-2，其对引导至节气门阀112的空气进行压缩。在各种实施例中，由曲轴驱动的增压器可以压缩来自节气门阀112的空气，并且将压缩的空气输送至进气歧管110。
废气旁通阀162可以允许排气旁通涡轮增压器160，从而降低涡轮增压器160的增压(进气空气的压缩量)。ECM114经由增压致动器模块164控制涡轮增压器160。增压致动器模块164可以通过控制废气旁通阀162的位置而调节涡轮增压器160的增压。在各种实施例中，多个涡轮增压器可以由增压致动器模块164控制。涡轮增压器160可以具有可变的几何形状，其可以由增压致动器模块164控制。
中间冷却器(未示出)可以耗散一定程度的压缩空气充入的热量，该热量在压缩空气时产生。因为空气接近排气系统134，所以压缩空气充入还可以吸收热量。尽管为了说明的目的而单独示出，涡轮160-1与压缩机160-2通常相互连接在一起，使进气靠近热的排气。
发动机系统100可以包括废气再循环(EGR)阀170，其选择性地改变排气的方向，以使其返回至进气歧管110。EGR阀170可以位于涡轮增压器160的上游。EGR阀170可以由EGR致动器模块172控制。
发动机系统100可以使用RPM传感器180，以每分钟转数(RPM)为单位测量曲轴的速度。可以使用发动机冷却液温度(ECT)传感器182测量发动机冷却液的温度。ECT传感器182可以位于发动机102中，或位于其他冷却液循环的位置，例如散热器(未示出)。
可以使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量进气歧管110中的压力。在各种实施例中，可以测量发动机真空度，其为环境空气压力与进气歧管110中的压力之间的差。可以使用空气质量流量(MAF)传感器186测量流入进气歧管110的空气质量流量。在各种实施例中，MAF传感器186可以位于还包括节气门阀112的壳体中。
节气门致动器模块116可以使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190监控节气门阀112的位置。可以使用进气温度(IAT)传感器192测量吸进发动机102的空气的环境温度。ECM 114可以使用来自传感器的信号以作出发动机系统100的控制决定。
ECM 114可以与变速器控制模块194通信，以协调变速器(未示出)中的换挡。例如，ECM 114可以在换挡过程中降低发动机转矩。ECM 114可以与混合动力控制模块196通信，以协调发动机102与电动机198的运行。混合动力控制模块196可以控制燃料经济性或性能。车辆操作者能够选择操作模式。
电动机198还可以作为发电动机工作，并且可以用于产生电能，该电能供车辆电力系统使用和/或存储在电池中。在各种实施例中，ECM 114、变速器控制模块194以及混合动力控制模块196的各种功能可以集成为一个或多个模块。
电子制动控制模块200还可以与发动机控制模块114通信。如以下将描述的，可以将与电子制动系统相关的各种转矩算入转矩控制中。
改变发动机参数的每个系统可以被称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可以被称为致动器，并且节气门开启面积可以被称为致动器值。在图1的示例中，节气门致动器模块116通过调节节气门阀112的叶片角度来实现节气门开启面积。
相似地，火花致动器模块126可以被称为致动器，同时，相应的致动器值可以是相对于汽缸TDC的火花提前量。其他致动器可以包括增压致动器模块164，EGR致动器模块172，相位器致动器模块158，燃料致动器模块124，以及汽缸致动器模块120。对于这些致动器，致动器值可以分别对应于增压压力，EGR阀开启面积，进气与排气凸轮相位器角度，添加燃料速度，以及有效汽缸的个数。为了从发动机102产生所需的转矩，ECM 114可以控制致动器值。
现在参照图2，示出了典型的发动机控制系统的功能性框图。不是所有示出的模块都合并入系统中。ECM 114的典型实施例包括图1的驾驶员输入转矩确定(DTRR)模块104。驾驶员输入转矩确定模块104可以接收包括来自巡航控制(CRZR)模块204的输入在内的各种输入，巡航控制模块204可以包括主动巡航控制(ACZR)模块206。驾驶员输入转矩确定模块104还可以接收来自动力输出(PTOR)模块206的输入，该动力输出模块用于农用工具与其他动力装置。驾驶员输入转矩确定模块104还可以接收来自车辆速度限制(SLWR)模块208的输入，该车辆速度限制模块用于在达到设定速度时警告驾驶员并且可以降低发动机转速。加速踏板传感(APSR)模块210还可以向驾驶员输入转矩确定模块104提供对应于加速踏板传感器转矩的输入转矩。用加速踏板转矩裁定与驾驶员输入转矩相关的转矩，以形成驾驶员车轴转矩请求。
车轴转矩裁定(AXLR)模块212与驾驶员输入转矩确定模块104通信。车轴转矩裁定模块212在来自驾驶员输入模块104的驾驶员车轴转矩与其他车轴转矩请求之间裁定。例如，可以提供从图1中示出的电子制动控制(EBCM)模块200获得的车轴转矩请求。这种请求可以包括来自牵引/拖曳控制(TCSR)模块214的请求，来自车辆超速保护(VOSR)模块216的输入，来自制动转矩管理(BTRR)模块218的输入，来自紧急情况自动制动(EABR)模块220的输入，以及来自转矩中断环/减速燃料中断(TCOR/DFCO)模块222的输入。EABR模块220可以通过在感测到有物体位于车辆路径上时实施制动而停止车辆。
驾驶员输入转矩确定模块104与车轴转矩确定模块212均可以接收来自发动机性能与排量模块224的输入。发动机性能与排量(ECPR)模块可以提供对应于发动机燃烧与硬件限制的发动机排量与性能。
转矩请求可以包括目标转矩值以及缓变(ramp)请求，例如请求转矩缓变下降至最小发动机停止转矩或自最小发动机停止转矩使转矩缓变升高。车轴转矩请求可以包括在车轮滑动过程中牵引控制系统请求的转矩降低。车轴转矩请求还可以包括转矩请求增加，以抵消负的车轮滑动，其中由于车轴转矩为负的，所以车辆轮胎相对于地面滑动。
车轴转矩请求还可以包括制动管理请求与车辆超速转矩请求。制动管理请求可以降低发动机转矩，以确保发动机转矩输出不会超出在车辆停止时固定车辆的制动能力。车辆超速转矩请求可以降低发动机转矩输出，以防止车辆超出预定速度。车轴转矩请求还可以由车身稳定控制系统产生。车轴转矩请求可以进一步包括发动机关闭请求，例如可以在检测到严重故障时产生。
车轴转矩裁定模块212基于接收的转矩请求之间的裁定结果来输出车轴预测转矩与车轴即时转矩。车轴预测转矩为ECM 114准备使发动机102产生的转矩量，并且经常基于驾驶员转矩请求。车轴即时转矩为当前所需的转矩量，其可能小于预测转矩。
如以下更详细地描述的，即时转矩可以小于预测转矩，以提供转矩储备，并且满足暂时的转矩降低。仅是举例，当车速接近超速阈值时和/或当牵引控制系统感测到车轮滑动时，可以请求暂时的转矩降低。
可以通过改变响应迅速的发动机致动器来实现即时转矩，同时可以使用较慢的发动机致动器来准备预测转矩。例如，在汽油发动机中，可以迅速调节火花提前，同时因为机械延时，空气流量与凸轮相位器位置可能较慢地响应。进一步，空气流量的变化受到进气歧管中空气传输延迟的影响。此外，空气流量的变化并不表现为转矩变化，直到空气已经进入汽缸，压缩，并且燃烧。
转矩储备可以这样产生：设置较慢的发动机致动器产生预测转矩，同时设置较快的发动机致动器产生小于预测转矩的即时转矩。例如，开启节气门阀112，从而增加空气流量，并准备产生预测转矩。同时，可减少火花提前(换句话说，可延迟点火正时)，将实际发动机转矩输出降低至即时转矩。
预测与即时转矩之间的差可以称为转矩储备。当存在转矩储备时，发动机转矩可以通过改变较快的致动器而从即时转矩迅速增加至预测转矩。由此实现预测转矩，而不用等待通过较慢的致动器之一的调整来产生转矩变化。
车轴转矩裁定模块212可以将车轴转矩请求转化为曲轴转矩请求。曲轴转矩与驱动转矩指的是在发动机轴上输出并且在变速器输入处测量的转矩。该转矩通过TSXR模块230借助于来自变速器控制模块(TCM)194的信息使用变速器与传动系速比来计算。车轴转矩裁定模块212可以将预测与即时曲轴转矩输出至驱动转矩裁定模块232。
驱动转矩裁定(PTAR)模块232在曲轴转矩请求之间进行裁定，包括通过车轴转矩裁定转换的预测与即时曲轴转矩。驱动转矩裁定模块232可以生成裁定的预测曲轴转矩与裁定的即时曲轴转矩。可以通过从接收的转矩中选择获胜的请求而生成裁定的转矩。可替换地或附加地，可以基于接收的请求中的另一个或更多个，通过调节接收的请求之一而生成裁定的转矩。
提供至驱动转矩裁定(PTAR)模块232的其他曲轴转矩请求可以包括来自变速器控制模块194的变速器转矩请求234。发动机超速保护(EOSR)模块236还可以提供转矩降低。其他转矩降低可以来自转矩中断环离合器燃料中断238，用于氧传感器服务功能的OXYR模块240以及系统修正作用(SRAR)模块242。
驱动或曲轴转矩请求还可以由离合器燃料中断产生，这可以在驾驶员踩下手动变速器车辆中的离合器踏板时降低发动机转矩输出，用以减少换挡突变(shift flare)。
驱动或曲轴转矩请求还可以包括发动机关闭请求，其可以在检测到严重故障时启动。仅是举例，严重故障可以包括检测到车辆被盗，起动电动机卡住，电子节气门控制出现问题，以及非预期的转矩增加。仅是举例，发动机关闭请求可以总是赢得裁定，从而作为裁定的转矩输出，或可以完全旁通裁定，简单地关闭发动机。驱动转矩裁定模块曲轴裁定功能232可以仍接收这些关闭请求，以使得，例如，将合适的数据反馈至其他转矩请求者。例如，可以通知所有其他转矩请求者，它们已经输掉裁定。
RPM控制(SPDR)模块250还可以输出预测与即时转矩请求。预测转矩是用于启动慢速致动器的引导请求(leading request)，而即时转矩用于快速致动器。快速致动器可以作用于预测请求，但要以燃料经济性优化方式并且使用类似过滤歧管的响应完成。将请求传输至驱动转矩裁定模块曲轴裁定功能232。来自RPM控制模块250的转矩请求可以在ECM 114处于RPM模式时在裁定中获胜。可以在驾驶员从加速踏板移开其脚时，例如在车辆怠速或从较高速度滑行减速时选择RPM模式。可替换地或附加地，可以在车轴转矩裁定模块204请求的预测转矩小于可标定的转矩值时选择RPM模式。
RPM控制模块250接收或确定所需的RPM，并且控制预测与即时转矩请求，以降低所需的RPM与实际的RPM之间的差。仅是举例，可以提供用于车辆滑行减速的线性降低的所需的RPM，直至达到怠速RPM。此后，怠速RPM可以为所需的RPM。
发动机启动与停止钥匙起动模块252可以向怠速控制252提供发动机启动与停止信号。
驱动转矩裁定模块曲轴裁定功能232可以向动力系裁定(PTAR)模块混合动力请求模块260提供信号。驱动转矩裁定模块曲轴裁定功能232还可以向无电动机情况下(WOM)转矩的驱动转矩裁定模块切换功能262提供信号。当需要缓速电动机控制时，例如当检测到串行通信故障或需要怠速时，驱动转矩裁定模块曲轴裁定功能232可以向无电动机情况下转矩的驱动转矩裁定模块切换功能262提供信号。该模式可以称为传统发电模式，其中，电动机将作为发电机使用，并且更加缓慢地改变其转矩。混合动力控制模块能够以另一模式运行，在该模式中，从混合动力控制模块确定无电动机的转矩。该模式可以称为混合动力优化。当处于这个混合动力优化模式中时，驱动转矩请求模块将预测与即时曲轴请求传输至混合动力控制模块196。混合动力控制模块将随后确定如何借助于电动机转矩与无电动机的发动机转矩相结合来实现请求的曲轴转矩，其中所述电动机转矩来自电动机198，而所述无电动机的发动机转矩被传送至发动机控制模块114。
混合动力控制模块196包括优化模块270，电动机指令模块272及转矩请求裁定模块274。通过驱动转矩裁定混合动力控制接口模块276从驱动转矩裁定混合动力请求模块260传输混合动力请求信号。发动机性能与排量模块280可以通过发动机性能与排量接口282传输发动机性能与排量，该发动机性能与排量接口282向优化模块270提供发动机性能与排量信号。这些发动机性能与排量以没有电动机分担的发动机转矩的形式(表示燃烧转矩减去负载与泵送损耗)传输。
发动机转矩估算(ETQR)消息模块284接收无电动机(WOM)转矩的发动机的发动机转矩估算消息。电动机指令模块272可以使用无电动机的发动机转矩估算，以确定对于实现给出所需曲轴转矩的无电动机的当前发动机转矩输出而言所必须的电动机转矩量。这经常在下述模式中是必须的，其中即时转矩请求起作用并且就最优燃料经济而言，准确、快速控制曲轴转矩是优选的。当以最优燃料经济模式进行时，由于空气致动系统的响应，所以汽油发动机相比于电动机具有缓慢响应。优选地使用电动机来降低转矩而不是火花延迟，因为这样更具燃料效率。在该即时曲轴转矩请求起作用的情况下的公式可以是：所需的电动机转矩＝即时曲轴请求—无电动机的ETQR发动机转矩估算。
基于发动机运行条件与请求的预测曲轴转矩，优化模块270可以确定电动机转矩与发动机转矩的最优设置。优化模块270可以优化发动机转矩与电动机转矩以实现燃料效率。因此，可以产生优化的无电动机的发动机转矩与优化的电动机转矩。在特定条件下，优化模块270还可以优化性能。优化可以基于预定的操作特性而改变发动机与电动机控制的量。在车辆开发过程中可将特性标定入系统中。
转矩请求裁定模块274可以确定如何最佳地实现电动机的转矩请求与发动机的转矩请求。由于机械变化以及实际实现转矩请求所需的时间(基于预测的与即时的请求)，转矩请求可以缓慢上升或以相应于发动机特性的方式执行。也就是说，转矩请求裁定模块274知道发动机性能与排量以及电动机性能。电动机转矩请求与发动机转矩请求可以基于所述性能而实现。不同的发动机与不同的电动机可以具有不同的特性，并且因此转矩请求裁定模块可以针对不同的电动机与发动机组合进行标定。
在确定了所需的发动机燃烧转矩之后，将其送回至发动机控制模块114。发动机转矩信号以无电动机影响的曲轴转矩的形式，从混合动力控制模块传送至发动机控制模块。无电动机影响的曲轴转矩此后称为(WOM)。这不仅仅是发动机燃烧转矩，因为发动机的典型输出为发动机燃烧转矩(也称为指示转矩)减去泵送损耗，并且减去摩擦以及空调负载与动力转向负载。转矩请求裁定274可以将转矩请求信号提供至转矩请求裁定接口模块286。最终，将发动机转矩信号提供至无电动机的驱动转矩裁定模块(PTAR WOM)的切换功能262。而且，转矩中断环(TCOR)模块288和发动机启动与停止模块(ECSR)自动起动功能290还可以将输入提供至无电动机的驱动转矩裁定模块(PTAR WOM)的切换功能262。
储备/负载(RATR)模块300接收来自无电动机的驱动转矩裁定模块(PTARWOM)的切换功能262的转矩请求。该转矩请求来自混合动力优化模式中的混合动力控制器196或来自传统发电模式中的驱动转矩裁定模块曲轴裁定功能232。不同的发动机运行条件均可以影响发动机转矩输出。响应于这些条件，储备/负载模块300可以通过增加预测转矩请求产生转矩储备。
仅是举例，冷启动排放降低(CSER)处理302可以要求用于催化剂点火的延迟火花。在基于转矩的系统中，这可以通过下述方式完成，将无电动机请求的预测转矩提高至超出来自无电动机的驱动转矩裁定模块(PTAR WOM)的切换功能262的、无电动机请求的转矩请求，并且随后发出无电动机请求的即时转矩，其处于与来自无电动机的驱动转矩裁定模块(PTAR WOM)的切换功能262的、无电动机请求的转矩请求相同的水平。这具有下述的效果：空气流量升高至为实现来自无电动机的驱动转矩裁定模块(PTAR WOM)的切换功能262的、无电动机请求的转矩请求所需的空气流量之上，以及要求火花延迟以将转矩保持在所请求的水平。催化剂诊断模块(CATR)处理304可能需要转矩储备，以补偿由侵入地改变燃料当量比而导致的转矩变化。
储备/负载模块300还可以在预期的将来负载中产生储备，例如(ACTR)模块306中的空调压缩机离合器的接合或动力转向泵运行。当驾驶员首先请求空气调节时，可以产生用于空调(A/C)离合器接合的储备。随后，当A/C离合器接合时，储备/负载模块300可以将A/C离合器的预期负载增加到即时转矩请求。CSER 302与CATR 304储备请求对于汽油火花点火式发动机是特定的。ACTR储备/负载请求模块既可以用于汽油火花点火发动机，也可以用于柴油发动机。
转矩致动(TRQR)模块310接收来自储备/负载模块300的转矩请求。致动模块310确定如何达到转矩请求。致动模块310可以根据发动机类型是特定的，对于柴油发动机与汽油发动机具有不同的控制策略。在各种实施例中，致动模块310可以限定在致动模块310之前独立于发动机的模块与依赖于发动机的模块之间的边界。
例如，在汽油发动机中，致动模块224可以改变节气门阀112的开度，其允许较宽范围的转矩控制。然而，节气门阀112的开启与关闭致使转矩相对较慢的变化。停用汽缸也提供较宽范围的转矩控制，但同样导致缓慢的转矩变化，并且此外还包括驾驶性能以及排放问题。改变火花提前相对较快，但这不提供较大范围的转矩控制。此外，借助于火花而可行的转矩控制量(称之为点火容量(spark capacity))随着每缸空气的改变而改变。
可以使用汽缸关闭转矩请求模块312，来确定多少汽缸停用。汽缸关闭(CDAR)模式请求模块312可以指令汽缸致动器模块120停用发动机102的一个或多个汽缸。CDAR模块通知转矩控制系统多少汽缸停用，以使得转矩控制系统可以借助于其他致动器来补偿，类似于更大的空气流量，以便仍达到无电动机的所需曲轴转矩。在各种实施例中，预定的汽缸组可以一起停用。汽缸关闭转矩(CDAR)请求模块312还可以指令燃料控制模式停止提供燃料给停用的汽缸，并且可以指令火花控制模块停止提供火花给停用的汽缸。
在各种实施例中，汽缸致动器模块120可以包括液压系统，为了停用这些汽缸，该液压系统选择性地使进气门和/或排气门与一个或多个汽缸的相应凸轮轴分离。例如，仅一半汽缸的气门通过汽缸致动器模块120一起液压地连接或分离。在各种实施例中，在不停止进气门与排气门的开启与关闭的情况下，可以简单地通过暂停这些汽缸的燃料供给来停用汽缸。
转换器氧存储容量(COSC)模块314可以改变发动机转矩，以在DFCO溢流(flood)之后确定催化剂转换器氧容量。在DFCO溢流中，催化剂转换器或其他催化剂可充满燃料，并且因此可能需要火花延迟，以达到无电动机的所需转矩。
主动阻尼消除(ADPR)模块316也可以包括在系统中。阻尼消除模块316可以降低由发动机燃烧脉冲产生的传动系振动。这对装配有手动变速器的车辆而言尤其有用。
转矩控制器310可以控制在图1中示出的发动机的各个运行方面。这些包括控制燃料致动器(FULR)模块124，其用于确定达到所需空燃比的每个汽缸的燃料量，或用于确定每个汽缸是否通过喷射燃料而工作。燃料致动器模块124向每个工作的汽缸喷射所述燃料量。在一定的条件下，可以保持当量空燃比。
火花致动器(SPKR)模块126用于控制火花以及相对于汽缸位置(例如上止点)的点火正时。
节气门致动器(TPSR)模块116用于控制节气门的开启与关闭，以达到无电动机的所需转矩。
相位器(PHSR)模块158用于控制进气凸轮相位器与排气凸轮相位器，以达到所需的WOM转矩。如果车辆如此装配，则增压器(BSTR)模块164用于控制涡轮或增压器充电器的进气压缩量。完成这些，还可以达到来自转矩控制器310的WOM转矩。
为了方便，以与混合动力控制模块196的其余部分分隔开的方式示出混合动力控制模块196的一部分。然而，这些元件旨在包括在混合动力模块中。制动再生模块320向驾驶员转矩模块104提供制动再生转矩数据。混合动力再生容量模块322提供电动机容量，以再生并且对系统作用负转矩。再生容量模块322可以向发动机性能模块224与怠速控制模块250提供再生容量信号。发动机排量模块224将无电动机容量的发动机转矩与电动机容量结合，以确定总的曲轴转矩传递承载能力。转矩裁定模块AXLR 212与PTAR的曲轴裁定功能232使用总的曲轴转矩传递承载能力，以在裁定之前限制转矩请求。
现在参照图3A与图3B，提出一种用于控制混合动力车辆的方法。在步骤404中，确定发动机燃烧容量。这可以在发动机控制模块中确定。在步骤406中，将总的电动机再生容量从混合动力控制器传输至发动机控制模块。在步骤408中，将所需的制动再生量从混合动力控制模块传输至发动机控制模块。在步骤410中，通过加速踏板确定驾驶员转矩请求。并且，考虑发动机燃烧容量与电动机容量。在步骤412，从加速踏板确定的所需车轴转矩中减去制动再生车轴转矩，以获得驾驶员踏板所需车轴转矩。
在步骤414中，相对于其他驾驶员车轴转矩请求来裁定驾驶员踏板所需车轴转矩请求，以确定所需的驾驶员车轴转矩，其他驾驶员车轴转矩请求可以由巡航控制输入，动力输出装置的输入等产生。
对最终车轴转矩进行沉闷声音区域整形(clunk zone shaping)，该最终车轴转矩对应于来自图2的DTRR 104的最终驾驶员转矩请求。沉闷声音区域整形是指通过过滤、速度限制或其他方法来修正原始的所需车轴转矩，以避免在传动系转矩从正值到负值或从负值到正值反转时可以感受到的转矩冲击。在步骤418中，通过AXLR 212中的其他车轴转矩请求者对在步骤416中确定的驾驶员车轴转矩请求进行裁定。车轴转矩请求可以考虑来源于电子制动模块、车辆超速保护模块、牵引与拖曳控制模块、制动转矩管理模块以及转矩中断模块的请求。而且，当对于总的驱动系统容量限制请求者时，要考虑电动机性能。在步骤420中，将裁定的车轴转矩请求转化为曲轴转矩。将曲轴转矩传送至上述图2中示出的曲轴裁定模块232。在步骤422中，相对于曲轴转矩的其他来源对在AXLR212中确定的曲轴转矩进行裁定。曲轴转矩插入请求的其他来源可以包括图2中示出的变速器控制模块换挡转矩管理请求，发动机超速保护模块，手动变速器换挡爆燃降低(CFCO)模块，OXYR氧传感器服务舱测试模块以及系统修正作用模块。
在步骤424中，确定混合动力系统是以传统发电模式还是以混合动力优化模式运行。混合动力优化模式可称为混合动力控制模式。如果混合动力系统以传统发电模式运行，意味着以荷电平衡模式缓慢运行电动机，并且不选择燃料中断。当发动机怠速、变速器分离时，或如果在混合动力控制模块与发动机控制模块之间存在串行数据通信问题时，选择该模式。ECM可以估算曲轴转矩请求以及曲轴转矩请求的来源，以确定混合动力控制模式。
在步骤428中，将预测与即时曲轴转矩请求同混合动力控制模式与即时曲轴转矩响应类型一起发送至混合动力控制模块。该即时曲轴转矩响应类型向混合动力控制系统指示：即时曲轴转矩请求是否有效，以及当结束降低时，就范围、感觉以及等待时间而言期望何种类型的响应。
在步骤430中，混合动力优化系统使用预测曲轴转矩确定应该以何种稳定状态在电动机转矩与无电动机的发动机转矩之间分路(split)。产生转矩使用的燃料成本以及电池的荷电状态也用于该目的。该优化的输出为无电动机的指令预测发动机转矩，所需的加燃料状态以及所需的预测电动机转矩。
在步骤432中，基于混合动力控制模式确定为了达到所需的预测电动机转矩而允许电动机的速度。如果控制模式为传统发电模式，指令预测电动机转矩将缓慢移动至所需的预测电动机转矩，并且在某种最大与最小限制之内。
在步骤434中，控制流分成两路，无电动机的发动机转矩与电动机转矩。
在步骤436中，无电动机的发动机转矩路线使用通过优化产生的无电动机的指令预测发动机转矩，所需的加燃料状态以及指令预测电动机转矩。基于电动机容量，即时曲轴转矩以及即时曲轴转矩响应类型来确定无电动机转矩的即时发动机转矩。对于汽油发动机，对于排定的点火延迟存在燃料经济性惩罚，因此无电动机的即时发动机转矩应该是不起作用的，除非用电动机不能实现预测或即时曲轴转矩请求。在步骤438中，将无电动机的预测与即时发动机转矩，所需的混合动力加燃料状态，以及指令预测电动机转矩都发送至ECM。
在步骤440中，在ECM中重新开始对无电动机的发动机转矩路线的控制。对在ECM中较早确定的混合动力控制模式进行估算，以确定系统是处于传统发电模式还是混合动力优化模式。如果混合动力控制模式为传统发电模式，那么在步骤442中，确定根据预测曲轴转矩请求减去指令预测电动机转矩而计算得到的无电动机的预测发动机转矩。在传统发电模式中，无电动机的即时发动机转矩在步骤444中根据即时曲轴转矩请求减去指令预测电动机转矩而计算得出。这具有将连续的延迟往返旁通到混合动力控制模块的效果。这使得曲轴转矩请求者能快速访问发动机燃烧致动器。如果在步骤440中确定混合动力控制模式为混合动力优化模式，那么在步骤446中，ECM将直接使用混合动力控制模块所请求的、无电动机的预测与即时发动机转矩。
参照返回至步骤434，跟随着电动机一侧的支路。在步骤440中，如果即时曲轴响应类型不起作用，那么在步骤442中，电动机转矩将跟随由混合动力优化程序确定的指令预测电动机转矩。如果即时曲轴响应类型有效，那么在步骤444中，必须更积极地使用电动机，以通过评估发动机转矩输出的估算而达到即时曲轴转矩。
正如所意识到的，图2中示出的混合动力控制模块196可以用于运行包括强混合与轻度混合在内的各种类型的混合动力车辆。同样地，发动机控制策略还可以用于单独控制汽油或柴油供能的发动机。本发明的系统提供了一种成本降低的协调转矩控制结构。混合动力控制模块196对于各制造商而言可以单独使用，并且可以结合到总的动力系统中。电动机可以执行各种混合动力功能，例如用作滑行时的发电机，再生制动，以及当行车条件为非怠速且行驶时用于控制电动机提供助力。在本方面的结构中，在无电动机的情况下实现发动机怠速控制，以使得混合动力控制模块可以容易地结合到另一制造商的动力系控制策略中。正常的发动机控制策略，例如超速保护，巡航控制与牵引全部包括在系统中。同样地，发动机控制策略还可以通过变速器控制器无缝地操作。电动机转矩与无电动机的发动机转矩的组合可以传输至车辆的各个系统，例如变速器控制器与防抱死制动控制器。
为了说明与描述而提供了前述对实施例的描述。这并不旨在穷尽或限制本发明。特定实施例的各个元件或特征通常并不限于该特定实施例，相反在适当的时候是可互换的，并且可用于选择的实施例，即使未专门示出或描述。这些元件或特征还能够以很多方式变化。这种改变并不视为脱离了本发明，并且所有这些修改均旨在包括在本发明的范围之内。