CN101272926A - 控制并列的混合动力组中的两个马达连接和断开的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制并列混合动力组中的第一马达和第二马达的连接和断开的方法，所述并列混合动力组包括驱动在变速箱(15)入口的主轴(14)的第一马达(11)，第二马达(12)，以及第二马达和第一马达的连接/断开装置(13)，其可以在打开位置和闭合位置之间操纵，从而允许在马达组在混合模式下工作时变换变速箱速比，通过所述连接或者断开装置控制混合动力组以便断开所述第二马达和第一马达，然后变换变速箱速比，并且重新连接第二马达和第一马达，此时使用了控制混合动力组的控制法则，使得当连接时和当断开时，用于主轴的转矩赋值包括一个中断，其被选择用于补偿在当第二马达连接到第一马达时受主轴驱动的惯性和当第二马达与第一马达断开时受主轴驱动的惯性之间的排查，以便避免在断开或者连接时受混合动力组驱动的主轴的加速度的任何突然变化。

Description

控制并列的混合动力组中的两个马达连接和断开的方法
本发明涉及控制并列混合动力组中的第一马达和第二马达的连接和断开的方法，并列的混合动力组含有驱动在变速箱入口的主轴的第一马达，第二马达，和连接/断开所述第一马达和第二马达的装置，该连接/断开装置可在打开位置和关闭位置之间被操纵，用于允许当混合动力组以混合动力模式工作时变换变速比。
已知一些装备了并列混合动力组的机动车辆。所述并列混合动力组是一些含有总体上是电力的第一马达和总体上是热力的第二马达，它们能够通过受控的离合器被连接或者断开，以便一直优化使用不同的可支配的能量。
根据车辆的运转条件，或者使用唯一的电动机或者使用与所述热力发动机相连的电动机，所述电动机还能够在能够接收模式下运转。热力发动机和电动机的连接/断开是通过使用受控离合器实现的。所述组件受到一些自动装置或者更广义地说是一些赋予每个元件(热力发动机，离合器电动机)的信息系统控制，所述自动装置受到总的计算机监控，所述总的计算机根据车辆的运转条件确定所述混合动力组的优化运转模式。
另外，监控计算机按时指示变换变速比。事实上，对于这样的混合动力组而言，不断优化对不同能源的应用导致了非常频繁地变换变速比。
为了进行变换变速比，监控计算机必须命令混合动力组在最好的条件下变换变速比。
特别地，变换变速比假定了3个阶段，在第一阶段中，传递给变速箱的转矩被减小到转矩为零，即取消阶段，然后是同步阶段，在该同步阶段中变速比被改变，然后是第三阶段，称为恢复阶段，该第三阶段是这样的阶段：在该阶段中马达组恢复功率从而重新驱动汽车的轮子。
为了遵守纵向的满意性限制，即避免汽车的速度方面或者加速方面的不均匀性，必须最大限度降低轮子的转矩断裂时间(即取消转矩的时间)，其对应于工作状态同步阶段。然而马达的惯性非常高，特别是热力发动机的惯性，并且该惯性根据经验不允许遵守被使用者要求的同步时间。这种不兼容性主要是在马达组在混合模式下工作时介入，即当热力发动机和电动机连接时介入，特别是因为热力发动机的惯性非常高。
为了能够在满意的条件下变换速比，当马达组在混合模式下工作时，必须在取消阶段期间断开热力发动机和电动机，然后在恢复阶段将它们重新连接。然而，用于保证两个马达在变换速比的期间的连接和断开的控制赋值导致了汽车的加速和速度方面的纵向不均匀性，导致了乘客的不舒适性。
本发明的目标是解决所述缺点，即提出了在变换变速箱速比时并列混合动力组中的热力发动机和电动机的连接和断开的控制装置，所述马达工作在混合模式下，导致了汽车的运转的纵向的良好均匀性。
因此，本发明的目的是提出一种用于控制并列混合动力组中的第一马达和第二马达的连接和断开的方法，所述并列混合动力组包括驱动在变速箱入口的主轴的第一马达，第二马达和第二马达和第一马达的连接/断开装置，其可以在打开位置和闭合位置之间操纵，从而允许在马达组在混合模式下工作时变换变速箱速比，通过所述连接或者断开装置控制混合动力组以便断开所述第二马达和第一马达，然后变换变速箱速比，并且重新连接第二马达和第一马达，此时使用了控制混合动力组的控制法则，使得当连接时和当断开时，用于主轴的转矩赋值包括一个中断，其被选择用于补偿在当第二马达连接到第一马达时受主轴驱动的惯性和当第二马达与第一马达断开时受主轴驱动的惯性之间的排查，以便避免在断开或者连接时受混合动力组驱动的主轴的加速度的任何突然变化。
最好，为马达组定义一个当两个马达被连接时将传递给主轴的参考转矩赋值，和一个当所述两个马达断开时将传递给主轴的参考转矩赋值，根据主轴所受到的抵抗转矩和当马达被连接和断开时马达组必须驱动的惯性，为马达组定义了一个当马达连接时的自然减速转矩，和一个当马达被断开时的自然减速转矩，还定义了一个第一变换法则，该第一变换法则保证了当马达连接时将传递给主轴的参照转矩和当所述马达被连接时自然减速转矩之间的变换，以用于连接，反之用于断开，还定义了一个第二法则，该第二法则保证了当马达断开时将传递给主轴的参照转矩和当马达被断开时的自然减速转矩之间的变换，以用于所述连接，反之则用于所述断开，在连接或者断开期间，控制了马达组，以用于向主轴传递一个遵循了对应于马达组的开始工作模式的变换法则直到马达组工作模式改变的转矩，因此控制马达组向主轴传递一个遵循了对应于马达组达到的工作模式的变换法则的转矩。
最好，对于断开而言，马达组的工作模式的变换时刻是打开连接/断开装置的结束，对于连接而言，马达组的工作模式的变换时刻是关闭连接/断开装置的结束。
最好，不断控制第一马达的转矩；当第二马达连接时控制该第二马达的转矩，当第二马达断开或者正在连接时控制该第二马达的运动状态，还控制连接/断开装置的转矩使得传递给主轴的转矩等于每个瞬时限定用于从连接变换到断开或者相反的主轴的转矩赋值，所述传递个主轴的转矩等于第一马达的转矩和当第二马达没有被连接时的由所述连接/断开装置传递的最大转矩或者当第二马达被连接时的第二马达的转矩之和。
最好，对于断开而言，在连接所述两个马达的第一期间内，降低了第一马达的转矩赋值，以便将该赋值变为对应于当马达被断开时的自然减速转矩，然后保持用于第一马达的转矩赋值，并且启动打开连接/断开装置，使得连接/断开装置打开，同时控制第二马达以便被传递给主轴的转矩遵循对应于马达连接的法则。
最好，为了进行连接，保持第一马达的转矩赋值，启动连接/断开装置的关闭，并且逐步地同时地关闭它，控制第二马达的运动状态从而保证连接/断开装置的正切对接，并且从实现正切对接起，使得主轴的转矩赋值从对应于断开的马达的法则变换到对应于连接的马达的法则，第二马达的控制模式从运动状态控制的模式变换到转矩控制的模式。
例如，第一马达是电动机，第二马达是电动机，连接/断开装置是一种受控的离合器。
马达组例如是汽车的混合动力组。
本发明还涉及一种混合动力组，包括第一马达，第二马达和连接/断开装置，所述连接/断开装置含有实施本发明的方法的控制装置。所述混合动力组例如驱动了汽车的变速箱。
本发明下面将更精确地但是非限定地参照附图进行描述，附图包括：
图1简示出了一个牵引机动车辆的轮子的并列模式的简单的混合牵引链；
图2简示出当变换变速箱速比时传递给轮子的转矩随着时间的变化；和
图3简示出用于在变换变速箱速比的第一阶段控制马达组，即用于保证混合动力组的第二马达的断开的控制法则。
图4简示了用于在变速箱速比变换的恢复阶段中控制马达组的控制法则，即用于确保重新连接混合马达组的两个马达的连接。
首先将描述图1示出的混合动力牵引链。所述混合动力牵引链包括总体用1表示的混合动力组，其包括：第一马达11，该第一马达是电动机或者更一般地说是一种能够作为马达和发电机工作的电机；第二马达12，第二马达是一种热力发动机，所述两个电动机和热力发动机能够通过总体上是一种受控离合器的连接/断开装置13被连接。
所述混合动力组受控制装置2控制，该控制装置2包括用于控制所述第一马达11的接近计算机21，用于控制第二马达12的第二接近计算机22，用于控制连接/断开装置13的第三接近计算机23，和负责向接近计算机21，22和23提供指示的监管计算机24.
所述计算机24以本领域技术人员已知的方式从位于所述汽车上的不同传感器接收信息和指示。
混合动力组1驱动主轴14，主轴14是变速箱15的输入轴，该变速箱15驱动输出轴16，输出轴16驱动车辆的至少一个轮17.
在运转时，轮子17一方面受到阻力转矩的作用，另一方面受到驱动转矩的作用，所述驱动转矩是驱动输出轴的转矩，机械组件的加速等于驱动转矩和阻力转矩的差值与机械系统所受的惯性转矩的比值，即与引入到轴16中的被驱动质量的惯性转矩总和之比。
汽车的运转还可以表示为考虑变速箱入口的主轴14具有的惯性作为参照。所述主轴具有抵抗转矩Cap，res，和汽车的驱动惯性Jap，v，另外该主轴具有由马达组的惯性Jap，m导致的惯性。对应于马达组的组的惯性取决于马达的工作模式，根据该工作模式在混合模式下的运转，即第一马达和第二马达被连接或者在简单模式下运转，即仅仅第一马达即电动机连接到主轴。所述工作模式事实上对应于第二马达即热力发动机与第一马达断开的状况。如果Jm1是第一马达的惯性而Jm2是第二马达的惯性，当所述马达组在混合模式下工作时，主轴具有的马达惯性为Jap，m＝Jm1+Jm2，当好所述马达被断开，所述惯性简化为Jap，m＝Jm1。
设置在主轴14上的不同的元件的驱动转矩还取决于马达组的运转模式。
在任何情况中，主轴14接收对应于由第一马达产生的可以是马达转矩或者抵抗转矩称为Cmot1的转矩的马达转矩。主轴14还收到了可以通过来自第二马达12的连接/断开装置13传递给主轴14的转矩。该抓怒称为Cemb。注意到被连接/断开装置13传递的转矩取决于关闭或者打开所述连接/断开装置的条件。事实上，该连接/断开装置在两个位置之间变化，在第一位置中该连接/断开装置完全被打开并且不传递任何转矩，在第二位置中该连接/断开装置被完全关闭并且可以传递能够传递的并且可以对应于由第二马达产生的转矩的最大转矩。在这个情况中，在连接/断开装置的输入和输出轴的旋转速度相等：两个马达是同步的。被连接/断开装置传递的转矩因此等于由该第二马达提供的转矩Cmot2与保证对应于所述马达的惯性的加速和减速所必须的转矩之差。即，如果ω是马达的转速并且Cemb是由离合器传递的转矩，则Cemb＝Cmot2-Jm2×dω/dt。
当连接/断开装置正在关闭或者打开时，可以传递的最大转矩取决于打开和关闭度。另外，在该阶段，特别是在关闭中，所述连接/断开装置可以是滑动模式，即第二马达的转速和第一马达的转速，即该连接/断开装置的输入和输出马达的转速可以是不同的。当连接/断开装置在滑动模式下运转，则被离合器传递的转矩Cemb等于考虑了连接/断开装置的打开度或者关闭度的可传递的最大转矩。
通过这样的装置，为了保证变速箱的速比的变换，如图2所示从初始阶段0开始控制该组件，在所述初始阶段0中被马达组提供给变速箱的输入主轴的转矩等于Cap，h，0，即初始混合转矩。
从开始变换变速箱速比的瞬时T1起，减小提供给主轴的转矩到自然的减速转矩Cap，nat的值，该自然的转矩是是使得被变速箱传递的转矩为零的转矩。该转矩使得马达组的减速对应于，考虑了变速箱速比的轮子的驱动轴具有的自然减速，如果变速箱不穿的给轮子任何转矩的话。所述自然减速转矩在瞬时T2被达到。所述阶段1被称为消除阶段。该阶段之后的期间2，称为同步阶段，在该阶段中变换速度。在所述阶段中，齿轮同步，脱开传动，齿轮同步和在已经变换速比之后再次接合传动，所述第二阶段终止于瞬时T3。在瞬时T2之后并且直到瞬时T4为止，重新连接马达组到轮子的驱动轴，使传递给主轴的转矩升高到已经被监控计算机固定的对应于主轴混合模式的优选转矩Cap，opt，h的值。所述阶段3称为恢复阶段。在瞬时T4之后，马达组用作向主轴输出刚刚被定义过的新的优选转矩。该阶段在图中表示为4.
为了保证在称为取消阶段的第一阶段中减小施加给主轴转矩，必须在给定时刻使第二马达和第一马达断开。所述断开必须这样进行：遵循用于马达组的各个部件的组合的转矩的变化赋值，所述赋值是这样的：没有感受到汽车加速方面的任何中断。同样在称为恢复阶段3的阶段期间，在重新增加施加于主轴的转矩时，必须重新连接第二马达和第一马达，其中利用了多次的对马达组设备的组合的控制，使得车辆没有受到任何加速的中断。
下面将描述对马达组的不同设备的多次的控制，从而允许了实施令人满意状态下的中断。
首先对于在中断开始之前的期间定义了：一个用于混合状态的主轴的转矩的初始赋值Cap，ch，其也称为混合状态的参考赋值；一个用于断开状态的主轴的初始转矩赋值Cap，c，1，其也称为断开状态的参考赋值，使得两个赋值同时控制汽车的表现。
还确定了用于混合模式和断开模式的主轴的自然减速转矩Cap，nat，h和Cap，nat，1，它们是对应于被变速箱传递的零转矩的转矩。如果J1是由主轴承担的第一马达的惯量，J2是由主轴承担的第二马达的惯量，Jv是由轮子的驱动轴承担的车辆惯性。在形成了轮子受到的抵抗转矩下并且如果η是变速箱的变速比，则混合模式和断开模式的主轴的自然减速转矩用下列关系式表示：
-混合模式的自然减速转矩：
Cap , nat , h = 1 η * J 1 + J 2 Jv * Cres
-断开模式的自然减速转矩：
Cap , nat , 1 = 1 η * J 1 Jv * Cres
一旦所述四个值被确定，就定义了两个用于主轴的转矩变化斜面，一个对应于混合工作模式的斜面Cap，c，h(t)，和一个对应于断开工作模式的斜面Cap，c，1(t)，这两个斜面在瞬时T1和T2之间分别从初始混合模式的主轴的驱动转矩变化到混合模式的主轴的自然减速转矩，从初始的瞬时断开模式的主轴的驱动转矩变化到断开模式的主轴的自然减速转矩，从T1到T2之间的时间间隔大于连接/断开装置的打开期限τ。
限定了打开连接/断开装置的开始瞬时T’1，使得在T’1和T2之间的时间间隔等于打开连接/断开装置的时间τ。一旦瞬时T’1被限定，就赋予第一马达以转矩赋值Cmot1，cons(t)，其使得第一马达在瞬时T1和瞬时T’1之间从在打开过程开始之前具有的转矩赋值变化到等于断开模式的主轴的减速的自然转矩Cap，nat，1。然后在打开连接/断开装置的过程中以及在该过程之外保持用于第一马达的转矩赋值为断开模式的主轴的自然减速转矩值。
在连接/断开过程中，调整了用于第二马达Cmot2，cons(t)的赋值，以便用于马达1的转矩赋值和用于马达2的赋值等于混合模式的主轴的转矩赋值，即在瞬时T1之前的Cap，h，0，然后等于在瞬时T1和瞬时T2之间的斜面。
在瞬时T1和瞬时T’1之间，保持连接/断开装置完全关闭。在瞬时T’1，启动将连接/断开装置打开使得所述打开在瞬时T2完全实现。可传递的最大转矩Cemb(t)然后从在瞬时T’1的最大值Cemb，f变化到在瞬时T2的零。所述第一马达一致被转矩控制。直到瞬时T2，所述第二马达也被转矩控制。在瞬时T2之外，也可以转矩控制和速度控制不再传递任何转矩到主轴的第二马达，因为连接/断开装置被完全打开。
在任何打开过程中，可被连接/断开装置传递的最大转矩总是大于将由第二马达提供的转矩赋值Cmot2，cons(t)，使得被连接/断开装置传递的转矩总是等于由保持与主轴一直同步的第二马达提供的转矩。在打开过程结束时，马达突然被断开使得传递到主轴的转矩突然从对应于混合模式的自然减速转矩的值变化到断开模式的自然减速转矩。用于主轴的转矩突跃允许吸收在断开时刻由主轴承载的惯性差的影响。事实上，只要所述两个马达被连接，即只要它们被同步，由主轴承载的用于马达组的被驱动惯性对应于第一马达和第二马达的惯性总和，而在断开之后，被主轴驱动的马达组的惯性简单地等于第一马达的惯性。
下面将描述在变速箱的变速比变换之后在恢复阶段中的连接过程。
正如在前面的情况中那样，限定了一些用于混合模式和断开模式的主轴的减速的自然转矩，它们类似于已经被定义用于所述取消阶段的减速自然转矩。还限定了在变速箱的变速比变换之后的恢复阶段之后涉及到的一些混合模式和断开模式的优选主轴转矩赋值Cap，c，h和Cap，c，1，分别被称为混合模式或者断开模式的参考赋值。这些对于将提供给主轴的转矩赋值来说的值是通过监控计算机限定的。正如前面的描述那样，限定了自然减速转矩到混合模式或者断开模式在恢复期间涉及的优选转矩的变换斜面，它在连接开始的瞬时T3和达到主轴转矩的优选赋值的瞬时T4之间延伸。这些斜面分别称为Cap，cons，h(t)和Cap，cons，1(t)。为了进行两个马达的连接，对于第一马达而言，至少直到瞬时T”3为止保持了等于断开模式的自然减速转矩的转矩赋值Cmot1，cons(t)，在所述瞬时T”3传递给主轴的转矩等于在恢复之后被传递的优选转矩。在所述期间，从瞬时T3到所在瞬时T”3之前的瞬时T’3，逐渐关闭连接/断开装置以便被第一马达提供的转矩与被连接/断开装置传递的最大转矩之和等于将根据允许从自然减速转矩变化到断开模式涉及的优选转矩Cap，cons，1(t)的斜面传递给主轴的转矩赋值。在该期间，控制第二马达的运动状态使得在瞬时T’3第二马达的转速等于主轴的转速，该主轴的转速对应于沿切向入射的转速轨迹的对接状态。在瞬时T’3，突然关闭了连接/断开装置，尽管从该瞬时起，该第二马达和第一马达完全被连接。同时使第二马达的控制状态从转速空载模式摆动到转矩控制模式，并且使第二马达遵循转矩的变化赋值Cmot2，cons(t)，该变化赋值使得被第二马达提供的转矩与被第一马达提供的转矩之和遵循下述法则：按照混合模式变化的法则Cap，cons，h(t)主轴的转矩从自然减速转矩值变化到连接之后的优选转矩值。在该瞬时T”2之外，连续使第一马达的转矩发展到第二马达的转矩，使得传递给主轴的转矩保持恒定并且对应于用于在混合模式的主轴的值，并且用于由所述第一马达提供的转矩和由第二马达提供的转矩逐渐变为等于两个马达的优选值，其导致优选地应用马达组。
因为在对应于突然关闭连接/断开装置的时刻，即从断开运转模式变化到连接运转模式的时刻的所述运转模式，用于主轴的转矩赋值突然从对应于断开运转模式的值变化到对应于混合运转模式的值，从而允许吸收主轴必须驱动的改变惯性的突然的变动的后果。
通过这样的控制所述马达组的用于保证在取消阶段中断断开和在恢复阶段中的连接的法则，变速箱的速比变换被对于使用者而言透明地进行。

Claims (10)

1.一种用于控制并列混合动力组中的第一马达和第二马达的连接和断开的方法，所述并列混合动力组包括驱动在变速箱(15)入口的主轴(14)的第一马达(11)，第二马达(12)，以及第二马达和第一马达的连接/断开装置(13)，其可以在打开位置和闭合位置之间操纵，从而允许在马达组在混合模式下工作时变换变速箱速比，通过所述连接或者断开装置控制混合动力组以便断开所述第二马达和第一马达，然后变换变速箱速比，并且重新连接第二马达和第一马达，此时使用了控制混合动力组的控制法则，使得当连接时和当断开时，用于主轴的转矩赋值包括一个中断，其被选择用于补偿在当第二马达连接到第一马达时受主轴驱动的惯性和当第二马达与第一马达断开时受主轴驱动的惯性之间的排查，以便避免在断开或者连接时受混合动力组驱动的主轴的加速度的任何突然变化。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于：为马达组定义一个当两个马达被连接时将传递给主轴的参考转矩赋值(Cap，c，h)，和一个当所述两个马达(12，13)断开时将传递给主轴(14)的参考转矩赋值(Cap，c，1)，根据主轴所受到的抵抗转矩(Cap，res)和当马达(12，13)被连接和断开时马达组必须驱动的惯性，为马达组定义了一个当马达连接时的自然减速转矩(Capnat，h)，和一个当马达被断开时的自然减速转矩(Cap，nat，1)，还定义了一个第一变换法则，该第一变换法则保证了当马达连接时将传递给主轴的参照转矩(Cap，c，h)和当所述马达被连接时自然减速转矩(Cap，nat，h)之间的变换，以用于连接，反之用于断开(Cap，cons，h(t))，还定义了一个第二法则，该第二法则保证了当马达断开时将传递给主轴的参照转矩(Cap，c，1)和当马达被断开时的自然减速转矩(Cap，nat，1)之间的变换，以用于所述连接，反之则用于所述断开(Cap，cons，1(t))，在连接或者断开期间，控制了马达组，以用于向主轴传递一个遵循了对应于马达组的开始工作模式的变换法则直到马达组工作模式改变的转矩，因此控制马达组向主轴传递一个遵循了对应于马达组达到的工作模式的变换法则的转矩。
3.权利要求2所述的方法，其特征在于：对于断开而言，马达组的工作模式的变换时刻是打开连接/断开装置(13)的结束，对于连接而言，马达组的工作模式的变换时刻(T2，T3)是关闭连接/断开装置的结束。
4.根据权利要求2或者3所述的方法，其特征在于，不断控制第一马达(11)的转矩；当第二马达(12)连接时控制该第二马达的转矩，当第二马达断开或者正在连接时控制该第二马达的运动状态，还控制连接/断开装置(13)的转矩使得传递给主轴(14)的转矩等于每个瞬时限定用于从连接变换到断开或者相反的主轴的转矩赋值，所述传递给主轴的转矩等于第一马达的转矩和当第二马达没有被连接时的由所述连接/断开装置传递的最大转矩或者当第二马达被连接时的第二马达的转矩之和。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于断开而言，在连接所述两个马达的第一期间内，降低了第一马达(11)的转矩赋值，以便将该赋值变为对应于当马达被断开时的自然减速转矩(Cap，nat，1)，然后保持用于第一马达的转矩赋值，并且启动打开连接/断开装置(13)，使得连接/断开装置打开，同时控制第二马达(12)以便被传递给主轴的转矩遵循对应于马达连接的法则。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，为了进行连接，保持第一马达(11)的转矩赋值，启动连接/断开装置(13)的关闭，并且逐步地同时地关闭它，控制第二马达的运动状态从而保证连接/断开装置(13)的正切对接，并且从实现正切对接起，使得主轴(14)的转矩赋值从对应于断开的马达的法则变换到对应于连接的马达的法则，第二马达(12)的控制模式从运动状态控制的模式变换到转矩控制的模式。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其特征在于，第一马达(11)是电动机，第二马达(12)是热力发动机，连接/断开装置(13)是一种受控的离合器。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，马达组是汽车的混合动力组。
9.一种混合动力组，包括第一马达，第二马达和连接/断开装置，其特征在于，所述连接/断开装置含有实施权利要求1-8中任一项所述方法的控制装置(21，22，23，24)。
10.根据权利要求9所述的混合动力组，其特征在于，其驱动了一种汽车的变速箱，在所述汽车上安装了所述变速箱。
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