CN101892932A - 起动具有混合动力变速器的发动机的离合器控制方法 - Google Patents

起动具有混合动力变速器的发动机的离合器控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及起动具有混合动力变速器的发动机的离合器控制方法。一种起动内燃机的方法包括：选择第一离合器或第二离合器，和使用辅助泵对所选离合器进行加压。该加压离合器使用第一和第二电机对其进行同步，然后接合。使用第一和第二电机来起动内燃机。该第一和第二离合器可为发动机反作用离合器。选择该第一离合器或第二离合器包括判断所请求的是输入分配模式或复合分配模式。若所请求的是输入分配模式，则选择第一离合器；若所请求的是复合分配模式，则选择第二离合器。第一和第二电机可为高压电机，并被配置与高压电池组联合工作。第一和第二电机可被配置为车辆的推进电动机。

Description

起动具有混合动力变速器的发动机的离合器控制方法
技术领域
本发明总的涉及机动车辆的混合动力总成及其液压控制。
背景技术
机动车辆包括动力总成，其可操作以驱动车辆并给车载电子设备供电。该动力总成，或动力传动系，通常包括发动机，该发动机通过多档动力传动装置来驱动主减速器系统。许多车辆都使用往复式活塞型内燃机(ICE)来进行驱动。
混合动力车辆使用替代动力源来驱动车辆，从而使其对发动机动力的依赖最小化。例如，混合动力电动车(HEV)中使用了电能和化学能，并将该能源转换为机械动力以驱动车辆以及给车辆系统提供动力。HEV通常使用一个或多个电机，这些电机单独或与内燃机协作来驱动车辆。由于混合动力车可以从发动机以外的其它能源来获得动力，因此当车辆停止或由替代能源(一个或多个)驱动时，混合动力车的发动机可以关闭。
并联混合结构通常的特点是具有一个内燃机和一个或多个电动机/发电机组件，其中所述内燃机和电动机都与变速器具有直接机械耦合。并联混合设计以电动机和发电机的组合部件来取代传统的起动机和交流发电机并提供牵引动力。该电动机/发电机与储能设备(ESD)具有电力连接。该储能设备可为化学电池。该储能设备和电动机/发电机之间的电力交换，以及第一和第二电动机/发电机之间的电力交换均由控制单元来控制。
电动可变变速器(EVT)通过结合串联和并联动力总成结构的特点以及传统非混合动力变速器的要素，提供连续变速比。EVT可被设计为工作于固定档位(FG)模式和EVT模式。在固定档位模式下工作时，根据所选差速齿轮装置子集配置，变速器输出元件的转速与发动机输入元件的转速成固定比例。EVT还可被配置用于与主减速器机械独立的发动机操作。
EVT可利用差速齿轮装置将其一部分所传输动力通过电动机/发电机(一个或多个)进行传送，而余下部分动力则通过平行的机械路径进行传送。该差速齿轮装置的一种应用形式为行星齿轮布置。然而，设计无需行星齿轮的动力分配式变速器是有可能的，例如使用锥齿轮或其他差速齿轮装置。
液压驱动转矩传递机构，如离合器和制动器，可选择性地接合以选择性地启动齿轮元件，从而在变速器输入和输出轴之间建立不同的前进和倒档速度比及模式。下文中所用术语“离合器”用于广泛地指代转矩传递机构，包括(但不限于)通常被称为离合器和制动器的装置等。在速度比或模式之间的转换可为对车辆状态和操作员(驾驶员)需求的响应。“速度比”通常被定义为变速器输入速度除以变速器输出速度。因此，低档范围具有高速度比，而高档范围则具有相对较低的速度比。由于EVT并不受限于单速传动比，因此其不同的工作状态可称为范围或模式。
发明内容
提供了一种起动内燃机的方法。该内燃机处于车辆内部，其中该车辆具有第一电机和第二电机，其结合在多模式混合动力变速器内。该方法包括：选择第一离合器或第二离合器，并使用辅助泵对所选离合器进行加压。该方法进一步包括：使用第一和第二电机中的至少一个对加压的离合器进行同步，并接合该加压的离合器。接着该内燃机用第一和第二电机中的至少一个起动。
该第一和第二离合器可为发动机反作用离合器。选择第一或第二离合器包括确定所请求的模式为输入分配模式或复合分配模式。若所请求为输入分配模式，则选择第一离合器；若所请求为复合分配模式，则选择第二离合器。对加压离合器进行同步可包括同时使用第一和第二电机。
该内燃机可同时使用第一和第二电机来起动。第一和第二电机可为高压电机，其被配置为与高压电池组共同工作。该第一和第二电机亦可被配置为车辆的推进电动机。
本发明提供以下技术方案：
方案1.一种起动车辆的内燃机的方法，所述车辆具有结合在多模式混合动力变速器内的第一电机和第二电机，所述方法包括：选择第一离合器和第二离合器其中之一；使用辅助泵对所选离合器进行加压；使用所述第一和第二电机的至少一个同步被加压的离合器；接合所述被加压的离合器；以及使用所述第一和第二电机的至少一个起动所述内燃机。
方案2.如方案1所述的方法，其中所述第一和第二离合器为发动机反作用离合器。
方案3.如方案2所述的方法，其中选择第一离合器和第二离合器其中之一包括：判断所请求的是输入分配模式还是复合分配模式；以及若所请求的是所述输入分配模式，则选择所述第一离合器；若所请求的是所述复合分配模式，则选择所述第二离合器。
方案4.如方案3所述的方法，其中同步被加压的离合器包括共同使用所述第一和第二电机。
方案5.如方案4所述的方法，其中所述第一电机和所述第二电机二者共同用于起动所述内燃机。
方案6.如方案5所述的方法，其中所述第一离合器为起制动作用的离合器，以及所述第二离合器为旋转离合器。
方案7.如方案6所述的方法，其中所述第一和第二电机为高压电机，并被配置与高压电池组联合工作。
方案8.如方案6所述的方法，其中所述第一和第二电机被配置为所述车辆的推进电动机。
方案9.一种起动车辆的内燃机的方法，所述车辆具有结合在多模式混合动力变速器内的第一电机和第二电机，所述方法包括：判断所请求的是输入分配模式还是复合分配模式；若所请求的是所述输入分配模式，则选择第一离合器；若所请求的是所述复合分配模式，则选择第二离合器；使用辅助泵对所选离合器进行加压；使用所述第一和第二电机中的至少一个同步被加压的离合器；接合被加压的离合器；以及使用所述第一和第二电机中的至少一个起动所述内燃机。
方案10.如方案9所述的方法，其中所述第一电机和所述第二电机二者共同用于起动所述内燃机。
方案11.如方案10所述的方法，其中所述第一和第二离合器为发动机反作用离合器。
方案12.如方案11所述的方法，其中所述第一离合器为起制动作用的离合器，以及所述第二离合器为旋转离合器。
方案13.如方案12所述的方法，其中同步被加压的离合器包括共同使用所述第一和第二电机。
通过下文对优选实施例和实现本发明的其它模式的详细描述，并结合附图和所附权利要求的内容，本发明的上述特点和优点，以及其它特点和优点将会是显而易见的。
附图说明
图1为依照本发明的具有多模式、电动可变混合动力变速器的示范性车辆动力总成的示意杠杆图；
图2为图1所示变速器各工作模式下各转矩传递机构的接合状态的真值表；
图3为图1所示变速器中，不同的输入和输出速度下各工作区域的图解；以及
图4为依照本发明的示范性离合器控制方法或算法的流程图或结构图。
具体实施方式
本文所声明的发明是以具有多模式、多档、电动可变混合动力变速器的混合型车辆动力总成为背景进行描述的。采用该动力总成的目的仅是提供一个可包含和实现发明的代表性应用。所声明的发明并不限于附图所示的特定的动力总成配置。此外，本文所阐述的混合动力总成是进行了极大简化的，应理解的是，本领域的普通技术人员应能认识到关于混合动力总成或混合动力车的标准操作方式的进一步的信息。
现参照附图，各图中相似的参考数字表示相似的部件。图1中示出了通常标明为10的示范性车辆动力总成系统的杠杆图。动力总成10包括可重起的发动机12，其通过多模式、电动可变混合型动力传动装置14选择性地可传动地连接于或可进行动力传动地连接于主减速器16。
杠杆图是一种如自动变速器的机械装置的部件的示意图。图中每个杠杆表示一个行星齿轮组，其中该行星齿轮组的三个基本机械部件各由一个节点表示。因此一个杠杆包含三个节点：一个表示太阳齿轮元件，一个表示行星齿轮架元件，另一个则表示齿圈元件。每个杠杆中各节点之间的相对长度可用于表示各相应齿轮组中的齿圈-太阳齿轮的齿数比。这些杠杆比又转而用于改变变速器的传动比，以实现适当的比例和比例级数。不同的行星齿轮组中各节点之间或其与变速器中其它元件(例如电动机/发电机)之间的机械连接或相互连接由细水平线表示。转矩传递设备如离合器和制动器则由交叉的指状物来表示。若该装置为制动器，则其中一组指状物是固定的。
变速器14被设计为通过如输入元件18接收发动机12传来的至少部分驱动力。变速器输入元件18其本质上是一根轴，其可为发动机输出轴(也被称为“曲轴”)。可选地，在发动机12和变速器14的输入元件18之间可使用瞬变转矩减震器(未示出)。发动机12将动力传递给变速器14，后者通过变速器输出元件或轴20来分配转矩，以驱动主减速器16，从而推进车辆(未示出)。
在图1所示的实施例中，发动机12可以是多种形式的石油燃料的原动机的任一种，例如往复活塞式内燃机，其包括火花点火式汽油机或压燃式柴油机等。发动机12被调适于以在一定的操作速度范围内，例如从处于或接近每分钟600转的速度(RPM)的怠速至超过6000RPM的速度的范围内，将其可用动力提供给变速器14。无论发动机12通过何种方式与变速器14相连接，输入元件18都与变速器14内的差速齿轮组相连接，本文将对此进行详细解释。
依然参照图1，混合动力变速器14应用一个或多个差速齿轮配置，其优选地本质上为三个相互连接的行星齿轮组，总的以24、26和28来标识。每个齿轮组包括三个齿轮元件：第一、第二和第三元件。在此处的描述和权利要求中，提及该第一、第二和第三齿轮组时，可以图中的任意顺序来对“第一”至“第三”进行计数(如从左至右或从右至左等)。类似的，在此处的描述和权利要求中提及每个齿轮组的第一、第二和第三元件时，可以图中的任意顺序来对每个齿轮组的“第一”至“第三”元件进行计数或定义(如从上至下或从下至上等)。
第一行星齿轮组24具有三个齿轮元件：其分别为第一、第二和第三元件30、32和34。在一个优选实施例中，第一元件30包括外侧齿轮元件30(也可称为“齿圈”)，其外包围第三元件34，该第三元件可包括内侧齿轮元件(也可称为“太阳齿轮”)。在本实例中，第二元件32用作行星齿轮架元件。也就是说，多个行星齿轮元件(也可称为“小齿轮”)可旋转地安装在第二元件即行星齿轮架32上。每个行星齿轮元件均与同时与第一元件即齿圈30和第三元件即大阳齿轮34相啮合。
第二行星齿轮组26也具有三个齿轮元件：其分别为第一、第二和第三元件40、42和44。在上述优选实施例中，相对于第一行星齿轮组24，第二行星齿轮组26的第一元件40为外侧“齿圈”元件，其外包围第三元件44，该第三元件为内侧的“太阳齿轮”元件。齿圈元件40与太阳齿轮元件44共轴对齐并可相对旋转。多个行星齿轮元件可旋转地安装在用作行星齿轮架元件的第二元件42上，以使得每个行星齿轮元件均与同时与齿圈元件40和太阳齿轮元件44相啮合。
类似于第一和第二齿轮组24、26，第三行星齿轮组28也具有三个齿轮元件，分别为第一、第二和第三元件50、52和54。然而在此配置中，第三行星齿轮组28的杠杆示意图示出的中间节点上示出的第二元件52为外侧的“齿圈”齿轮。该齿圈(第二元件52)与太阳齿轮即第三元件54共轴排列并可相对太阳齿轮即第三元件54旋转。在此特定齿轮组中，第一元件50为行星齿轮架，由上节点示出。同样的，多个行星齿轮或小齿轮元件可旋转地安装在行星齿轮架，即第一元件50上。每个小齿轮元件均被排列为同时与齿圈(第二元件52)和相邻的小齿轮元件相啮合，或同时与太阳齿轮(第三元件54)和相邻的小齿轮元件相啮合。
在一个实施例中，第一和第二行星齿轮组24、26均由简单的行星齿轮组构成，而第三行星齿轮组28则由复合行星齿轮组构成。然而，上述的每个行星齿轮元件都可以是单一的小齿轮(简单的)架组件或双小齿轮(复合的)架组件。采用长型小齿轮的实施例也是可能的。
第一、第二和第三行星齿轮组24、26、28是复合的，因为第一行星齿轮组24的第二元件32通过中心轴36与第二行星齿轮组26的第二元件42和第三行星齿轮组28的第三元件54相联接(即持续地连接)。因此三个齿轮元件32、42、54刚性地连接在一起共同转动。
发动机12通过例如整合式毂衬38与第一行星齿轮组24，即第一元件30持续地连接以与其共同旋转。第一行星齿轮组24的第三元件34通过例如第一套轴46持续地连接于第一电动机/发电机组件56，此处也称为“电动机A”。第二行星齿轮组26的第三元件44通过例如第二套轴48持续地连接于第二电动机/发电机组件58，此处也称为“电动机B”。第三行星齿轮组28的第二元件52(齿圈)通过例如整合式毂衬持续地连接于变速器输出元件20。第一和第二套轴46、48可外包围中心轴36。
第一转矩传递设备70——本文中亦可替换地称为离合器“C1”——将第一齿轮元件50与固定元件，如图1所示的变速箱壳60，选择性地相连接。第二套轴48，以及齿轮元件44和电动机/发电机58通过第二转矩传递设备72(以下亦可替换地称为离合器“C2”)的选择性接合来选择性的连接到第三行星齿轮组28的第一元件50。第三转矩传递设备74(以下亦可替换地称为离合器“C3”)将第二行星齿轮组26的第一齿轮元件40与变速箱壳60选择性地连接。第一套轴46，以及第三齿轮元件34和第一电动机/发电机56通过第四转矩传递设备76(以下亦可替换地称为离合器“C4”)的选择性接合来选择性的连接到第二行星齿轮组26的第一元件40。
第五转矩传递设备78(以下亦可替换地称为离合器“C5”)将发动机12的输入元件18和第一行星齿轮组24的第一齿轮元件30与变速箱壳60选择性地连接。离合器C5是输入制动型离合器，其在发动机12停机时选择性地锁定输入元件18。锁定输入元件18可为再生制动能量提供更多反作用力。参照图2所示，变速器14的模式/档位/空档转换操作中并不涉及到C5元件。
第一和第二转矩传递设备70、72(C1和C2)可称为“输出离合器”。第三和第四转矩传递设备74、76(C3和C4)可称为“保持离合器”。
在图1所示的示范性实施例中，多个转矩传递设备70、72、74、76、78(C1-C5)均为摩擦离合器。然而，亦可使用其它各种常规离合器配置如爪式离合器、摇杆式离合器，以及本领域的普通技术人员所能认识到的其它常规离合器。离合器C1-C5可为液压驱动，其接收从泵(未示出)传来的加压液压流体。离合器C1-C5的液压驱动可使用例如常规的液压流体控制回路来完成，本领域的普通技术人员应能对此有所认识。
在此处所描述的示范性实施例中，混合动力总成10用于陆地车辆，变速器输出轴20操作性地连接于主减速器系统(或“传动系”)。该传动系可包括前置或后置差速器，或其它转矩传递设备，通过各种车轴或半轴(未示出)来为一个或多个车轮提供转矩输出。该车轮可为该车辆的前轮或后轮，或是轨道车辆的传动齿轮。本领域的普通技术人员应认识到，在不变更本发明的范围的前提下，该主减速器系统可包括任何已知的配置，包括前轮驱动(FWD)，后轮驱动(RWD)，四轮驱动(4WD)，或全轮驱动(AWD)。
所有的行星齿轮组24、26、28，以及第一和第二电动机/发电机56、58(电动机A和电动机B)优选地关于中间中心轴36或其它轴线同轴地定向。电动机A或电动机B可采取环形配置，以使得其中之一或两者均大体上外包围三个行星齿轮组24、26、28。此种配置可减小混合动力变速器14的总包络大小，亦即其直径的和纵向的尺寸达到最小化。
混合动力变速器14接收从多个转矩产生设备传来的输入驱动转矩。“转矩产生设备”包括发动机12和电动机/发电机56、58，其利用燃料箱(未示出)中存储的燃油或电力储能设备(未示出)中存储的电能进行能量转换来产生转矩。
发动机12、电动机A(56)，和电动机B(58)单独或共同地运行，与行星齿轮组和可选择性接合的转矩传递机构协同工作，以转动变速器输出轴20。此外，电动机A和电动机B的优选配置为其既可作为电动机，又可作为发电机来运作。例如，电动机A和电动机B既能将电能转换为机械能(如驱动车辆时)，又能将机械能转换为电能(如在再生制动或发动机12动力供给过剩期间)。
继续参照图1，在示范性实施例中的示意性地示出了具有分布式控制器结构的电子控制装置(或“控制器”)，即基于微处理器的电子控制单元(ECU)80。ECU80包括存储介质，其具有适当容量的可编程内存。该内存共同地标识于82处，其可编程以包括(但不限于)用于控制多模式混合动力变速器的算法或方法100。下文将结合图4对此进行详细阐述。
下文将要描述的控制仪器可操作用于为在此示意性示出并描述的动力总成10提供协同的系统控制。该控制装置的组成元件可以是整个车辆控制系统的子集。该控制系统可操作用于综合相关信息和输入，并执行控制方法及算法，来控制不同的致动器以达到控制目标。控制系统所监控的目标和参数包括(但不限于)：节油性能、排放、动力性、驾驶性能，以及对动力传动系硬件——例如(但不限于)发动机12、变速器14、电动机A、电动机B和主减速器16——的保护。
该分布式控制器结构(ECU80)可包括变速器控制模块(TCM)、发动机控制模块(ECM)、变速器功率逆变器模块(TPIM)，以及电池组控制模块(BPCM)。混合控制模块(HCP)则可集成在一起，提供对上述控制器的总体控制和协调。
用户接口(UI)可操作地与多个设备(未示出)相连接，而车辆操作员则通过用户接口典型地控制或指挥动力系统的操作。车辆操作员对用户接口的示范性输入包括油门踏板、刹车踏板、变速档位选择器、车辆速度巡航控制，以及其它本领域普通技术人员所能认知的输入。
上述每个控制器与其它控制器、传感器、致动器等通过控制区域网(CAN)总线或通讯结构进行通信。CAN总线使得各控制器之间能够进行控制参数和命令的结构化通信。其所使用的通信协议则根据具体应用来决定。例如(但不限于)，一个标准通信协议为汽车工程师协会的J1939。CAN总线和适当的协议能够为前述控制器和提供功能性如防抱死刹车、牵引控制和车辆稳定性的其它控制器之间提供可靠的信息交换和多控制器接口连接。
发动机控制模块可操作地连接于发动机12并与其通信。发动机控制模块被配置以从多个传感器获得数据并且在多条离散的线路上控制发动机12的多个致动器。发动机控制模块接收从混合控制模块传来的发动机转矩指令，产生所需的轮轴转矩和发动机实际转矩的指示值并将其传送给混合控制模块。发动机控制模块可感知的各种其它参数包括发动机冷却剂温度、发动机对变速器的输入速度、进气歧管压力以及环境空气的温度和压力。发动机控制模块所能控制的致动器包括(但不限于)燃料喷射器、点火模块和节流控制模块。
变速器控制模块可操作地连接于变速器14，其功能是从多个不同传感器获取数据并给变速器14提供指令信号。从变速器控制模块到混合控制模块提供的输入可以包括各离合器C1-C5的离合器转矩估计值，以及变速器输出轴20的转速。为达到控制效果，可使用额外的致动器和传感器以提供从变速器控制模块到混合控制模块的额外信息。
前述的每个控制器都可为通用数字计算机，其通常包括微处理器或中央处理器、只读存储器(ROM)、随机存取内存(RAM)、可电子编程只读存储器(EPROM)、高速时钟、模数转换(A/D)和数模转换(D/A)电路，以及输入/输出电路和装置(I/O)和适当的信号调节和缓冲电路。每个控制器都有一组控制算法，包括存储在ROM中的常驻程序指示和校准程序，其被执行用于为每个计算机提供相应的功能。各计算机之间的信息传递可使用前述的CAN来实现。
根据从用户接口所捕获的操作员的输入，负责管理的混合控制模块控制器和上述图1中的一个或多个其它控制器确定所需的变速器输出转矩。根据操作员的需求，混合动力变速器14将会有选择地操作某些部件，并适当地对其进行控制和操纵。例如，在图1所示的实施例中，若操作员选择了前进行驶范围并操作了油门踏板或刹车踏板时，混合控制模块确定变速器的输出转矩，而该输出转矩对车辆怎样和何时加速或减速具有影响。最终的车辆加速还要受到其它因素的影响，包括道路负载、道路坡度和车辆质量。混合控制模块对转矩产生设备的参数状态进行监测，并确定要达到所需的转矩输出所需的变速器的输出。在混合控制模块的指令下，变速器14在输出速度在从慢到快的范围内进行操作，以满足操作员的需求。
ECU80也接收传感器传来的频率信号，并将其处理成为输入元件18的速度Ni和输出元件20的速度No，用于控制变速器14。系统控制器还可接收和处理压力开关(未示出)传来的压力信号，以监测离合器作用室的压力。可选地，亦可采用用于宽范围压力监控的压力传感器。控制器80向变速器14发送脉冲宽度调制(PWM)和/或二进制控制信号以控制离合器C1-C5在使用和释放时液压液体的注满和排空。
此外，控制器80还可接收传动流体蓄液槽的温度数据，如热敏电阻的输入(未示出)，以得到槽温。控制器80可提供由输入速度Ni求得的PWM信号和蓄液槽温度，进而通过一个或多个调节器来控制管线压力。
离合器C1-C5的注满和排空可由例如用电磁线圈所控制的滑阀来响应PWM和二进制控制信号的方法来实现。可利用使用可变排放的电磁线圈的调整阀，以在离合器使用时精确控制滑阀阀体内阀芯的位置，从而精确控制离合器的压力。同样地，可以采用一个或多个管线压力调节器(未示出)根据控制信号确立调节的管线压力。离合器两侧的离合器滑转速度可以由下列变量导出，例如：变速器输入速度，输出速度，电动机A速度和/或电动机B速度。
该多模式电动可变混合动力变速器14被配置具有数个传动操作模式。图2中提供的真值表示出了为实现一系列操作状态或模式所需的转矩传递机构C1-C4的不同接合配置表。表格中所描述的多个传动操作模式指出了在各操作模式下，离合器C1-C4中哪些是接合(致动)的，而哪些是释放(不致动)的。
通常，可以进行变速器14中的传动比改变，使得转矩扰动最小化，并实现对车辆乘客来说平滑的、不令人讨厌的换档。此外，释放和使用离合器C1-C4时，应尽量减小所消耗的能量，并不对离合器的耐久性有负面影响。影响这些考虑的一个重要因素是控制离合器时的转矩，该转矩可能根据性能需求如加速和车辆负载会有很大地变化。在离合器使用或释放时通过零或接近零的反作用转矩条件，则可改进换档质量，该条件紧跟在离合器两侧具有基本零滑转之后出现。各离合器间具有零滑转的离合器可称为操作同步。
电动可变变速操作模式通常可分为四个种类：输入分配模式、输出分配模式、复合分配模式，以及串联模式。在输入分配模式中，一个电动机/发电机(如电动机A或电动机B)被调整为使其速度与变速器输出成正比变化，而另一个电动机/发电机(如电动机A或电动机B的另一个)被调整为使其速度为输入和输出元件速度的线性组合。在输出分配模式中，一个电动机/发电机被调整为使其速度与变速器输入元件成正比变化，而另一个电动机/发电机被调整为使其速度为输入和输出元件速度的线性组合。而在复合分配模式中，两个电动机/发电机被调整为使其速度均为输入和输出元件速度的线性组合，并且二者的速度均不与输入元件速度或输出元件速度成正比。
最后，在串联模式操作下，一个电动机/发电机被调整为使其速度与变速器输入元件速度成正比变化，而另一个电动机/发电机被调整为使其速度与变速器输出元件速度成正比变化。在串联模式中操作时，输入和输出元件之间没有直接的机械动力传输，因此所有的动力都必须以电动方式来传输。
上述四种总的类型的电动可变操作模式中的每一种中，电动机的速度均为输入和输出速度的线性组合。因此，这些模式在速度上具有两个自由度(亦可以简化的缩写“DOF”来代替)。以数学方式来说，这一类模式的转矩(T)和速度(N)可由下述等式来表达：
T a T b = a 1,1 a 1,2 a 2,1 a 2,2 T i T o 和 N a N b = b 1,1 b 1,2 b 2,1 b 2,2 N i N o
其中a和b为由传动齿轮装置所确定的系数。EVT的模式类型可由b系数的矩阵的结构所确定。亦即，若b2，1＝b1，2＝0或b1，1＝b2，2＝0，则为串联模式。若b1，1＝0或b1，2＝0，则为输入分配模式。若b2，1＝0或b2，2＝0，则为输出分配模式。若b1，1，b1，2，b2，1和b2，2均非零，则为复合分配模式。
电动可变变速器还可包含一个或多个固定档位(FG)模式。通常，FG模式是通过比选择电动可变变速模式所需的离合器数量外，再闭合(即致动)一个额外的离合器来实现。在固定档位模式中，输入速度和每个电动机的速度均与输出速度成比例。因此，这种模式仅有一个速度自由度。以数学方式来说，这一类模式的转矩和速度可由以下公式来表达：
T b = a 1,1 a 1,2 a 1,3 T a T i T o 和 N a N b N i = b 1,1 b 1,2 b 1,3 N o
其中a和b仍为由传动齿轮装置所确定的系数。若b1，1非零，则在固定档位模式操作中电动机A对输出转矩有贡献。若b1，2非零，则在固定档位模式操作中电动机B对输出转矩有贡献。若b1，3非零，则在固定档位模式操作中发动机对输出转矩有贡献。若b1，3为零，则该模式为全电力固定档位模式。
电动可变变速器还可被配置为一个或多个具有三个速度自由度的模式。这些模式可包括或不包括反作用转矩源，以使得变速器能够产生与发动机转矩或电动机转矩成比例的输出转矩。若具有三个速度自由度的模式能够产生输出转矩，则发动机转矩和连接为作为发动机转矩反作用的任一电动机的转矩大体与输出转矩成比例。若电动机不连接作为发动机转矩反作用，则其转矩可被指令以便独立于变速器输入和输出速度而控制其速度。
在具有三个速度自由度的模式中，通常不能容易地不受输出转矩的影响而独立地控制电池功率。这类模式产生的输出转矩与系统中每个反作用转矩源成比例。三个转矩源各自所提供的动力在总输出动力内所占的比例可通过改变电动机的速度和输入的速度来调整。由于能量从储能设备或到储能设备的流动是输出转矩和发动机、输出以及其中一个电动机的速度的函数，以下将这些模式称为电动转矩变换器(ETC)模式。以数学方式来说，这类模式的转矩和速度可由下述公式来表示：
T a T b T i = a 1,1 a 1,2 a 1,3 T o 和 N b = b 1,1 b 1,2 b 1,3 N a N i N o
其中a和b为由传动齿轮装置所确定的系数。若a1，1非零，则电动机A用作反作用元件，并且在ETC模式操作中，其转矩与输出转矩成比例。若a1，1为零，则电动机A被断开，并且其转矩不由输出转矩所确定。若a1，2非零，则电动机B用作反作用元件，并且在ETC模式操作中，其转矩与输出转矩成比例。若a1，2为零，则电动机B被断开，并且其转矩不由输出转矩所确定。若a1，3非零，则在固定档位模式操作中发动机对输出转矩有贡献。若a1，3为零，则输入被断开，并且其转矩不由输出转矩所确定。若a1，1、a1，2和a1，3均为零，则该模式为无法产生输出转矩的空档模式。
图2示出了四种空档模式。在空档1中，所有的离合器均处于释放状态。空档1可应用于整个车辆停止并处于停火状态时，此时在动力系统10中没有任何电力、机械或其它方式主动分配的动力分配。在空档1中，可使用12伏特的起动、照明及点火(SLI)电池来起动发动机。
在空档2中，仅离合器C3处于接合，并且电动机A和电动机B可反作用于发动机12用于起动或为储能装置充电。与空档2类似，当变速器14处于空档3时，电动机A和电动机B可反作用于发动机12用于起动或为储能装置充电，此时离合器C4为唯一处于接合的转矩传递设备。在空档4中，第三和第四离合器C3、C4均处于致动状态。在此实例中，电动机A被锁定或“接地”，并且电动机B与发动机12以齿轮连接以起动发动机。
第一和第二行星齿轮组24、26与第一和第二电动机/发电机56、58配合，与第一和第二离合器C1、C2的选择性接合一起构成电动转矩变换器(ETC)。例如，当变速器14在ETC模式下操作时，根据主动控制策略，电动机A和/或电动机B的电力输出可被调适以控制从发动机12通过传动差速齿轮装置至输出元件20的转矩传递。当车辆起动时，离合器C1被接合，从而建立ETC1模式。在ETC1模式中，电动机A通过第一和第三行星齿轮组24、28来反作用于发动机12，而电动机B则空转。在ETC1模式中，通过逐渐增大电动机A产生的电力量(即电动机A的反作用力)可将发动机12保持在适当速度，从而平滑地起动静止的车辆。
除此之外，还有另外两种使用此处介绍的传动配置的ETC模式。ETC2模式，又名“复合ETC”，可通过接合离合器C2，同时分离其它离合器来启动。在ETC2模式中，电动机A通过第一和第三行星齿轮组24、28来反作用发动机12，同时电动机B反作用于发动机12和电动机A至输出元件20。发动机转矩的分配通过对电动机A和电动机B所产生的电力输出量的协同管理来操纵。
第三种ETC模式，ETC12模式，可通过接合离合器C1和离合器C2来启动。与ETC1模式类似，电动机A通过第一和第三行星齿轮组24、28来反作用于发动机12。然而，在这种情况下，电动机B固接于变速器壳60。在ETC12模式中，通过逐渐增大电动机A产生的反作用力可将发动机12保持在适当速度，从而平滑地进行车辆加速；其中该反作用力可与电动机A产生的电力成比例。
当发动机12处于停火状态时，变速器14可利用ETC模式离合器控制计划来改变电动机A产生的电能大小以逐渐增大电动机A和/或电动机B的驱动转矩。例如，在发动机12处于停火状态下，若变速器14切换至ETC1模式时，发动机12会经由输入元件18产生反作用力。这样就可在不开启发动机12的情况下控制电动机A的动力输出，维持连续和不间断的传动输出转矩。
本文所描述的示范性动力系统10具有三种固定档位(FG)或“直接”操作模式。在此变速器14实施例的所有固定档位模式中，车辆均由发动机12的操作在前进方向上驱动。离合器C1、C3和C4的选择性接合将变速器14转入FG1模式。在FG1中，电动机A接地，发动机驱动第一行星齿轮组24至第三行星齿轮组28，进而驱动输出元件20。FG2模式可通过选择性接合离合器C1、C2和C4来实现。在FG2中，电动机B接地，发动机驱动第一和第二行星齿轮组24、26至第三行星齿轮组28，进而驱动输出元件20。类似的，FG3模式可通过选择性接合离合器C2、C3和C4来实现。在FG3中，电动机A被锁定，发动机驱动第一行星齿轮组24至第二和第三行星齿轮组26、28，进而驱动输出元件20。在固定档位操作模式下操作时，输出元件速度No与输入元件速度Ni和所选传动比成正比：Ni＝No×GR。
继续参照图2，变速器14还可在四种电动可变变速传动(EVT)模式下操作。在EVT1和EVT4中，变速器14在输入分离操作模式下进行操作，其中变速器14的输出速度No与电动机/发电机56、58其中之一(电动机A或电动机B)的速度成比例。特别的，EVT1模式通过选择性接合第一和第三离合器C1和C3来实现。在EVT1下，电动机A通过第一行星齿轮组24反作用于发动机12，进而作用至第三行星齿轮组28和输出元件20，而电动机B则驱动第二和第三行星齿轮组26、28。在EVT1中，电动机A驱动车辆。可选地，变速器14还可选择性地通过致动离合器C2和C3来切换至EVT4模式。在EVT4中，电动机A通过第一行星齿轮组24反作用于发动机12，再作用至第二和第三行星齿轮组26、28和输出元件20，而电动机B则驱动第二和第三行星齿轮组26、28。在EVT4中，电动机B驱动车辆。
在EVT2和EVT3中，变速器14在复合分配模式下操作，其中变速器14的输出速度No不与单个电动机/发电机的速度成比例，而是两个电动机/发电机的速度的线性代数组合。特别的，EVT2通过选择性接合第一和第四离合器C1、C4来实现。在此模式下，电动机A和电动机B通过第一和第二行星齿轮组来反作用发动机12。可选地，变速器14还可选择性地通过致动离合器C2和C4来切换至EVT3模式。在EVT3模式下操作时，两个电动机/发电机组件56、58通过所有三个行星齿轮组24、26、28来反作用于发动机12。
现参照图3，图中示出了横轴上的变速器输出速度No随着纵轴上的输出速度Ni变化的图。图3仅为变速器14此特定实施例中，各操作模式下关于输入和输出速度的示例性操作区域的图示。
FG1中的同步操作——当离合器C1、C3和C4以其两侧基本上为零滑差速度操作时的输入速度和输出速度的关系——由直线91表示。因而，直线91表示为可发生在EVT模式间的基本同步切换时的输入和输出速度的关系。FG1也是通过同时应用离合器C1、C3和C4而实现从输入至输出的直接机械耦合-即固定或直接传动比-的范围。
FG2中的同步操作——当离合器C1、C2和C4以其两侧基本具有零滑差速度操作时的输入速度和输出速度的关系——由直线93表示。类似的，在FG3中操作期间的输入速度和输出速度的关系，此时离合器C2、C3和C4以其两侧基本具有零滑差速度同时操作，由直线95表示。
处于比率切换线91左侧的是第一EVT模式即EVT1的示范性操作区域，其中C1和C3处于使用，而C2和C4处于释放。处在比率切换线91右侧和比率切换线93左侧之间的是第二EVT模式即EVT2的示范性操作区域，其中C1和C4处于使用，而C2和C3处于释放。
处在比率切换线93右侧和比率切换线95左侧之间的是第三EVT模式即EVT3的示范性操作区域，其中C2和C4处于使用，而C1和C3处于释放。处在比率切换线95右侧的是第四EVT模式即EVT4的示范性操作区域，其中C2和C3处于使用，而C1和C4处于释放。此处关于离合器C1-C5所使用术语“使用”或“致动”是指相应的离合器具有实质的转矩传输能力。相反地，术语“释放”或“不致动”是指相应的离合器无实质的或不具备转矩传输能力。
虽然上述操作区域通常有利的用于混合动力变速器14的操作，但这并不表示图3所示的各EVT操作区域不能够相互重叠或不重叠。然而，通常来说优选地在上述指定的区域内操作，因为各特定操作模式优选地使用在各方面(如质量、尺寸、成本、惯性能力等)特别适用于该区域的齿轮组和电动机硬件。类似的，虽然上述各操作区域优选地用于上述各操作模式，但这并不表示各EVT模式的操作区域不能进行转换。
通常，切换至模式1被视为换低速档，与根据Ni/No关系的较高传动比相联系。相反地，切换至模式4被视为换高速档，与根据Ni/No关系的较低传动比相联系。由此处讨论可知，其它模式之间的切换序列也是可行的。例如，从EVT1切换至EVT3也是换高速档，而从EVT4切换至EVT2则被视为换低速档。
在继续参照图1-3的同时，现参照图4所示的流程图，图中示出了多模式混合动力变速器操作的控制算法。该算法、过程或方法100能够用于起动车辆的内燃机(12)，其中该车辆具有第一电机(56)和第二电机(58)，其结合在多模式混合动力变速器(14)内。
为便于说明，此处结合图1所示的结构来对方法100进行描述。然而，本领域的普通技术人员应能认识到可用于实施方法100以及如所附权利要求限定的本发明的其它结构。
方法100由初始化或起始102开始，其可相应于车辆操作员接通车辆点火或可相应于其它触发事件。在整个方法100期间，混合控制模块和ECU80可监控车辆和混合动力总成10的各项属性。
当混合动力总成10在全电力模式下操作并且混合控制模块提出发动机12的高电压起动请求时，步骤104发生。高电压发动机起动是指由高电压电机(如电动机A或电动机B)起动发动机12，而不是由使用12伏特SLI电池供能的低电压起动电动机进行起动。高电压发动机起动的执行需要变速器14处于EVT模式之一。
方法100在决策步骤106中检查发动机反作用离合器(ERC)C3或C4是否处于接合。C3和C4为发动机反作用离合器是由于C4和C3之中必须有一个处于接合，才能致动第二行星齿轮组26(P2)以反作用发动机12传来的动力和转矩。否则，第二行星齿轮组26将会空转，而变速器14将无法平衡从发动机12、电动机A和电动机B传来的输入动力和传递给主减速器16的输出动力。应注意电动机A总是可利用以通过第一行星齿轮组24(P1)反作用发动机12，从而允许发动机12和第一行星齿轮组24之间的转矩传递。
若C4将电动机A和第二行星齿轮组26连接(致动P2)或C3固定第二行星齿轮组26的齿圈40(致动P2)，则步骤106判断为是。若一个发动机反作用离合器处于接合，则方法100进行至步骤108。在步骤108中，进行高电压发动机起动请求，并以电动机A或电动机B来起动发动机12。
若两个发动机反作用离合器(C3和C4)均未接合，则方法100进行至步骤110，下达指令启动辅助泵。C3或C4亦可替换地称为第一或第二发动机反作用离合器。辅助泵用于致动其中一个发动机反作用离合器。
方法100在步骤112中通过判断所需的是输入分配模式或复合分配模式，从而确定选择并致动哪个发动机反作用离合器。若所请求的是输入分配模式，则方法100进行至步骤114，同步并操纵离合器C3，其中C3为固定离合器(制动器)并可称为第一发动机反作用离合器。C3用电动机A或电动机B来同步，然后接合。
决策步骤116检验所选的发动机反作用离合器C3是否成功接合。若C3正确接合，则方法100进行至步骤108，进行发动机12的高电压起动。若C3尚未接合，则方法100返回步骤114，再次试图同步并操纵C3，以确保能够进行发动机的高电压起动。
若所请求的是复合分配模式，则方法100从步骤112进行至步骤118，同步并操纵离合器C4，其中C4为旋转离合器并可称为第二发动机反作用离合器。C4用电动机A或电动机B来同步，然后接合。决策步骤120检验所选的发动机反作用离合器C4是否成功接合。若C4接合，则方法100进行至步骤108，进行发动机12的高电压起动。若C4尚未接合，则方法100返回步骤118，再次试图同步并操纵C4，以确保能够进行发动机的高电压起动。
在步骤108中，混合控制器可使用电动机A或电动机B来起动发动机12。可选地，混合控制器可同时使用两个电机(电动机A和电动机B)来提供所请求的发动机高电压起动。
为在步骤108中提供足够的能量以发动发动机12的高电压起动，电动机A和电动机B可被配置为与高电压电池组联合工作。这样相对于12伏特SLI起动机来说，高电压起动将具有更高的可利用的电势能。此外，变速器14被配置使得电动机A和电动机B在发动机的高电压起动期间仍可作为车辆的推进或牵引电机。
尽管本文对本发明的最佳实施方式和其它方式进行了详细的描述，但本发明所属领域内的熟练技术人员应能在所附的权利要求的范围内认识到用于实践本发明的各种替代设计方案和实施例。

Claims (10)

1.一种起动车辆的内燃机的方法，所述车辆具有结合在多模式混合动力变速器内的第一电机和第二电机，所述方法包括：
选择第一离合器和第二离合器其中之一；
使用辅助泵对所选离合器进行加压；
使用所述第一和第二电机的至少一个同步被加压的离合器；
接合所述被加压的离合器；以及
使用所述第一和第二电机的至少一个起动所述内燃机。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一和第二离合器为发动机反作用离合器。
3.如权利要求2所述的方法，其中选择第一离合器和第二离合器其中之一包括：
判断所请求的是输入分配模式还是复合分配模式；以及
若所请求的是所述输入分配模式，则选择所述第一离合器；若所请求的是所述复合分配模式，则选择所述第二离合器。
4.如权利要求3所述的方法，其中同步被加压的离合器包括共同使用所述第一和第二电机。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一电机和所述第二电机二者共同用于起动所述内燃机。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一离合器为起制动作用的离合器，以及所述第二离合器为旋转离合器。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述第一和第二电机为高压电机，并被配置与高压电池组联合工作。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述第一和第二电机被配置为所述车辆的推进电动机。
9.一种起动车辆的内燃机的方法，所述车辆具有结合在多模式混合动力变速器内的第一电机和第二电机，所述方法包括：
判断所请求的是输入分配模式还是复合分配模式；
若所请求的是所述输入分配模式，则选择第一离合器；若所请求的是所述复合分配模式，则选择第二离合器；
使用辅助泵对所选离合器进行加压；
使用所述第一和第二电机中的至少一个同步被加压的离合器；
接合被加压的离合器；以及
使用所述第一和第二电机中的至少一个起动所述内燃机。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一电机和所述第二电机二者共同用于起动所述内燃机。
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