CN101956820B - 多模式混合动力变速器内的转换控制方法 - Google Patents

多模式混合动力变速器内的转换控制方法 Download PDF

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Abstract

一种多模式混合动力变速器，包括可选择单向离合器以及第一和第二扭矩机，该多模式混合动力变速器转换为在目标连续可变模式下操作，包括应用可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩。执行多步骤过程，以将第一离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并转换至使用第二运动学关系以便达到优选输出扭矩。

Description

多模式混合动力变速器内的转换控制方法
技术领域
本发明涉及对多模式混合动力变速器系统的控制。
背景技术
这部分陈述的内容仅仅提供关于本发明所公开的背景信息，可能不构成现有技术。
已知的动力系架构包括扭矩生成装置，该扭矩生成装置包括内燃机和扭矩机，该扭矩机通过变速器装置向输出构件传递扭矩。一个典型的动力系包括多模式混合动力变速器，其具有从原动机动力源和扭矩机接收牵引扭矩并向输出构件传递扭矩的输入构件。输出构件可操作地连接机动车辆的传动系，用于向该传动系传递牵引扭矩。扭矩机可包括电机，其作为电动机或发电机操作，并独立于来自内燃机的扭矩输入而产生变速器的扭矩输入。扭矩机可将通过车辆传动系传递的车辆动能转变为势能，该势能可通过称之为再生制动的过程存储在能量存储装置中。控制系统监控来自车辆和操作者的不同输入并提供传动系的可操作控制，其包括控制变速器操作状态和换档、控制扭矩生成装置、和调整在能量存储装置和扭矩机之间的功率交换以管理变速器的输出，其包括扭矩和转速。当动力系应用在车辆上时，已知的多模式混合动力变速器可使用差速齿轮、扭矩传递离合器以及扭矩机来将动力传送至可连接到传动系的输出构件。
已知的变速器装置具有影响变速器能量效率且因此影响燃料经济性的旋转损失。变速器旋转损失可由相邻的未应用摩擦离合器盘之间的摩擦引起。
在一些变速器中可使用可选择单向离合器装置(SOWC)以减少旋转损失。当应用时，已知的可选择单向离合器装置(SOWC)可在相邻的同轴转动装置之间传递扭矩。每个相邻的转动装置具有滚道。一个滚道定向为与另一个转动装置的滚道径向同心并相对，或者两个滚道彼此轴向相对。多个可控扭矩传递装置，例如，滚筒、锲块、摇杆或压杆，连接到其中一个滚道并定位为与另一个滚道相对。相对的滚道包括相应于可控扭矩传递装置的多个表面接收部件特征。通过控制可控扭矩传递装置与表面接收部件特征之间的相互作用和连接而应用已知的可选择单向离合器装置，以便锁定相邻的转动装置的转动，以在相邻的转动装置之间传递扭矩。当沿第一方向转动时，已知的可选择单向离合器装置可锁定相邻的转动装置的转动。因此，当其中一个相邻的转动装置沿第一方向转动时，扭矩被传递到另一个相邻的转动装置。当相邻的转动装置沿相反于第一方向的第二方向转动时，没有扭矩传递，允许转动装置空转。在一个实施例中，可选择单向离合器装置可包括可控扭矩传递装置，其可被控制到第一位置，从而与表面接收部件特征相互作用和连接，以便当沿一个方向转动时锁定相邻的转动装置的转动；且还可被控制到第二位置，从而与表面接收部件特征相互作用和连接，以便当沿相反于第一方向的第二方向转动时锁定相邻的转动装置的转动。已知的可选择单向离合器装置可被控制到其他位置，从而与表面接收部件特征相互作用和连接，以便当沿第一方向和第二方向转动时均锁定相邻的转动装置的转动。已知的可选择单向离合器装置可被控制到其他位置，以便当沿第一方向和第二方向转动时均解锁相邻的转动装置的转动。已知的可选择单向离合器装置要求在应用可控扭矩传递装置之前，相邻的转动装置基本上同步转动。
发明内容
多模式混合动力变速器构造为通过选择性地应用两个可选择单向离合器以两个连续可变模式中的一个模式来在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力。用于操作多模式混合动力变速器的方法包括在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，其包括应用第一可选择单向离合器和使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，其包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。当第一和第二扭矩机的转速为基本同步速度时，执行多步骤过程，将第一可选择单向离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并将使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。本发明涉及以下方案。
方案1：一种操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为通过可选择地应用两个可选择单向离合器以两个连续可变模式中的一个模式来在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该方法包括：
在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一可选择单向离合器和使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；
命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；以及
当第一和第二扭矩机的转速为基本同步速度时，执行多步骤过程，将第一可选择单向离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并将使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。
方案2：方案1的方法，其中，执行多步骤过程包括：
在单向状态下应用第一可选择单向离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转速；
当第一扭矩机的转速达到小于同步速度的预定标称负速度时，在单向状态下应用第二可选择单向离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝着同步速度调整第一扭矩机的转速；
沿相反于第一方向的第二方向控制第一扭矩机的转动方向；和
在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
方案3：方案2的方法，还包括：在全闭状态下应用第二可选择单向离合器以及在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
方案4：方案3的方法，还包括：应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系以确定在第一和第二扭矩机、输入构件和输出构件之间的扭矩传递以实现在目标连续可变模式下操作混合动力变速器。
方案5：方案4的方法，还包括：使用第二运动学关系以确定从第一和第二扭矩机输出的优选电机扭矩，所述优选电机扭矩与输入构件上的输入扭矩、优选输出扭矩以及输入构件和输出构件的转速的变化相对应。
方案6：方案3的方法，还包括：在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之后，禁止再生制动操作。
方案7：方案6的方法，还包括：仅仅在以目标连续可变模式操作混合动力变速器之后，允许再生制动操作，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
方案8：方案1的方法，还包括：第一和第二可选择单向离合器均可在全开状态、第一和第二单向状态以及全闭状态中的一种下操作。
方案9：方案8的方法，还包括：在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之后，在第一单向状态下应用第一可选择单向离合器和在第二单向状态下应用第二可选择单向离合器。
方案10：方案9的方法，还包括：在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之后，允许再生制动操作。
方案11：方案1的方法，其中，第一和第二可选择单向离合器均可在第一和第二单向状态下操作，并还包括：通过以全闭状态操作第一可选择单向离合器和以全闭状态操作第二可选择单向离合器来实现在固定档位操作状态下的操作。
方案12：一种操作混合动力变速器的方法，所述混合动力变速器包括第一和第二扭矩机、第一和第二可选择单向离合器、输入构件和输出构件，混合动力变速器通过应用第一可选择单向离合器能在第一连续可变模式下操作，通过应用第二可选择单向离合器能在第二连续可变模式下操作，该方法包括：
使用第一运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便在第一连续可变模式下达到优选输出扭矩；
命令从以第一连续可变模式操作转换到以第二连续可变模式操作；
在单向状态下应用第一可选择单向离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝向预定标称负转速调节第一扭矩机的转速；
在单向状态下应用第二可选择单向离合器，并沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝向同步速度调节第一扭矩机的转速；
当第一扭矩机的转速基本上等于零转每分时，使用第二运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便达到优选输出扭矩；以及，然后
在第二连续可变模式下操作混合动力变速器。
方案13：方案12的方法，还包括：在单向状态下应用第二可选择单向离合器之后，停用第一可选择单向离合器为全开状态。
方案14：一种用于操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为通过可选择地应用包括第一离合器和可选择单向离合器的扭矩传递离合器以两个连续可变模式中的其中一个模式在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该方法包括：
在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一离合器和包括使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；
命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用可选择单向离合器并包括使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；和
当第一离合器和可选择单向离合器的离合器元件的转速基本同步时，执行多步骤过程，以将第一离合器转换为停用状态，将可选择单向离合器转换为应用状态，并从使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。
方案15：方案14的方法，还包括：在单向状态下应用可选择单向离合器之后，停用第一离合器。
附图说明
现在将参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中：
图1为根据本发明的示例性变速器的实施例的示意图；
图2A-2F和3A-3F为根据本发明的用于图示地描绘示例性变速器的操作和控制的示意性杆图；
图4为根据本发明的数据图；和
图5为根据本发明的示例性变速器的另一个实施例的示意图。
具体实施方式
现参考附图，其中图示仅仅为了示例某些示例性实施例的目的而不是为了限制于此，图1示意性地描述了根据本发明的多模式混合动力变速器10，其包括双模式混合变速器。应当理解的是，这里所述的原理可应用在其他多模式混合动力变速器上，该变速器具有可控扭矩机，该可控扭矩机构造为控制电机扭矩和扭矩传递离合器装置的元件的转速，其包括诸如双模式、三模式和四模式混合动力变速器系统。应当理解的是，扭矩机可以是电机、液压机械、和构造为将存储的能量转变为机械动力和扭矩的其他机械。通过定义，术语“模式”用来描述混合动力变速器的操作，其中变速器输出构件的转速基于输入构件的转速和机械地与之连接的一个或多个扭矩机的转速之间的关系确定，且不是变速器输入构件的转速的固定比值。多模式变速器包括多个操作状态和相应的动力关系，其中变速器输出动力基于输入构件的转速和扭矩机的转速之间的关系的其中一个确定。
示例性的双模式混合动力变速器10包括第一和第二差速齿轮(PG1和PG2)24和28，在一个实施例中包括行星齿轮。存在第一和第二扭矩机(MGA和MGB)56和72；第一和第二离合器装置C160，60’和C2 62，62’；以及输入构件12和输出构件64。在一个实施例中，输入构件12与内燃机的输出轴连接，输出构件64与传动系连接。示例性的双模式混合动力变速器10可在至少两个连续可变模式其中之一下操作，以便在输入构件12、第一和第二扭矩机56和72以及输出构件64之间传递机械动力。混合动力变速器10通过应用第一离合器装置C1 60，60’在第一连续可变模式下操作。混合动力变速器10通过应用第二离合器装置C2 62，62’在第二连续可变模式下操作。在第一个实施例中，第一和第二离合器装置C1 60和C2 62包括类型I单个单向离合器装置，在第二实施例中，第一和第二离合器装置C1 60’和C2 62’包括类型II单个单向离合器装置。类型I和类型II单个单向离合器装置在下文描述。
在一个实施例中，第一和第二扭矩机56和72包括三相AC电动机/发电机机械，每个包括定子58和74、转子57和73、和相应位置传感系统。电机定子58和74固接至变速箱68的外部，且每个包括具有从其延伸的卷绕电绕组的定子铁心。在实施例中，用于第一扭矩机56的转子57优选支撑在轮毂上，轮毂转动地可操作地与输入节点连接，输入节点包括第一差速齿轮组24的元件，并为太阳轮。在实施例中，用于第二电机72的转子73转动地可操作地与输入节点连接，输入节点包括第二差速齿轮组28的元件，并为太阳轮。可替换地，可使用其他扭矩机，例如液压-机械式扭矩机。第一和第二扭矩机56和72均可操作以产生在标称正和负转速范围内的动力。第一和第二扭矩机56和72均可操作以转变存储的能量来产生可传递到变速器10的牵引扭矩输出，范围从零扭矩输出到最大牵引扭矩容量。第一和第二扭矩机56和72均可操作以将牵引/制动扭矩输入作用到混合动力变速器10的输出构件64以便产生可存储在能量存储装置中的能量，范围从零到最大反作用扭矩容量。
当应用第一离合器C1 60，60’时，第一离合器C1 60，60’可操作以将第二差速齿轮组28的元件(在这个实施例中为齿圈元件)固定转动地固接到变速箱68。当应用第二离合器C2 62，62’时，第二离合器C2 62，62’可操作以将第一扭矩机56的转子57固定转动地连接到第二差速齿轮组28的齿圈元件。第一和第二离合器C1 60，60’和C2 62，62’均优选包括可选择单向离合器。
类型I SOWC在三种操作状态中的一个下操作，包括全开或停用状态、以及包括单向状态和全闭或锁定状态的应用状态。当类型ISOWC处于全开状态时，经过离合器元件没有连接且离合器元件自由转动而不将扭矩传递给其他元件。当类型I SOWC以单向状态应用时，经过离合器元件存在可选择的连接。当沿第一方向转动时，扭矩可传递经过离合器元件，而当沿第二、相反的方向转动时，没有扭矩传递经过离合器元件。当类型I SOWC以全闭状态应用时，离合器元件被固定连接且当沿第一方向和第二、相反的方向中的任一方向转动时，扭矩可传递经过离合器元件。类型II SOWC在四种操作状态中的一个下操作，包括全开或停用状态、以及包括第一和第二单向状态及全闭或锁定状态的应用状态。当类型II SOWC用于全开状态时，经过离合器元件没有连接且两个离合器元件自由转动而不将扭矩传递给其他元件。当类型II SOWC以第一单向状态应用时，当沿第一方向转动时，经过离合器元件存在可选择的连接，以经过离合器元件传递扭矩，而当沿第二、相反的方向转动时，没有扭矩传递经过离合器元件。当类型II SOWC以第二单向状态应用时，当沿第一方向转动时，没有扭矩传递经过离合器元件，而当沿第二、相反的方向转动时，经过离合器元件存在可选择的连接，以传递扭矩。当类型II SOWC以全闭状态应用时，离合器元件被固定连接且当沿第一方向或第二、相反的方向中的任一方向转动时，扭矩传递经过离合器元件。
在操作中，多模式混合动力变速器，例如，参考图1描述的混合动力变速器10，构造为通过选择地应用离合器(其中至少一个是可选择单向离合器)在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间以两个连续可变模式的其中一个模式传递动力。混合动力变速器10以初始连续可变模式操作，包括应用第一离合器和使用第一运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。命令混合动力变速器10转换为以目标连续可变模式操作。以目标连续可变模式操作包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。当第一和第二扭矩机的转速基本同步时，执行多步骤过程，以将第一离合器转换到停用状态，将第二可选择单向离合器转换到应用状态，和将使用第一运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。现在参考图1描述的多模式混合动力变速器10来描述该操作。
通过多模式混合动力变速器10的扭矩传递是使用用于在输入构件12、第一和第二扭矩机56和72、以及输出构件64之间的速度和扭矩传递的运动学关系来控制的。在控制模块装置中将运动学关系作为控制方案执行，优选包括算法代码和标定项。控制模块执行算法代码以控制在输入构件12上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩以达到在输出构件64上的优选输出扭矩，并控制在输入构件12上的输入速度以及第一和第二扭矩机56和72的电机速度以达到在输出构件64上的优选输出速度。控制方案包括缩减为控制算法的预定扭矩和速度关系，在正在进行的操作期间，在控制模块中可以执行控制算法以基于在输入构件12上的输入动力和在输出构件64上的优选输出动力来控制第一和第二扭矩机56和72的操作。在输出构件64上的输出动力特征在于以下项：输出转速No和输出扭矩To，优选对应于操作者扭矩请求并且响应于操作者扭矩请求。
运动学关系包括如下对应于第一连续可变模式的第一扭矩关系：
T A T B = a 11 a 12 a 13 a 14 a 21 a 22 a 23 a 24 T I T O N · I N · O - - - ( 1 )
其中为输入构件12的转动加速度，
Figure BSA00000275244500093
为输出构件64的转动加速度，
TI为输入构件12的输入扭矩，
TO为输出构件64的输出扭矩，
TA为第一扭矩机56的电机扭矩，
TB为第二扭矩机56的电机扭矩，和
a11-a24为在第一连续可变模式下操作混合动力变速器10所确定的标量值。
运动学关系包括如下对应于第二连续可变模式的第二扭矩关系：
T A T B = b 11 b 12 b 13 b 14 b 21 b 22 b 23 b 24 T I T O N · I N · O - - - ( 2 )
其中b11-b24为在第二连续可变模式下操作混合动力变速器10所确定的标量值。
运动学关系包括如下对应于第一连续可变模式的第一速度关系：
N A N B = c 11 c 12 c 21 c 22 N I N O - - - ( 3 )
其中NI为输入构件12的转速，
NO为输出构件64的转速，
NA为第一扭矩机56的转速，
NB为第二扭矩机72的转速，和
c11-c22为在第一连续可变模式下操作混合动力变速器10所确定的标量值。
运动学关系包括如下对应于第二连续可变模式的第二速度关系：
N A N B = d 11 d 12 d 21 d 22 N I N O - - - ( 4 )
其中d11-d22为在第二连续可变模式下操作混合动力变速器10所确定的标量值。
在相应的连续可变模式下操作期间第一和第二运动学关系的其中之一可被选择并执行以确定在正在进行的操作期间从第一和第二扭矩机56和72输出的指令电机扭矩。
图2A至2F为图示，包括与图1中混合动力变速器10相关的多个杆图。每个杆图描述了第一和第二差速齿轮24和28的节点；第一和第二扭矩机(MGA和MGB)；和用于具有类型I SOWC装置的第一和第二离合器装置C1 60和C2 62的应用状态。虚线表示在节点处的齿轮速度，包括在输入构件12上的输入速度(In)和在输出构件64上的输出速度(Out)，均作为相对于包括标称正速度(+)和标称负速度(-)的零速度线示出。零速度线是同步速度线，即，在选择节点处的元件的转速是同步的。图2A至2F所示图示描绘包括当第一和第二离合器装置C1 60和C2 62包括类型I SOWC装置时，用于将混合动力变速器10的操作从第一初始连续可变模式转换到第二目标连续可变模式的顺序执行的多步骤过程。类型I SOWC装置C1 60和C262可在三种操作状态的其中一个操作，包括前述的全开状态、单向状态、和全闭状态。
图2A示出了变速器10在第一连续可变模式下的初始操作。离合器C2 62处于全开状态且离合器C1 60处于全闭状态。变速器10仅仅使用第二扭矩机72以及使用第一和第二扭矩机56和72两者来操作产生并传递牵引扭矩。变速器10在滑行状态下操作，包括使用第二扭矩机72产生用于再生制动的反作用扭矩。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程1和3中描述的第一运动学关系响应于操作者扭矩请求而确定，以产生输出构件64的扭矩输出。
图2B示出了在转换到目标连续可变模式(在这个示例中即第二连续可变模式)的第一步。如果第二扭矩机72已经产生用于再生制动的反作用扭矩，第二扭矩机72断开。离合器C1 60转换到单向状态且离合器C2 62转换到单向状态。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程1和3中描述的第一运动学关系响应于操作者扭矩请求而连续确定以产生输出构件64的扭矩输出。输出构件64的转速响应于操作者扭矩请求被保持，且控制输入构件12的输入速度以保持第一扭矩机56的速度以标称负速度旋转，并稳定地接近零，即，同步速度。离合器C1 60传递反作用扭矩以保持所请求的输出扭矩，而离合器C2 62在单向状态不传递扭矩且第一扭矩机的速度为标称负的。在这一步骤中再生制动不可得到。
图2C示出了转换到目标连续可变模式的第二步。当第一扭矩机56的速度基本接近或达到零RPM(即，同步速度)时，离合器C1 60从传递满载荷转换到传递零载荷，且离合器C2 62从传递零载荷转换到传递满载荷。在一个实施例中当第一扭矩机56的速度小于大约10RPM时，第一扭矩机56的速度基本接近零RPM。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩从使用参考方程1和3描述的第一运动学关系确定转换到使用参考方程2和4描述的第二运动学关系确定，包括响应于操作者扭矩请求，以产生输出构件64的输出扭矩。在这一状态下再生制动不可得到。
图2D示出了转换到目标连续可变模式的第三步。当第一扭矩机56的速度沿正方向增加大于零时，离合器C1 60完全转换到传递零扭矩且离合器C2 62转换到传递满扭矩。第一扭矩机56增加扭矩输出。当第一扭矩机56的速度增加超过零(即，沿标称正方向旋转)时，来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程2和4描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。在这一步骤再生制动不可得到。
图2E示出了转换到目标连续可变模式的第四步。离合器C1 60转换为全开状态。离合器C2 62转换为全闭状态。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程2和4描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。第二扭矩机72可用来产生牵引扭矩和产生用于再生制动的反作用扭矩。在一个实施例中，第一扭矩机56的速度优选为正的且低，大约为10RPM。
图2F示出了在目标连续可变模式下的操作。离合器C1 60处于全开状态。离合器C2 62处于全闭状态。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程2和4描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。第一和第二扭矩机56和72可用来产生牵引扭矩和产生用于再生制动的反作用扭矩。
当存在明显的中至高频率道路载荷扰动时，可能需要使用第一和第二扭矩机56和72的一些量的主动阻尼，以便当以单向状态操作时，保持经过离合器C2 62应用的扭矩而不产生来自离合器C2 62的噪声或振动。
离合器C1 60从单向状态到全开状态且离合器C2 62从单向状态到全闭状态的模式转换可在非同步速度处发生，即，当第一扭矩机56的速度是小的标称正值时。这允许在第二连续可变操作模式下以扭矩产生模式和滑行模式其中之一操作并等待稳定的输出速度变化，第一扭矩机以具有正扭矩的标称正速度转动。在离合器模式变化事件期间，当需要通过改变电机扭矩和发电机扭矩中的一个或两个而从离合器其中之一卸载扭矩(依靠特定的离合器模式切换机构)时，系统可等待实现转换直到处于滑行状态或制动状态而不是再生制动，以便最小化对输出构件64上的输出扭矩的影响。
这一操作可用来实现从第一连续可变模式到第二连续可变模式的转换。所述操作还可通过以相反的顺序执行上述步骤用来实现从第二连续可变模式到第一连续可变模式的转换。
图3A至3F为图示描绘，包括与图1中混合动力变速器10相关的多个杆图。每个杆图描述了第一和第二差速齿轮24和28的节点、第一和第二扭矩机(MGA和MGB)、和用于具有类型II SOWC装置的第一和第二离合器装置C1 60’和C2 62’的应用状态。虚线表示在节点处的齿轮速度，包括在输入构件12上的输入速度(In)和在输出构件64上的输出速度(Out)，均相对于零速度线示出。图3A至3F所示图示描绘包括用于混合动力变速器10从第一初始连续可变模式到第二目标连续可变模式的转换操作的顺序执行的多步骤过程。类型II SOWC装置C1 60’和C2 62’可在四种操作状态的其中一个操作，包括全开状态、第一和第二单向状态、和全闭状态。在第一和第二连续可变模式之间转换期间，此处使用类型II SOWC装置描述的转换操作允许混合动力变速器10从第一和第二扭矩机56和72之一传递反作用扭矩以在再生制动模式下操作。如前所述，在第一和第二连续可变模式之间转换期间的再生制动使用类型I SOWC装置是不可能的。
图3A示出了混合动力变速器10在第一连续可变模式下的初始操作。离合器C2 62’处于全开状态且离合器C1 60’处于全闭状态。第二扭矩机72可用于产生用于再生制动的反作用扭矩。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程1和3中描述的第一运动学关系响应于对输出元件64的扭矩输出而确定。
图3B示出了在转换到目标连续可变模式(即，在这个示例中为第二连续可变模式)的第一步。离合器C1 60’转换到第一单向状态以沿第一方向传递扭矩且离合器C2 62’转换到第二单向状态以允许沿第二、相反的方向传递扭矩。在这一步骤中，第一扭矩机的速度控制在标称正速度处，因此，离合器C2 62’不传递扭矩。第二扭矩机72可用来产生用于再生制动的反作用扭矩。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程1和3描述的第一运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。
图3C示出了在转换到目标连续可变模式的第二步。当第一扭矩机56的速度达到零(即，同步速度)时，离合器C1 60’从传递满扭矩转换到不传递扭矩且离合器C2 62’完全转换到传递满扭矩。第二扭矩机72可用来产生用于再生制动的反作用扭矩。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程1和3描述的第一运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。
图3D示出了转换到目标连续可变模式的第三步。当第一扭矩机56的速度降低到标称负转速(即小于零)时，离合器C1 60’转换为不传递扭矩且离合器C2 62’完全转换到传递满扭矩。来自第一扭矩机56的扭矩输出沿标称负方向增加。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程2和4描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。第二扭矩机72可用来产生用于再生制动的反作用扭矩。
图3E示出了转换到目标连续可变模式的第四步。离合器C1 60’处于第一单向状态并转换为全开状态。离合器C2 62’转换为全闭状态。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程2和4描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。第二扭矩机72可用来产生牵引扭矩和产生用于再生制动的反作用扭矩。在一个实施例中，第一扭矩机56的速度优选为标称负的且低，大约为-50RPM。
图3F示出了在目标连续可变模式下的操作。离合器C1 60’处于全开状态。离合器C2 62’处于全闭状态。来自输入构件12的输入扭矩以及来自第一和第二扭矩机56和72的电机扭矩使用参考方程2和4描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求确定，以产生输出构件64的扭矩输出。第一和第二扭矩机56和72可用来产生牵引扭矩和产生用于再生制动的反作用扭矩。第一扭矩机56的速度转换为标称正值。
示例性的发动机包括选择地操作在多种状态以便通过输入构件12向混合动力变速器10传递扭矩的多缸内燃机，且可以是火花点火式或压缩点火式发动机。该发动机包括操作地连接到混合动力变速器10的输入构件12的曲轴。转速传感器监测输入构件12的转速。由于扭矩消耗部件设置在输入构件12上和/或扭矩管理装置设置在发动机和混合动力变速器10之间，来自发动机的动力输出(包括转速和发动机扭矩)可不同于混合动力变速器10的输入速度NI和输入扭矩TI。
当第一和第二离合器装置60’和62’包括类型I SOWC或类型II SOWC装置时，混合动力变速器10可通过在全闭状态下同时应用第一和第二离合器装置60’和62’而以固定档位操作范围状态操作。例如，在转换到目标连续可变模式的第二步骤期间，参照图3C所示，可命令固定档位操作范围状态。在该操作中，当第一扭矩机56的速度达到零(即，同步速度)时，离合器C1 60’继续处于第一单向状态至断开状态且离合器C2 62’转换为以第二单向状态应用。离合器C1 60’和离合器C2 62’随后均在全闭状态下应用，且当在操作者扭矩请求变化微小并且在输出速度的较小扰动的情况下车辆处于稳定驾驶条件下时，这种操作可继续。
图4图示了示例性的具有用于离合器C1 60和离合器C2 62两者的类型I SOWC离合器系统的混合动力变速器10在一定时间段内从第一连续可变模式(M1)转换到第二连续可变模式(M2)期间的操作，操作根据图2所示的换档操作进行。所示数据包括输出构件64的转速中的时间变化率(No_dot)、输入速度误差(Ni_Error)、传递经过离合器C1 60的扭矩(Tc1)和经过离合器C262的扭矩(Tc2)、在输出构件64上的输出扭矩(To)、从第一和第二扭矩机56和72输出的电机扭矩(分别为TA和TB)、以及离合器C1 60的离合器滑移速度(Nc1)和离合器C2 62的离合器滑移速度(Nc2)。离合器C1 60被初始应用且处于全闭，离合器C2 62处于全开，从第一和第二扭矩机56和72输出的电机扭矩使用参考方程1和3(EVT1方程)描述的第一运动学关系确定。传动系的输出扭矩(To)和车辆加速度(Veh Accel)增加，且所有反作用扭矩传递经过离合器C1 60(To-C1)。当存在转换成在第二连续可变模式下操作的命令时，离合器C 160在可选择的单向状态下应用。离合器C2 62保持断开。通过控制例如来自发动机10的到输入构件12的输入扭矩，保持传动系的扭矩输出，并且在速度同步前使用参考方程1和3(EVT1方程)描述的第一运动学关系控制从第一和第二扭矩机56和72输出的电机扭矩。
离合器C2 62的滑移速度被监测并控制成同步离合器C2 62的构件。当离合器C2 62的滑移速度接近低于同步速度的预定标称负速度时，离合器C2 62在单向状态下应用以便在可选择的单向状态下操作。然后控制第一扭矩机56的速度接近同步速度。当离合器C2 62的滑移速度小于最大允许或许可离合器滑移速度(例如，在一个实施例中，小于10RPM的离合器滑移速度)时，控制系统转换为使用参考方程2和4(EVT2方程)描述的第二运动学关系响应于操作者扭矩请求计算输入构件12的输入扭矩以及从第一和第二扭矩机56和72输出的电机扭矩。
用于应用离合器C2 62和离合器C1 60之一的最大允许或许可离合器滑移速度基于到传动系的输出扭矩的最大许可扰动来确定，并基于允许传动系扰动和对变速器系统和离合器耐用性的影响。在一个实施例中，最大许可扰动为10Nm，因此用于应用任一离合器C2 62和离合器C1 60的最大允许或许可离合器滑移速度为引起扰动小于10Nm的离合器滑移速度。优选地，当应用离合器C2 62和离合器C1 60之一时，输入速度(Ni)的时间变化率小于最大变化率，例如，5RPM/sec。
在应用离合器C2 62之后，当系统操作稳定化时离合器C1 60继续被应用并在可选择的单向状态下操作一定时间段。在应用离合器C2 62之后，使用参考方程2和4(EVT2方程)描述的第二运动学关系控制从第一和第二扭矩机56和72输出的电机扭矩。离合器C1 60随后被命令为全开状态，离合器C2 62被命令为全闭状态。
图5示出了根据本文所述系统的多模式混合动力变速器10’的另一个实施例。在一个实施例中，示例性的四模式混合动力变速器10’包括均包括行星齿轮的第一、第二、和第三差速齿轮24、28和26(PG1、PG2和PG3)。存在第一和第二扭矩机56和72、第一、第二、第三和第四离合器装置C1 60、C2 62、C3 83和C4 85、以及输入构件12和输出构件64。在一个实施例中，输入构件12连接到来自内燃机的输出轴，输出构件64连接到传动系。第一、第二、第三和第四离合器装置C1 60、C2 62、C3 83和C4 85优选同步应用和停用。在该实施例中，第一和第二离合器装置C1 60和C2 62优选包括多盘湿式摩擦离合器装置。第三和第四离合器装置C3 83和C4 85优选包括类型I可选择单向离合器装置。通过选择性地应用第一、第二、第三和第四离合器装置C1 60、C2 62、C3 83和C4 85在输入构件12、第一和第二扭矩机56和72以及输出构件64之间传递机械动力，四模式混合动力变速器10’在至少四个连续可变模式(EVT1、EVT2、EVT3和EVT4)和三个固定档位状态(FG1、FG2和FG3)的其中一个下操作，参考表1所示。
在一个实施例中，当四模式混合动力变速器10’从EVT1状态到EVT2状态转换时，发生以下情况。初始在EVT1模式，离合器C3 83全闭且离合器C4 85全开，离合器C1 60接合且离合器C2 62断开。在第一步骤，控制第一扭矩机56的速度为标称负速度，离合器C3 83解锁并变为单向状态，且完全加载以经过其传递扭矩。离合器C4 85变为单向状态，没有经过其的扭矩载荷。在第二步骤，控制第一扭矩机56的速度为同步速度，在该速度点，处于单向状态的离合器C4 85开始应用并传递扭矩，离合器C3 83开始卸载扭矩。在第三步骤，离合器C4 85在单向状态下操作且完全加载，离合器C3 83处于单向状态而没有扭矩载荷。在第四步骤，离合器C4 85变为全闭状态，且离合器C3 83变为全开状态。此后，四模式混合动力变速器4在EVT2模式下操作，离合器C4 85全闭，离合器C3 83全开，离合器C1 60接合和离合器C2 62断开。在EVT 1模式下的操作使用参考方程1和3描述的应用于图5的实施例的第一运动学关系确定，且在EVT2模式下的操作使用参考方程2和4描述的应用于图5的实施例的第二运动学关系确定。
可以理解，在本发明范围内的变型是允许的。已经具体参考优选实施例及其变型描述了本发明。本领域技术人员在阅读和理解说明书之后可想到进一步的变型和变换。旨在包括所有这种变型和变换，只要它们在本发明的范围内即可。

Claims (14)

1.一种操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为通过可选择地应用两个可选择单向离合器以两个连续可变模式中的一个模式来在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该方法包括：
在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一可选择单向离合器和使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；
命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；以及
当第一和第二扭矩机的转速为基本同步速度时，执行多步骤过程，将第一可选择单向离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并将使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩，
其中，执行多步骤过程包括：
在单向状态下应用第一可选择单向离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转速；
当第一扭矩机的转速达到小于同步速度的预定标称负速度时，在单向状态下应用第二可选择单向离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝着同步速度调整第一扭矩机的转速；
沿相反于第一方向的第二方向控制第一扭矩机的转动方向；和
在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
2.权利要求1的方法，还包括：在全闭状态下应用第二可选择单向离合器以及在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
3.权利要求2的方法，还包括：应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系以确定在第一和第二扭矩机、输入构件和输出构件之间的扭矩传递以实现在目标连续可变模式下操作混合动力变速器。
4.权利要求3的方法，还包括：使用第二运动学关系以确定从第一和第二扭矩机输出的优选电机扭矩，所述优选电机扭矩与输入构件上的输入扭矩、优选输出扭矩以及输入构件和输出构件的转速的变化相对应。
5.权利要求2的方法，还包括：在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之后，禁止再生制动操作。
6.权利要求5的方法，还包括：仅仅在以目标连续可变模式操作混合动力变速器之后，允许再生制动操作，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
7.权利要求1的方法，还包括：第一和第二可选择单向离合器均可在全开状态、第一和第二单向状态以及全闭状态中的一种下操作。
8.权利要求7的方法，还包括：在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之后，在第一单向状态下应用第一可选择单向离合器和在第二单向状态下应用第二可选择单向离合器。
9.权利要求8的方法，还包括：在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之后，允许再生制动操作。
10.权利要求1的方法，其中，第一和第二可选择单向离合器均可在第一和第二单向状态下操作，并还包括：通过以全闭状态操作第一可选择单向离合器和以全闭状态操作第二可选择单向离合器来实现在固定档位操作状态下的操作。
11.一种操作混合动力变速器的方法，所述混合动力变速器包括第一和第二扭矩机、第一和第二可选择单向离合器、输入构件和输出构件，混合动力变速器通过应用第一可选择单向离合器能在第一连续可变模式下操作，通过应用第二可选择单向离合器能在第二连续可变模式下操作，该方法包括：
使用第一运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便在第一连续可变模式下达到优选输出扭矩；
命令从以第一连续可变模式操作转换到以第二连续可变模式操作，包括：
在第一单向状态下应用第一可选择单向离合器，以便以第一方向传输扭矩；
沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝向预定标称负转速调节第一扭矩机的转速；
在第二单向状态下应用第二可选择单向离合器，以便以相反于第一方向的第二方向传输扭矩，并沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝向同步速度调节第一扭矩机的转速；
当第一扭矩机的转速基本上等于零转每分时，使用第二运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便达到优选输出扭矩；以及，然后
在第二连续可变模式下操作混合动力变速器。
12.权利要求11的方法，还包括：在单向状态下应用第二可选择单向离合器之后，停用第一可选择单向离合器为全开状态。
13.一种用于操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为通过可选择地应用包括第一离合器和可选择单向离合器的扭矩传递离合器以两个连续可变模式中的其中一个模式在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该方法包括：
在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一离合器和包括使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；
命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用可选择单向离合器并包括使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；和
当第一离合器和可选择单向离合器的离合器元件的转速基本同步时，执行多步骤过程，以将第一离合器转换为停用状态，将可选择单向离合器转换为应用状态，并从使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩，
其中，执行多步骤过程包括：
在单向状态下应用第一离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转速；
当第一扭矩机的转速达到小于同步速度的预定标称负速度时，在单向状态下应用可选择单向离合器；
沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝着同步速度调整第一扭矩机的转速；
沿相反于第一方向的第二方向控制第一扭矩机的转动方向；和
在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
14.权利要求13的方法，还包括：在单向状态下应用可选择单向离合器之后，停用第一离合器。
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