CN102582623B - 机动车动力系的摩擦起动策略 - Google Patents
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Abstract
一种用于起动机动车的控制策略包括使用电动机以在起动离合器的同步期间在低速下提供高扭矩。内燃机被启动并与电动机连接，以提供额外扭矩容量。发动机断开离合器的选择性接合和分离防止发动机启动与机动车起动干涉。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年1月12日提交的美国临时申请No. 61/432,141的权益。上述申请的全部内容在此作为参考引入。
技术领域
本发明涉及自动变速器的启动装置的摩擦起动策略，并且更具体地涉及使用电动机的摩擦起动策略。
背景技术
该部分的内容仅提供与本发明有关的背景信息，且可能会或可能不会构成现有技术。
当前众多的工程和设计力量致力于机动车尤其是轿车的混合动力动力系。一个最有前途和有效的区域涉及增加电动机和相关电子控制器到机动车动力系中以补充起动扭矩，使得在车辆中可以使用较小的发动机。较低马力和较小排量的发动机通常提供相对于较大发动机改进的燃料经济性，并且当由用于车辆起动的电动机补充时提供完全令人满意的总体性能。
因此，许多混合动力动力系作为对传统和现有动力系的改进而开始，传统和现有动力系利用内燃机和变速器，变速器具有变矩器和多个行星齿轮组件。向此动力系中增加电动机和适当的起动和断开离合器。经常地，变矩器被移除。该增加不缺乏很大挑战，包括利用起动离合器最小化磨损和热损失。
本发明涉及用于混合动力动力系的起动策略，其致力于并且解决了上述挑战。
发明内容
一种用于起动机动车的控制策略，包括在起动离合器的同步期间使用电动机在低速下提供高扭矩。内燃机被启动并且与电动机连接以提供额外扭矩容量。发动机断开离合器的选择性接合和分离防止发动机启动与机动车起动干涉。
本发明涉及下述技术方案。
1. 一种用于控制机动车中动力系的方法，所述动力系顺序地具有发动机，发动机连接到断开离合器，断开离合器连接到电动机，电动机连接到变速器和变速器泵，所述变速器具有至少一个选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，所述方法包括：
增大电动机的速度到高于泵阈值速度；
致动所述起动离合器以部分接合；
当电动机的速度大致等于目标阈值速度时致动所述起动离合器以完全接合；
当电动机的速度大致等于发动机启动阈值速度时致动所述断开离合器以将发动机与电动机部分连接；
当发动机的速度达到所述发动机启动阈值速度时致动所述断开离合器以将发动机从电动机断开；
启动发动机；和
当发动机的速度大致等于所述目标阈值速度时致动所述断开离合器以将发动机连接到电动机。
2. 根据技术方案1所述的方法，其中所述泵阈值速度是在变速器内产生期望流体压力所需的电动机的速度。
3. 根据技术方案1所述的方法，其中所述目标阈值速度是由提供机动车的使用者所要求的动力系输出速度所需要的输入到变速器目标速度。
4. 根据技术方案1所述的方法，其中发动机点火阈值速度是足以开始通过所述断开离合器与发动机同步的电动机的速度。
5. 根据技术方案1所述的方法，其中所述目标阈值速度以稳定速率随时间增大。
6. 根据技术方案5所述的方法，还包括当起动离合器被致动以完全接合时随时间增大电动机的速度以随时间大致匹配所述目标阈值速度。
7. 根据技术方案1所述的方法，其中变速器还包括第二选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，并且致动所述起动离合器以部分接合还包括致动所述第二起动离合器以完全接合。
8. 根据技术方案1所述的方法，其中所述变速器还包括与所述断开离合器并联连接的单向离合器，并且还包括在启动发动机后控制发动机的速度，以防止发动机的速度超过所述目标阈值速度。
9. 一种用于控制机动车中动力系的方法，所述动力系具有发动机、电动机和变速器，发动机具有连接到断开离合器的发动机输出轴，电动机具有连接到断开离合器的转子，变速器具有连接到转子和变速器泵的变速器输入轴，所述变速器具有至少一个选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，所述方法包括：
增大转子的速度到高于泵阈值速度；
使所述起动离合器打滑；
当转子的速度大致等于目标阈值速度时接合所述起动离合器；
当转子的速度大致等于发动机启动阈值速度时使所述断开离合器打滑以将发动机输出轴与转子部分连接；
当发动机输出轴的速度达到所述发动机启动阈值速度时分离所述断开离合器以将发动机输出轴从转子断开；
启动发动机；和
当发动机的速度大致等于所述目标阈值速度时接合所述断开离合器以将发动机输出轴连接到转子。
10. 根据技术方案9所述的方法，其中所述泵阈值速度是在变速器内产生期望流体压力所需的转子和变速器输入轴的速度。
11. 根据技术方案9所述的方法，其中所述目标阈值速度是由提供机动车的使用者所要求的动力系输出速度所需要的变速器输入轴的目标速度。
12. 根据技术方案9所述的方法，其中发动机点火阈值速度是足以开始通过所述断开离合器与发动机输出轴同步的转子的速度。
13. 根据技术方案9所述的方法，其中所述目标阈值速度以稳定速率随时间增大。
14. 根据技术方案13所述的方法，还包括当起动离合器接合时随时间增大转子的速度以随时间大致匹配所述目标阈值速度。
15. 根据技术方案9所述的方法，其中变速器还包括第二选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，并且使所述起动离合器打滑还包括接合所述第二起动离合器。
16. 根据技术方案9所述的方法，其中所述变速器还包括与所述断开离合器并联连接的单向离合器，并且还包括在启动发动机后控制发动机输出轴的速度，以防止发动机输出轴的速度超过所述目标阈值速度。
17. 一种用于控制机动车中动力系的方法，所述动力系具有发动机、电动机和变速器，发动机具有连接到断开离合器的发动机输出轴，电动机具有连接到断开离合器的转子，变速器具有连接到转子和变速器泵的变速器输入轴，所述变速器具有第一和第二选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，所述方法包括：
增大转子的速度到高于泵阈值速度；
使所述第一起动离合器打滑；
接合所述第二起动离合器；
当转子的速度大致等于目标阈值速度时接合所述第一起动离合器，其中所述目标阈值速度随时间增大；
当所述第一起动离合器接合时随时间增大转子的速度以大致随时间匹配所述目标阈值速度；
当转子的速度大致等于发动机启动阈值速度时使所述断开离合器打滑以将发动机输出轴与转子部分连接；
当发动机输出轴的速度达到所述发动机启动阈值速度时分离所述断开离合器以将发动机输出轴从转子断开；
启动发动机；和
当发动机的速度大致等于所述目标阈值速度时接合所述断开离合器以将发动机输出轴连接到转子。
18. 根据技术方案17所述的方法，其中所述泵阈值速度是在变速器内产生期望流体压力所需的转子和变速器输入轴的速度。
19. 根据技术方案18所述的方法，其中所述目标阈值速度是由提供机动车的使用者所要求的动力系输出速度所需要的变速器输入轴的目标速度。
20. 根据技术方案19所述的方法，其中发动机点火阈值速度是足以开始通过所述断开离合器与发动机输出轴同步的转子的速度。
其它方面、益处和应用领域通过此处提供的详细说明显而易见。应当理解，该说明和具体示例仅仅是出于举例说明的目的，并且无意限制本发明的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于举例说明的目的，且无意以任何方式限制本发明的范围。
图1是用于机动车的动力系的实施例的示意图；
图2是图示用于动力系的起动策略的实施例的曲线；
图3是图示用于动力系的起动策略的另一个实施例的曲线；和
图4是图示用于动力系的起动策略的另一个实施例的曲线。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示范性的且绝不旨在限制本发明、应用、或使用。
参考图1，机动车的示例性动力系通常由标号10表示。动力系10包括发动机12和电动机模块14，其供应驱动扭矩到变速器16，变速器16供应各个档位或速比到最终传动单元18。发动机12可以是传统内燃机或电动发动机，或者任何其他类型的原动机，而不会偏离本发明的范围。发动机12供应驱动扭矩到挠性盘或者其他连接装置20。挠性盘20连接到电动机模块14。
电动机模块14包括第一阻尼器22、断开离合器24、单向离合器26、电动机28和第二阻尼器36。第一阻尼器22连接到挠性盘20。第一阻尼器22配置为吸收从发动机12传递通过挠性盘20的一部分扭矩振动。第一阻尼器22可以采用各种形式，并且具有各种属性，而不会背离本发明的范围，例如第一阻尼器22和挠性盘20可以结合形成双质量飞轮。第一阻尼器22连接到断开离合器24并且连接到单向离合器26。替代地，单向离合器26可以从动力系10消除。
断开离合器24在所提供的示例中是盘式离合器，当接合时从第一阻尼器22传递扭矩到电动机28。但是，应当认识到，可以采用各种类型的扭矩传递装置。电动机28通常包括定子30和转子32。定子30包括多个绕组或相，并且固定到“地”、固定构件或变速器壳体34。转子32包括多个磁体和/或铁磁构件，并且布置在定子30径向内侧并与断开离合器24互连以共同旋转。定子30和转子32可以采用各种形式，并且具有各种属性，而不会背离本发明的范围。
变速器16通常包括变速器输入轴40、变速器输出轴42、泵44、以及离合器与齿轮装置46。变速器输入轴40与单向离合器26和电动机模块14的转子32连接以共同旋转，并且由两者选择性驱动。此外，泵44连接到变速器输入轴40并且由变速器输入轴40驱动。泵44可以是任何容积式泵，例如摆线泵或叶片泵，可操作以提供加压液压流体到变速器16和电动机模块14。
齿轮与离合器装置46包括与多个扭矩传递机构60、62、64、66、68和70互连的多个行星齿轮组件50、52和54。例如，第一行星齿轮组50包括太阳轮构件50A、行星轮架构件50B和齿圈构件50C。太阳轮构件50A与第一轴或互连构件72连接以便共同旋转。齿圈构件50C与第二轴或互连构件74连接以便共同旋转。行星轮架构件50B可旋转地支撑一组行星齿轮50D（仅示出其中一个），且与变速器输出轴或构件42和第三轴或互连构件76连接以便共同旋转。行星齿轮50D中的每个均配置成与太阳轮构件50A和齿圈构件50C两者互相啮合。
第二行星齿轮组52包括太阳轮构件52A、可旋转地支撑一组行星齿轮52D的行星轮架构件52B和齿圈构件52C。太阳轮构件52A与变速器输入轴或构件40连接以便共同旋转。齿圈构件52C与第四轴或互连构件78连接以便共同旋转。行星轮架构件52B与第二轴或互连构件74连接以便共同旋转。行星齿轮52D中的每个均配置成与太阳轮构件52A和齿圈构件52C两者互相啮合。
第三行星齿轮组54包括太阳轮构件54A、齿圈构件54C和可旋转地支撑一组行星齿轮54D的行星轮架构件54B。太阳轮构件54A与第五轴或互连构件80连接以便共同旋转。齿圈构件54C与第三轴或互连构件76连接以便共同旋转。行星轮架构件54B与第四轴或互连构件78和第六轴或互连构件82连接以便共同旋转。行星齿轮54D中的每个均配置成与太阳轮构件54A和齿圈构件54C两者互相啮合。
扭矩传递机构或离合器60、62和制动器64、66、68和70允许轴或互连构件、行星齿轮组的构件和变速器壳体的选择性互连。例如，第一离合器60可选择性接合以将第五互连构件80与变速器输入构件40连接。第二离合器62可选择性接合以将第四互连构件78与变速器输入构件40连接。第一制动器64可选择性地接合以将第一互连构件80与固定构件或变速器壳体34连接，以限制构件80相对于固定构件或变速器壳体34旋转。第二制动器66可选择性地接合以将第六互连构件82与固定构件或变速器壳体34连接，以限制构件84相对于固定构件或变速器壳体34旋转。第三制动器68可选择性地接合以将第一互连构件72与固定构件或变速器壳体34连接，以限制构件72相对于固定构件或变速器壳体34旋转。第四制动器70是单向离合器，其可选择性地接合以将第六互连构件82与固定构件或变速器壳体34连接，以限制构件82相对于固定构件或变速器壳体34在第一旋转方向上旋转。
变速器输出轴或构件42优选地与最终传动单元或分动箱18连续地连接。最终传动单元18可以包括用于提供最终输出扭矩的差速器、半轴和车轮（未示出）。
参考图2并且继续参考图1，现在将描述动力系10的操作。在此示例中，单向离合器26从电动机模块14移除，如上所述。图2是曲线，随横轴线108上的时间而匹配纵轴线102上的发动机12、电动机28和目标输出速度到纵轴线104上的扭矩传递装置26、60和68的接合，到纵轴线106上的来自发动机102的扭矩、来自电动机28的扭矩和输入轴40上的扭矩。发动机12随时间的相对操作速度由线110表示。电动机28随时间的相对操作速度由线112表示。机动车随时间的相对目标速度（对第一或倒档传动比进行了调节）由线114表示。离合器60或制动器68随时间的相对接合由线116表示。断开离合器24随时间的相对接合由线118表示。来自发动机12的随时间的扭矩由线120表示。来自电动机28的随时间的扭矩由线122表示。机动车随时间的扭矩输出由线124表示。
在时间零处，由点“A”表示，动力系10未运行。在时间“B”处，动力系10开始电动起动，其中电动机28速度增大到给变速器14加压所需的最小泵速度之上的速度，由部分112A表示。因为泵44由电动机28直接驱动，变速器14能够具有加压液压流体用于阀门级变、离合器活塞行程和部件冷却与润滑。来自电动机28的扭矩（线部分122A）在电动机28的功率下快速增大。此外在时间“B”，制动器66被应用，并且分别用于倒档或前进档起动的离合器60或制动器68部分应用（即允许打滑），由线部分116A表示。
在时间“C”，电动机28匹配线114的目标速度。在时间“B”和“C”之间，应用的离合器/制动器60、68被同步，并且然后在时间“C”完全应用。这也对应于车辆起动，并且因此电动机28的速度沿着线114增大以驱动机动车。
在时间“D”，发动机12启动并且速度增大（由线部分110A表示），并且断开离合器26被部分应用（即允许打滑）。这开始发动机12和电动机28之间的同步。为了解决由于发动机12启动引起的扭矩输出中的伴随损失（线部分120A），电动机28扭矩输出（线122B）增大以保持最终输出扭矩（线124）恒定。
在时间“E”发动机12已经达到发动机点火速度，并且断开离合器被分离以将发动机12从电动机28断开。由于发动机12引起的扭矩伴随损失也终止，并且电动机28输出扭矩在线122C部分降低。
在时间“F”，发动机12速度匹配目标速度（线114），并且断开离合器完全接合，将发动机12和电动机28连接到变速器16。当电动机28的速度继续增大时来自电动机28的输出扭矩继续在线部分122D降低，但是，在线120B的发动机扭矩补偿该下降，由此维持在线124的恒定输出扭矩。
通过使用电动机28起动车辆，起动离合器60、68被允许以相对低的速度同时以相对高的扭矩水平同步，由此减小了起动离合器上的磨损，并且减小了摩擦热损失和可能降低动力系10效率的其他伴随损失。
转向图3，并且继续参考图1，将描述利用单向离合器26的动力系10的操作。图3是类似于图2曲线的曲线，并且相似的部件和线条用相似的标号表示。但是，单向离合器26的接合由线126表示。图2中描述的起动策略类似于图3的起动策略。但是，在时间“E”和“F”之间，发动机速度被有效控制以防止速度大于目标速度（线114）。这防止了单向离合器26被自动接合。一旦发动机12速度已经匹配目标速度114，单向离合器26自动接合，由线部分126A表示。因此，断开离合器24在时间“F”不接合，因为单向离合器26已经接合。断开离合器24随后在较高发动机速度下接合，由线部分118A表示。
转向图4，并且继续参考图1，将描述在发动机启动起动期间利用或不利用单向离合器26动力系10的操作。图4是类似于图2曲线的曲线，并且相似的部件和线条用相似的标号表示。
在时间零处，由点“A”表示，动力系10未运行。在时间“B”处，发动机断开离合器接合，由此将电动机28与发动机12连接。在时间“C”，电动机28启动。因为电动机28直接连接到发动机12，发动机12随电动机28速度增大。这导致来自电动机28的扭矩峰值，由线部分122D表示。
在时间“D”，电动机28和发动机12达到发动机点火速度，并且发动机12启动。来自电动机28的扭矩降低，并且来自发动机12的扭矩（线120）增大。在时间“E”，制动器66被应用，并且分别用于倒档或前进档起动的离合器60或制动器68部分应用（即允许打滑），由线部分116A表示。电动机28和发动机12的速度在线部分110B/112B增大，同时输出扭矩124达到目标值，并且来自电动机28和发动机12的输出扭矩分别在线部分122E和120A增大。在时间“F”，电动机28扭矩由于电动机28更高的速度水平而在线部分122E降低。在时间“G”，发动机12和电动机28匹配线114的目标速度。在时间“F”和“G”之间，应用的离合器/制动器60、68被同步，并且然后在对应于车辆起动的时间“G”被完全应用。
本发明的说明本质上仅仅是示例性的且不偏离本发明实质的变型旨在处于本发明的范围内。这种变型被认为不偏离本发明的精神和范围。
Claims (20)
1.一种用于控制机动车中动力系的方法，所述动力系顺序地具有发动机，发动机连接到断开离合器，断开离合器连接到电动机，电动机连接到变速器和变速器泵，所述变速器具有至少一个选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，所述方法包括：
增大电动机的速度到高于泵阈值速度；
致动所述起动离合器以部分接合；
当电动机的速度大致等于目标阈值速度时致动所述起动离合器以完全接合；
当电动机的速度大致等于发动机启动阈值速度时致动所述断开离合器以将发动机与电动机部分连接；
当发动机的速度达到所述发动机启动阈值速度时致动所述断开离合器以将发动机从电动机断开；
启动发动机；和
当发动机的速度大致等于所述目标阈值速度时致动所述断开离合器以将发动机连接到电动机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述泵阈值速度是在变速器内产生期望流体压力所需的电动机的速度。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标阈值速度是由提供机动车的使用者所要求的动力系输出速度所需要的输入到变速器目标速度。
4.根据权利要求1所述的方法，其中发动机启动阈值速度是足以开始通过所述断开离合器与发动机同步的电动机的速度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标阈值速度以稳定速率随时间增大。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括当起动离合器被致动以完全接合时随时间增大电动机的速度以随时间大致匹配所述目标阈值速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其中变速器还包括第二选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，并且致动所述起动离合器以部分接合还包括致动所述第二起动离合器以完全接合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述变速器还包括与所述断开离合器并联连接的单向离合器，并且还包括在启动发动机后控制发动机的速度，以防止发动机的速度超过所述目标阈值速度。
9.一种用于控制机动车中动力系的方法，所述动力系具有发动机、电动机和变速器，发动机具有连接到断开离合器的发动机输出轴，电动机具有连接到断开离合器的转子，变速器具有连接到转子和变速器泵的变速器输入轴，所述变速器具有至少一个选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，所述方法包括：
增大转子的速度到高于泵阈值速度；
使所述起动离合器打滑；
当转子的速度大致等于目标阈值速度时接合所述起动离合器；
当转子的速度大致等于发动机启动阈值速度时使所述断开离合器打滑以将发动机输出轴与转子部分连接；
当发动机输出轴的速度达到所述发动机启动阈值速度时分离所述断开离合器以将发动机输出轴从转子断开；
启动发动机；和
当发动机的速度大致等于所述目标阈值速度时接合所述断开离合器以将发动机输出轴连接到转子。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述泵阈值速度是在变速器内产生期望流体压力所需的转子和变速器输入轴的速度。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述目标阈值速度是由提供机动车的使用者所要求的动力系输出速度所需要的变速器输入轴的目标速度。
12.根据权利要求9所述的方法，其中发动机启动阈值速度是足以开始通过所述断开离合器与发动机输出轴同步的转子的速度。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述目标阈值速度以稳定速率随时间增大。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括当起动离合器接合时随时间增大转子的速度以随时间大致匹配所述目标阈值速度。
15.根据权利要求9所述的方法，其中变速器还包括第二选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，并且使所述起动离合器打滑还包括接合所述第二起动离合器。
16.根据权利要求9所述的方法，其中所述变速器还包括与所述断开离合器并联连接的单向离合器，并且还包括在启动发动机后控制发动机输出轴的速度，以防止发动机输出轴的速度超过所述目标阈值速度。
17.一种用于控制机动车中动力系的方法，所述动力系具有发动机、电动机和变速器，发动机具有连接到断开离合器的发动机输出轴，电动机具有连接到断开离合器的转子，变速器具有连接到转子和变速器泵的变速器输入轴，所述变速器具有第一和第二选择性接合的起动离合器用于引发第一传动比或倒档传动比，所述方法包括：
增大转子的速度到高于泵阈值速度；
使所述第一起动离合器打滑；
接合所述第二起动离合器；
当转子的速度大致等于目标阈值速度时接合所述第一起动离合器，其中所述目标阈值速度随时间增大；
当所述第一起动离合器接合时随时间增大转子的速度以大致随时间匹配所述目标阈值速度；
当转子的速度大致等于发动机启动阈值速度时使所述断开离合器打滑以将发动机输出轴与转子部分连接；
当发动机输出轴的速度达到所述发动机启动阈值速度时分离所述断开离合器以将发动机输出轴从转子断开；
启动发动机；和
当发动机的速度大致等于所述目标阈值速度时接合所述断开离合器以将发动机输出轴连接到转子。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述泵阈值速度是在变速器内产生期望流体压力所需的转子和变速器输入轴的速度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述目标阈值速度是由提供机动车的使用者所要求的动力系输出速度所需要的变速器输入轴的目标速度。
20.根据权利要求19所述的方法，其中发动机启动阈值速度是足以开始通过所述断开离合器与发动机输出轴同步的转子的速度。
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