CN103373358B - 用于发动机起动的在离合器接合期间的主动式减振 - Google Patents

Abstract

一种主动减振系统，提供与混合动力车辆原始马达扭矩指令结合的扭矩调节指令以补偿混合动力车辆的传动系中的振动和颤动。可通过微分控制器或者通过超前-滞后补偿而在离合器接合和完全离合器接合之间提供主动减振。一旦离合器完全接合，主动减振终止。

Description

用于发动机起动的在离合器接合期间的主动式减振

技术领域

本发明涉及通过调节至模块化混合动力车辆的电机的扭矩指令而抑制该模块化混合动力车辆中传动系振动。

背景技术

混合动力车辆构造可采用多种形式来将电池、电动牵引马达和内燃发动机在车辆的传动系中可操作地连接在一起。本申请的受让人在开发中提议的一种构造是模块化混合动力传动装置（MHT）。MHT的一个实施例是电动无逆变器传动装置（ECLT）。为了复制传统的自动变速器的变矩器功能，没有变矩器的MHT动力传动系统可依赖于起动机/交流发电机以及内燃发动机和电动马达之间的分离离合器的主动控制。可替代地，MHT还可以提供有变矩器。在电动马达和车轮之间可以提供启动离合器或变矩器。

MHT的可驾驶性必须与具有自动变速器产品的传动系相当。MHT的一个主要的控制挑战是在发动机起动和离合器接合期间吸收传动系中的金属声、冲击和颤动，从而创建更安静、更轻松的驾驶体验。

伴随MHT系统产生了关于（特别是在复杂的离合器接合瞬变期间的）离合器、发动机和马达的协调的新的挑战。所有的摩擦元件控制、压力控制以及马达扭矩控制应当无缝地集成以传输平滑的车轮扭矩。此外，无变矩器分离离合器的接合对于离合器压力非常敏感，而且在离合器接合期间要获得合适的减振以及平滑性是具有挑战性的。

MHT中的发动机必须平滑地和快速地起动。每次起动伴随着瞬变离合器接合阶段，在此阶段实质的惯性阻力和扭矩扰动被传输至传动系。由于复杂的瞬变动力学引起的估算发动机和离合器扭矩的难度和不确定性对于马达扭矩补偿来说是挑战的任务。

在用于发动机起动的MHT离合器接合瞬变期间，存在由于多种扰动的机械共振的激发所引起的振动的问题。该引起的振动现象是因为没有变矩器而引起传动系中的较低阻尼。应用电动马达扭矩产生具有取决于马达转速的频率的扭矩波动。

上述问题和其他问题通过如下所总结的本发明而得到解决。

发明内容

本发明的实施例提议一种通过在分离离合器接合期间调节电动马达扭矩指令而允许改进动力学响应以及阻止传动系振动的主动减振策略。当分离离合器完全接合时主动减振终止。用于主动减振的马达扭矩调节基于从马达转速或车轮转速传感器获取的处理转速测量值。主动减振系统调节电动马达扭矩指令以减轻传动系中的振动。

根据本发明的一个方面，提供一种混合动力车辆，其包含电机、发动机以及电池，电池用于提供动力至电机和控制器。控制器配置用于提供基础扭矩指令，在由控制器提供发动机起动指令后探测离合器接合的时间段，以及在离合器接合的时间段期间抑制传动系振动。传动系振动通过主动减振算法来抑制，该主动减振算法通过修改基础马达扭矩指令而调节来自马达的指令的扭矩的幅度。

根据本发明另一方面，提供一种用于运转具有通过分离离合器选择性地连接至传动系的发动机以及辅助动力源的混合动力车辆的方法。所述方法包含获取基础马达扭矩指令，在发动机起动指令后探测在离合器完全接合后结束的离合器接合的时间段，以及通过对基础马达扭矩指令提供主动减振扭矩调节而减轻传动系中的振动。

根据车辆以及方法的其他方面，传动系振动的抑制可以基于接收代表传动系部件的转速的输入信号的微分（derivative）控制器来执行。传动系部件的转速可以为马达转速信号或车轮转速信号。

微分控制器在s-域（s-domain）具有下面的传递函数：G=ks，其中s为拉普拉斯变换变量，k=增益。

可替代地，传动系振动的抑制可以基于超前-滞后（lead-lag）补偿器控制器来执行。超前-滞后补偿器在s-域具有下面的传递函数：G=k(s+z)/(s+p)，其中，s为拉普拉斯变换变量；k=增益；z=零；且p=极点（pole）。

根据本发明的其它方面，可以选择性地为在电机和发动机之间的传动系中的分离离合器提供液压压力以使分离离合器分离。当发动机关闭时液压压力可以减小至零，且增压时间段可以提前于离合器接合的时间段，在增压时间段期间加注离合器且液压压力被设为行程压力。可替代地，当发动机关闭时，液压压力可以被维持在行程压力。分离离合器可以选择性地提供有液压压力。如果是这样，离合器接合的时间段可以开始于发动机起动指令的时间处。

根据本发明一个方面，提供一种混合动力车辆，其包含：马达；发动机和用于提供电力至马达的电池；可操作地连接在所述马达和所述发动机之间的分离离合器；至少一个控制器，其配置用于在发动机起动后离合器接合时间段期间基于传动系转速修改马达扭矩以在离合器接合的所述时间段期间抑制传动系振动。

根据本发明一个实施例，其中基于接收代表传动系部件的转速的输入信号的微分离合器修改所述马达扭矩。

根据本发明另一个实施例，其中传动系部件的转速为马达转速信号。

根据本发明又一个实施例，其中传动系部件的转速为车轮转速信号。

根据本发明又一个实施例，其中通过微分控制器响应于马达转速输入信号而计算马达扭矩。

根据本发明又一个实施例，其中通过微分控制器响应于车轮转速输入信号而计算马达扭矩。

根据本发明又一个实施例，其中基于超前-滞后补偿器控制器而控制马达扭矩。

根据本发明又一个实施例，其中选择性地对分离离合器提供液压压力以驱动分离离合器，其中当发动机关闭时液压压力降低至零，且其中增压时间段提前于离合器接合时间段，该增压时间段加注离合器且液压压力设为行程压力。

根据本发明一个实施例，其中选择性地为分离离合器提供液压压力以驱动分离离合器，其中当发动机关闭时液压压力维持在行程压力，且其中离合器接合时间段开始于发动机起动。

参考附图以及下面所说明的实施例将更加具体地解释本发明的这些和其它方面。

附图说明

图1A是用于不包括变矩器的混合动力车辆的模块化混合动力传动系统的示意图。

图1B是用于包括变矩器的混合动力车辆的模块化混合动力传动系统的替代实施例的示意图。

图2为用于减轻传动系振动的主动减振系统的控制图表。

图3为用于瞬变离合器接合探测系统的控制图表。

图4为在瞬变离合器接合期间的主动减振系统的图形化代表。

具体实施方式

下面提供了本发明所说明的实施例的具体描述。公开的实施例是可以多种和可替代形式实施的本发明的示例。附图不必须按照比例绘制。可以扩大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。在本申请中所揭示的具体结构和功能细节不能被解释为限制，而仅仅是用于教导本领域内技术人员怎样实施本发明的代表性基础。

参考图1A和1B，以图表的形式显示了模块化混合动力传动系统10。发动机12可操作地连接至起动机14，当需要额外扭矩时使用该起动机14用于起动发动机12。马达16或电机可操作地连接至传动系18。在传动系18中在发动机12和电机16之间提供了分离离合器20。在传动系18上还提供有传动装置22或者变速箱。从发动机12和马达16传输的扭矩被提供至传动系18进一步传输至提供扭矩至车轮24的传动装置22。如图1A中所示，在传动装置22与发动机12和/或马达16之间提供启动离合器26A以通过传动装置22提供扭矩至车轮24。如图1B所示，在传动装置22与发动机12和/或马达16之间提供有变矩器26B以通过传动装置22提供扭矩至车轮24。尽管去除变矩器是图1A的实施例的优点，但是本发明对于像在图1B的实施例中所显示的包括变矩器26B的系统中减轻振动也是有利的。

车辆包括用于控制多个车辆系统和子系统的车辆系统控制（VSC），在图1A和图1B中总体上通过框27来代表。VSC27包括多个分布在车内的多个控制器中的相关联的算法。例如，用于控制MHT动力传动系统的算法分布在发动机控制单元（ECU）28和传动装置控制单元（TCU）29之间。ECU28电连接至发动机12用于控制发动机12的操作。TCU29电连接至马达16和传动装置22并控制马达16和传动装置22。根据一个或多个实施例，ECU28和TCU29通过硬线（hard-line）车辆连接使用共用总线协议（例如CAN）相互通信以及与其他控制器（未显示）通信。尽管说明的实施例描述了用于控制MHT动力传动系统的VSC27功能包含在两个控制器中（ECU28和TCU29），HEV的其他实施例包括单一VSC控制器或多于两个控制器用于控制MHT动力传动系统。

参考图2，显示了主动减振系统30的一个实施例。VSC27包括控制分离离合器20和启动离合器26A的扭矩控制算法30或者策略。控制算法30与离合器20和26A（或变矩器26B）允许模块化混合动力传输系统10获取额外的运转效率。根据一个或多个实施例，控制算法可包含在TCU29中，或者可以集成在如下更加详细描述的硬件或软件控制逻辑中。在控制发动机12和马达16（图1中所示）以及提供原始马达扭矩指令输出信号36的扭矩控制系统中开发基础马达扭矩确定策略32。

绝对值转速信号38被提供至主动减振控制程序40。绝对值转速信号38可以为马达转速信号或车速信号。主动减振控制程序40基于处理从传感器获取的马达转速值或车轮转速值。主动减振控制程序40产生补偿扭矩以对传动系18（如图1所示）的振动模式进行减振。应用闭环反馈控制系统来调节扭矩控制以抑制传动系振动。在闭环系统中，补偿器置于使用马达转速或车轮转速作为输入的反馈路径中。补偿器输出或者Δ马达扭矩信号42被提供至框44。

主动减振系统30的一部分包括离合器接合探测程序46。离合器接合探测程序46可包括输入，例如离合器压力输入48、发动机转速输入50以及马达转速输入52。离合器接合探测程序处理输入并在54处设置标志，下面将参考图3进行更详细的描述。当框44中满足做出标志状况时Δ马达扭矩信号42以主动减振马达扭矩信号56的形式传输。通过主动减振马达扭矩信号56调节原始马达扭矩指令36以将马达扭矩指令信号58提供至马达16（如图1所示）。

参考图3，更详细显示了离合器接合探测程序46。离合器接合探测算法通过在框60处启动计时器而开始。系统基于包括液压油温输入64和液压线路压力输入66的输入确定增压时间值62。其他信号也可以用于更加精确地估算在开始离合器接合之前需要用来增压离合器流体压力的时间。温度64和线路压力66用于确定在系统中的增压时间因子，其中如果完全分离，离合器压力允许降至行程压力值以下至零并从而进一步改善系统效率。

在其中总是通过服务分离离合器20（如图1A和1B所示）的液压泵维持行程压力的系统中，可以省略确定增压时间因子的步骤。然而，在其中需要时间增压以补偿在离合器中执行的延迟的系统中，对应于在框60处应用行程压力时计时器的起始的时间T在框70处与增压时间值相比较。如果时间T小于增压时间因子，在框76处离合器接合的标志设置为等于假（false）。可替代地，如果在框70处时间T不小于增压时间因子，算法前进至框72处以通过对发动机转速与马达转速的差值取绝对值而确定离合器20是否是接合的。如果绝对值低于特定容限值，在框74处做出标志离合器接合为真。当在框74处作出标志时，Δ马达扭矩信号42被用于调节主动减振马达扭矩信号56。Δ马达扭矩信号42与原始马达扭矩指令36组合以提供包括用于主动减振的调节的希望的马达扭矩指令58。

接合探测算法首先探测接触点的开始，在该处离合器力开始拖动发动机直至克服发动机惯性。在离合器传输扭矩之前的离合器行进距离和增压时间（Timeboosting）大体是可预期的并且可以基于存储值表而获取。假定液压油的温度影响是可忽略的，增压时间的持续期可以从管线压力指令本身推断得出。增压时间和管线压力的关系可以捕获在可以基于离合器接合实验测试而凭经验地构建的校准表格中。可以从已知的增压时间和已知的离合器压力指令的正时推断接触点的正时。可通过测量发动机和马达转速之间的差异而探测其中离合器完全接合的接合终点。当发动机转速信号和马达转速信号相等或者处于预定差异内时离合器接合完成。

在其中通过离合器的液压系统提供最小行程压力的系统中，离合器接合探测可以通过应用行程压力而开始而不要求计算增压时间正时因子。在这样的系统中，离合器接合标志在一旦对离合器应用行程压力时立刻作出，并且当发动机和马达转速如前所述足够接近或者相等时终止。

参考回图2，可以通过在反馈路径上使用微分控制器而提供在40处的主动减振闭环控制。微分控制器在s-域具有下面的传递函数：

G=ks

其中：

k=增益；

s为拉普拉斯变换变量。

微分控制系统将补偿器与马达转速（或车轮转速）作为在反馈路径上的对马达扭矩指令的输入以减轻振动。

可替代地，可以通过具有下面的在s-域中的传递函数的超前-滞后补偿器来提供主动减振闭环控制40。

G=k(s+z)/(s+p)

其中：

k=增益；

z=零；

p=极点；且

s为拉普拉斯变换变量。

上述等式为用于接近微分控制的简易一阶滤波器。根据闭环系统希望的频率选择z和p值。有了微分控制或超前-滞后补偿中的一者，因为已经提供马达转速或车轮转速传感器用于马达控制或防抱死制动系统（ABS）控制而不需要额外的传感器。如果合适地设计补偿器和增益可以获得处于共振频率的扰动的减轻。来自对轴扭矩的扭矩指令的希望的频率响应可以提供至马达16。

参考图4，说明了马达扭矩的主动减振调节。参考图4，顶部的线80显示了从其中从发动机不运转且车辆当前由电动马达驱动的点起的分离离合器压力。在行程压力允许降至零的系统中的分离离合器压力推定为处于零。起动机信号82指示在初始阶段起动机停止，但是一旦发动机运转开始，如通过线82的升高部分所指示的开动起动机马达。一旦初始起动，以提供最大压力加注离合器而使得离合器20被加注。一旦加注，刚好在离合器力开始拖动发动机的时间之前离合器内的压力允许降至行程压力水平。通过线84所示的发动机转速初始为零，但是在初始起动指令之后不久就开始上升。在此处，起动机已经起动发动机且燃料被提供至发动机，于是由于燃烧过程的开始而发动机转速增加。发动机转速继续增加直至其达到由线86所指示的马达转速。一旦发动机转速84达到马达转速86，作出离合器完全接合的确定。

参考线88，其代表马达扭矩，在预起动和离合器接合过程中马达扭矩维持相对恒定。如线92所示当起动机/马达开始提供起动机扭矩时由线90显示的发动机扭矩初始为负。在发动机起动后发动机扭矩快速增加，此时通过马达（如线88所示）和通过发动机（如线90所示）两者提供扭矩。通过离合器的发动机扭矩传输通过线94所示，其指示了初始传输至离合器的发动机扭矩为负，但是随着发动机扭矩增加，传输至离合器的发动机扭矩类似地如通过线94所示而增加。持续的离合器接合通过图4中的虚线96所示且离合器完全接合状态通过图4中的虚线98所示。

Δ马达扭矩线100显示了用于减轻传动系振动的主动减振系统的操作。当在虚线96处离合器力开始拖动发动机时Δ马达扭矩信号开始变得可用。无论是在微分控制下或超前-滞后补偿方法下主动减振提供用于调节如图2所示马达扭矩指令58的基础。主动减振持续直到在虚线98处离合器完全接合。离合器完全接合之后，不再需要主动减振以减轻由发动机起动和离合器接合所引起的振动。

尽管上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了发明的所有可能形式。相反，在说明书中使用的词语为说明性而非限定，且应该理解可以作出多种变化而不会背离本发明的精神和范围。此外，多个执行实施例的特征可以组合以形成本发明进一步的实施例。

Claims (5)

1.一种混合动力车辆，包含：

马达；

发动机和用于提供电力至马达的电池；

可操作地连接在所述马达和所述发动机之间的分离离合器，其中选择性地向所述分离离合器提供液压压力以连接或分离所述分离离合器；

至少一个控制器，其配置用于在发动机起动后离合器接合时间段期间基于传动系转速修改马达扭矩以在离合器接合的所述时间段期间抑制传动系振动，传动系振动的抑制基于接收代表传动系部件的转速的输入信号的微分控制器或基于超前-滞后补偿器控制器来执行。

2.如权利要求1所述的混合动力车辆，其中当所述发动机关闭时所述液压压力被减小至零，且其中增压时间段提前于所述离合器接合的所述时间段，在所述增压时间段加注所述离合器且所述液压压力被设置为行程压力。

3.如权利要求1所述的混合动力车辆，其中当发动机关闭时，液压压力被维持在行程压力，且其中离合器接合的所述时间段开始于发动机起动。

4.一种运转具有通过分离离合器选择性地连接至传动系的发动机和马达的混合动力车辆的方法，其中选择性地向所述分离离合器提供液压压力以连接或分离所述分离离合器，所述方法包含：

在发动机起动后一旦离合器完全接合时就结束的离合器接合的时间段期间，通过修改马达扭矩而减轻传动系中的振动，传动系中的振动的减轻基于接收代表传动系部件的转速的输入信号的微分控制器或基于超前-滞后补偿器控制器来执行。

5.如权利要求4所述的方法，其中当所述发动机关闭时所述液压压力被减小至零，且其中增压时间段提前于所述离合器接合的所述时间段，在所述增压时间段加注所述离合器且所述液压压力被设置为行程压力。