CN103386970A - 发动机与牵引电机和变速器选择性地串联的车辆的系统 - Google Patents

Abstract

一种发动机与牵引电机和变速器选择性地串联的车辆的系统，用于控制具有发动机、牵引电机和变速器通过离合器选择性地串联连接的车辆的系统和方法包括当离合器未接合并且发动机转速小于电机转速时，调节发动机扭矩，以使发动机转速增大。响应于发动机转速超过电机转速，离合器接合以将发动机连接到电机。

Description

发动机与牵引电机和变速器选择性地串联的车辆的系统

技术领域

本发明涉及混合动力车辆的动力传动系统中当发生轻踩油门（tip-in）事件时通过分离式离合器使发动机与电机连接。

背景技术

混合动力电动车辆的动力传动系统包括发动机和电动机，其中，由发动机和/或电动机产生的扭矩（或功率）可通过变速器被传递到车辆的驱动轮以推进车辆。牵引电池向电动机供应电能以使电动机产生用于推进车辆的电动机扭矩。

在模块化混合动力传动系统（MHT）的构造中，发动机通过分离式离合器可连接到电动机，且电动机连接到变速器。发动机、分离式离合器、电动机和变速器依次串联连接。

发明内容

本发明的实施例致力于一种用于具有连接到变速器的电机以及通过分离式离合器和电机可连接到变速器的发动机的混合动力电动车辆的控制器和控制策略。当分离式离合器闭合（即，接合）时，发动机连接到电机。这样，当分离式离合器接合时，发动机通过电机连接到变速器。当分离式离合器打开（即，未接合）时，发动机与电机断开。这样，当分离式离合器未接合时，由于发动机与电机断开，结果导致发动机与变速器断开。

控制器和控制策略调节发动机扭矩，以使发动机转速和电机转速同步。发动机转速将要与电机转速同步，以能够使分离式离合器从未接合状态运动到接合状态。发动机扭矩可被调节成响应于轻踩油门事件使发动机转速与电机转速同步。在轻踩油门事件之前，例如，车辆滑行和/或至少主要地用电机扭矩被推进。这样，分离式离合器（至少主要地）未接合，从而发动机与变速器断开。因此，发动机转速相对地远小于电机转速。例如，当车辆驾驶员在滑行期间踩下加速踏板，轻踩油门事件发生。因为驾驶员最初离开加速踏板，所以发动机转速相对地远小于电机转速。由于驾驶员踩下加速踏板，所以来自发动机的发动机扭矩将被提供到变速器。这样，分离式离合器将从未接合状态运动到接合状态，以通过电机将发动机连接到变速器。然而，在分离式离合器将运动到接合状态之前，发动机转速将增大到至少与电机转速相同或稍大于电机转速。

因此，控制器和控制策略调节发动机扭矩，以便发动机扭矩最初快速地增大，从而使发动机转速快速地增大。快速增大的发动机扭矩使得发动机转速从其相对低的水平朝向电机转速的相对高的水平增大。一旦发动机转速接近电机转速（或者可能变得等于电机转速或稍大于电机转速），控制器和控制策略调节发动机扭矩，以将发动机扭矩削减到被降低的水平。将发动机扭矩削减到被降低的水平使得发动机转速缓慢地增大。因此，假定发动机转速刚好小于电机转速，则发动机转速增大到变得至少与电机转速相同。当发动机转速稍大于电机转速时，控制器和控制策略认为发动机转速和电机转速同步。当发动机转速和电机转速同步时，控制器和控制策略控制分离式离合器从未接合状态运动至接合状态。一旦分离式离合器处于接合状态，发动机便通过电机连接到变速器，从而发动机能够将发动机扭矩提供到变速器，以推进车辆。

在实施例中，提供一种用于具有通过离合器可连接到牵引电机的发动机的车辆的方法。所述方法包括当离合器未接合并且发动机转速小于电机转速时调节发动机扭矩以增大发动机转速。所述方法还包括响应于发动机转速超过电机转速使离合器接合以将发动机连接到电机。

调节发动机扭矩可包括当发动机转速小于电机转速的量大于打滑阀值时增大发动机扭矩，以增大发动机转速，并响应于发动机转速小于电机转速的量小于打滑阀值而降低（即，削减）发动机扭矩。所述方法还可包括以依赖于在增大发动机扭矩之前电机转速与发动机转速之间的差的速率来增大发动机扭矩。所述方法还包括基于在发动机扭矩被增大之前电机转速和发动机转速之间的差来增大发动机扭矩。可基于当检测到发动机转速小于电机转速的量小于打滑阀值时电机转速与发动机转速之间的差来降低发动机扭矩。当离合器正在接合时可增大发动机扭矩。可响应于轻踩油门事件的开始而发生发动机扭矩的调节。

在实施例中，提供一种用于具有通过离合器与牵引电机和变速器选择性地串联连接的发动机的车辆的系统。所述系统包括控制器，所述控制器被配置成当离合器未接合并且发动机转速小于电机转速时，调节发动机扭矩，以使发动机转速增大，并响应于发动机转速变得大于电机转速而使离合器接合。

在实施例中，提供一种混合动力车辆。所述车辆包括连接到变速器的牵引电机、通过离合器与电机选择性地串联连接的发动机以及与电机和发动机通信的控制器。所述控制器被配置成当离合器未接合并且发动机转速小于电机转速时，调节发动机扭矩，以使发动机转速增大，并响应于发动机转速变得大于电机转速使离合器接合。

所述控制器还被配置成通过以下方式来调节发动机扭矩：当发动机转速小于电机转速的量大于打滑阀值时将发动机扭矩增大到被增大的水平，以增大发动机转速，一旦发动机转速小于电机转速的量小于打滑阀值，便将发动机扭矩从被增大的水平降低到被降低的水平。

所述控制器还被配置成以依赖于在发动机扭矩增大之前电机转速与发动机转速之间的差的速率来增大发动机扭矩。

发动机扭矩的被增大的水平依赖于在增大发动机扭矩之前的电机转速与发动机转速之间的差。

发动机的被降低的水平依赖于当控制器检测到发动机转速小于电机转速的量小于打滑阀值时电机转速与发动机转速之间的差。

控制器还被配置为当监测到轻踩油门事件的开始调节发动机扭矩。

当结合附图时，通过下面的详细描述，本发明的实施例的其他对象、特征和优点将变得更易于明显，其中，相同的标号指示对应的部件。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的示例性混合动力电动车辆的动力传动系统的框图；

图2示出了根据本发明的实施例的流程图，该流程图描述了用于在混合动力电动车辆中在轻踩油门事件期间调节发动机扭矩以使发动机转速与电动机转速同步而使分离式离合器接合的控制策略的操作。

图3A示出了曲线图，该曲线图具有在轻踩油门事件期间车辆的加速踏板的位置相对于时间的图示；

图3B示出了根据控制策略的操作的曲线图，该曲线图具有发动机扭矩的图示和分离式离合器的扭矩容量相对于时间的图示；

图3C示出了根据控制策略的操作的曲线图，该曲线图具有发动机转速的图示和电动机转速相对于时间的图示。

具体实施方式

在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可以以各种形式和替代的形式实施。附图不一定按照比例绘制；可能会夸大或最小化一些特征，以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

现在参照图1，示出了根据本发明的实施例的用于混合动力电动车辆的示例性动力传动系统10的框图。动力传动系统10包括发动机20、诸如电动机/发电机30（“电机”）的电机构、牵引电池36以及多级自动变速器50。

发动机20和电机30是车辆的驱动源。发动机20通过分离式离合器32可连接到电机30，由此，发动机20和电机30串联连接。电机30连接到变速器50的输入侧。例如，电机30可通过电机30与变速器50的输入侧之间的变矩器连接到变速器50。当发动机20通过分离式离合器32连接到电机30时，变速器50的输入侧与发动机20和电机30两者串联连接。在这种情况下，变速器50连接到电机30同时通过电机30连接到发动机20。在输出侧，变速器50连接到车辆的驱动轮60。从发动机20和/或电机30施加的驱动力通过变速器50传递到驱动轮60，从而推进车辆。

发动机20具有发动机轴22，所述发动机轴22通过分离式离合器32可连接到电机30的输入轴24。虽然分离式离合器32作为液压离合器被描述和示出，但可使用其他类型的离合器。电机30具有连接到变速器50的输入侧的输出轴42。

变速器50包括多个传动比。变速器50的输出侧包括连接到差速器56的输出轴54。驱动轮60通过各自的车轴66连接到差速器56。通过这样的布置，变速器50向驱动轮60传递动力传动系统的输出扭矩68。

发动机20是用于动力传动系统10的主要动力源。发动机20是内燃发动机（诸如汽油、柴油或天然气提供动力的发动机）。发动机20产生具有发动机扭矩76的发动机动力，当发动机20和电机30通过分离式离合器32连接时所述发动机动力被供应到变速器50。发动机动力与发动机20的发动机扭矩76和发动机转速的乘积（product）对应。发动机20的发动机转速是分离式离合器32的输入侧的转速。为了用发动机20驱动车辆，发动机扭矩76的至少一部分通过分离式离合器32从发动机20传递至电机30，然后从电机30传递至变速器50。

牵引电池36是用于动力传动系统10的第二动力源。电机30通过线路53链接到电池36。根据具体的车辆操作模式，电机30或者将储存在电池36中的电能转换成具有电机扭矩78的电机动力，或者向电池36传送对应量的电能。电机动力与电机扭矩78和电机30的电机转速的乘积对应。电机30的电机转速是分离式离合器32的输出侧的转速，也是电机30的输出侧的转速。为了驱动具有电机30的车辆，电机扭矩78从电机30被传递到变速器50。当产生被储存在电池36中的电能时，在驱动模式中，电机30从发动机20获得动力，或者从车辆中的惯性获得动力，这是因为电机30作为被称为再生制动模式中的制动器。

如所描述的，发动机20、分离式离合器32、电机30和变速器50可依次地串联连接，如图1所示。这样，动力传动系统10代表并行或模块化混合动力传动系统（MHT）构造，其中，发动机20通过分离式离合器32连接到电机30，电机30连接到变速器50。

根据分离式离合器32是否接合或未接合来确定将输入扭矩76和78中的哪个传递到变速器50。例如，如果分离式离合器32未接合，那么然后仅电机扭矩78被供应到变速器50。如果分离式离合器32接合，那么然后发动机扭矩76和电机扭矩78均被供应到变速器50。当然，如果仅期望发动机扭矩76用于变速器50，则使分离式离合器32接合，但并不激励电机30，从而仅发动机扭矩76被供应到变速器50。

变速器50包括行星齿轮组，所述行星齿轮组通过摩擦部件的选择性接合而按照不同的齿轮传动比选择性地布置，以建立期望的多个传动比。摩擦部件通过换挡计划可控制，所述换挡计划连接或断开行星齿轮组的某些部件，以控制变速器的输出和输入的比率。变速器50基于车辆的需求从一级自动地换挡到另一级。然后，变速器50向（车轴66）提供动力传动系统的输出扭矩68，最终驱动驱动轮60。可通过广范围的变速器布置建立变速器50的动能细节。变速器50是用于本发明的实施例的变速器布置的示例。从发动机和/或电机接收输入扭矩然后以不同级别向输出轴提供扭矩的任何多级变速器均可适用于本发明的实施例。

动力传动系统10还包括车辆系统控制器80以及与控制器80通信的加速踏板92。车辆驾驶员踩压加速踏板92以推进车辆。响应地，向控制器80提供基于加速踏板92位置的总驱动命令。控制器80在将被提供到变速器50以推进车辆的发动机动力和电机动力之间分配总驱动命令。具体地，控制器80在(i)发动机扭矩信号100（代表从以对应的发动机转速运行的发动机20将被提供到变速器50以推进车辆的发动机扭矩76的量）和(ii)电机扭矩信息98（代表从以对应的电机转速运行的电机30将被提供到变速器50以推进车辆的电机扭矩78的量）之间分配总驱动命令。反过来，发动机20产生具有发动机扭矩76的发动机动力，并且电机30产生具有电机扭矩78的电机动力，以推进车辆。发动机扭矩76和电机扭矩78均被供应到变速器50（假定发动机20通过分离式离合器32连接到电机30），从而推进车辆。

现在参照图2以及图3A、图3B和图3C，并继续参照图1的HEV，将描述根据本发明的实施例的在轻踩油门事件期间调节发动机扭矩76以使发动机转速和电机转速同步从而使分离式离合器32接合的控制策略。可通过控制器80实施所述控制策略。图2示出了描述控制策略的操作的流程图200。图3A示出了曲线图300，该曲线图300具有在轻踩油门事件期间车辆的加速踏板92的位置相对于时间的图示302。图3B示出了根据控制策略的操作的曲线图310，该曲线图310具有发动机扭矩76的图示312和分离式离合器32的扭矩容量相对于时间的图示314。图3C示出根据控制策略的操作曲线图320，该曲线图320具有发动机转速的图示322和电机转速相对于时间的图示324。

控制策略的操作包括调节发动机扭矩76，以使发动机转速（即，分离式离合器32的输入侧的转速）与电机转速（即，分离式离合器32的输出侧的转速）同步。一旦发动机转速与电机转速同步，分离式离合器32便被控制成从未接合状态运动到接合状态，从而通过电机30将发动机20连接到变速器50。

控制策略的操作可开始于响应轻踩油门事件，如框202中所示。例如，当响应于驾驶员踩压加速踏板92，加速踏板92的位置大于踏板位置阀值时，检测到轻踩油门事件。在轻踩油门事件之前，驾驶员没有踩压加速踏板92是因为（例如）车辆正在滑行。在曲线图300中的图示部分302a指示当轻踩油门事件发生时加速踏板92从没有被踩压到被踩压的位置转变。在曲线图300中的图示部分302b指示在轻踩油门事件期间加速踏板92被驾驶员踩压。

在轻踩油门事件之前，分离式离合器32（至少部分地）未接合，从而发动机20与电机30断开，并因此与变速器50断开。分离式离合器32当未接合时具有很小的扭矩容量。类似地，在轻踩油门事件初期发动机转速可能远小于电机转速。这是因为在轻踩油门事件之前驾驶员离开了加速踏板92。随着驾驶员踩压加速踏板92，发动机扭矩76将被提供到变速器50。这样，分离式离合器32将从未接合状态运动到接合状态，以通过电机30将发动机20连接到变速器50。然而，在分离式离合器32将要运动到接合状态之前，发动机转速将至少增大到与电机转速相同或者稍大于电机转速。

因此，控制策略的操作继续进行检查发动机转速是否小于电机转速，如判断框204所示。如果发生发动机转速大于电机转速，那么然后发动机扭矩76与分离式离合器32的扭矩容量一起增大，如框206所示。即，发动机扭矩76增大，且分离式离合器32运动到接合状态。然后中止控制策略的操作。

在此描述的示例性情况（诸如车辆在轻踩油门事件之前滑行一段时间）下，发动机转速将可能小于电机转速。例如，如曲线图320所示，图示部分322a指示在轻踩油门事件初期的发动机转速，图示部分324a指示在轻踩油门事件初期的电机转速。如所示出的，在轻踩油门事件初期，发动机转速相对的远小于电机转速。这样，控制策略的操作从判断框204继续到框208，而不是到框206。在框208中，比较发动机转速和电机转速，以计算发动机转速比电机转速小多少。具体地，计算分离式离合器32的打滑，其中，分离式离合器打滑是电机转速减去发动机转速。如曲线图320所示，在轻踩油门事件初期，分离式离合器打滑（即，电机转速的图示部分324a与发动机转速的图示部分322a之间的差）相对较大。

反过来，控制策略的操作继续进行调节发动机扭矩76，如框210所示。具体地，发动机扭矩76最初快速地增大，从而使得发动机转速快速地增大。曲线图310的图示部分312a指示发动机扭矩76快速地增大。由图示部分312a的斜率指示的发动机扭矩76的增大速率依赖于分离式离合器打滑（在框208中计算）。具体地，发动机扭矩的增大速率与分离式离合器打滑成比例，从而分离式离合器打滑越大，发动扭矩的增大速率越大。一旦发动机扭矩76已经增大到期望的水平，便使发动机扭矩76保持在该增大的水平，如在曲线图310的图示部分312b所示出的。曲线图320的图示部分322b指示发动机转速与发动机扭矩76增大相结合快速地增大。这样，发动机转速从其相对低的水平（由图示部分322a指示）朝向电机转速的相对高的水平快速地增大。

控制策略的操作继续进行监视发动机转速和电机转速，如框212所示。接下来，在判断框214中，将发动机转速和电机转速互相比较，以计算发动机转速是否充分地接近电机转速（即，电机转速减去发动机转速是否小于小的打滑阀值）。如果否，然后操作返回至计算分离式离合器打滑的框208、210和212，维持发动机扭矩76的快速增大，以维持发动机转速的对应的增大，再次监视发动机转速和电机转速，从而在判断框214中重复比较发动机转速和电机转速。

当发动机转速变得充分地接近电机转速时，控制策略的操作继续进行框216。简单地说，在曲线图320中，与电机转速的图示324相比较的图示部分322c指示发动机转速充分地接近电机转速。在框216中，控制策略调节发动机扭矩76，以将发动机扭矩削减到被降低的水平。在曲线图310中的图示部分312c指示发动机扭矩76被削减，在曲线图310中的图示部分312d指示发动机扭矩76的被降低的水平。将发动机扭矩76削减到被降低的水平使得发动机转速缓慢地增大。因此，发动机转速增大到至少变得与电机转速相同，如由曲线图320中的图示322和324的交点所示出的。当发动机转速稍大于电机转速时，控制策略认为使发动机转速和电机转速同步。

当在判断框218中检测到发动机转速稍大于电机转速（从而发动机转速与电机转速同步）时，控制策略的操作继续进行结束调节发动机扭矩，并且取而代之的是，仅将发动机扭矩76增大到足以满足驾驶员的功率要求的期望的水平，如框220所示。曲线图310的图示部分312e指示这种发动机扭矩76的增大。在这段时间期间，控制策略还控制分离式离合器32从未接合状态运动到接合状态，从而增大分离式离合器32的扭矩容量，如框222所示。曲线图310的图示部分314b指示由于分离式离合器32从未接合状态运动到接合状态而使得分离式离合器32的扭矩容量增大。此外，曲线图310的图示部分314a指示当分离式离合器32处于未接合状态时分离式离合器32的扭矩容量（最小至不存在）。一旦分离式离合器32处于接合状态，发动机20便通过电机32连接到变速器50，从而发动机扭矩76能够被提供到变速器50，以推进车辆。

如所描述的，本发明的实施例致力于用于混合动力电动车辆的控制策略，所述混合动力电动车辆具有连接到变速器的电机以及通过分离式离合器和电机可连接到变速器的发动机。在分离式离合器具有小的扭矩容量的情况下，发动机转速（分离式离合器的输入侧的转速）小于电机转速（分离式离合器的输出侧的转速），驾驶员轻踩加速踏板，发动机转速将尽可能快地增大，以大于电机转速，从而分离式离合器的扭矩容量可尽可能快地增大，以允许发动机扭矩被提供到动力传动系统，进而使车辆加速。在闭合分离式离合器之前发动机转速将大于电机转速，以确保仅允许发动机使电机和车辆加速。将允许发动机转速尽可能快地增大，以允许发动机尽可能快速地向动力传动系统提供扭矩。然而，如果在分离式离合器的输入侧和输出侧之间的转速差太大，那么然后接合分离式离合器将导致动力传动系统的扰动（disturbance）。所以，在分离式离合器上的扭矩容量能够增大之前，将使发动机转速和电机转速快速地同步。

如上所述，当驾驶员轻踩加速踏板时，控制器和控制策略允许发动机扭矩快速地增大。控制器和控制策略监视发动机转速的增大，并比较发动机转速和电机转速。两种转速之间的差是分离式离合器上的打滑。在这段时间期间，离合器继续几乎不具有扭矩容量。当发动机转速接近电机转速（即，当打滑变得很小时），控制器和控制策略减慢发动机扭矩，以减小发动机转速增大的速率。发动机扭矩的减小量依赖于打滑量。打滑越小，发动机扭矩的减小越多。随着发动机扭矩减小，发动机转速缓慢地增大到刚好大于电机转速。一旦发动机转速刚好大于电机转速，两种转速便同步，足以在不扰动动力传动系统的情况下允许分离式离合器接合。然后，发动机扭矩和分离式离合器扭矩可一起增大。当发动机扭矩和分离式离合器扭矩增大的同时，使用分离式离合器扭矩监视和维持分离式离合器的小的打滑，以防止动力传动系统的任何扰动。最终将锁定分离式离合器的离合器板。一旦发动机扭矩逐渐回到正常水平，离合器扭矩容量可继续增大到锁定分离式离合器。

虽然在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本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，实施的各个实施例的特征可结合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (7)

1.一种用于具有通过离合器与牵引电机和变速器选择性地串联连接的发动机的车辆的系统，所述系统包括：

控制器，被配置成当离合器未接合并且发动机转速小于电机转速时调节发动机扭矩，以使发动机转速增大，并使离合器响应于发动机转速变得大于电机转速而接合。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，控制器还被配置成：在发动机转速小于电机转速的量大于打滑阀值时，通过使发动机扭矩增大到被增大的水平来增大发动机转速，然后，一旦发动机转速小于电机转速的量小于打滑阀值，便将发动机扭矩从被增大的水平削减到被降低的水平，从而减缓发动机转速增大。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，控制器还被配置成以依赖于在增大发动机扭矩之前的电机转速和发动机转速之间的差的速率来增大发动机扭矩。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，发动机的被增大的水平依赖于在增大发动机扭矩之前的电机转速和发动机转速之间的差。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，响应于控制器检测到发动机转速小于电机转速的量小于打滑阀值，发动机的被降低的水平依赖于与电机转速和发动机转速之间的差。

6.根据权利要求2所述的系统，其中，控制器还被配置成当离合器接合时将发动机扭矩从被降低的水平增大到期望的水平。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，控制器还被配置成响应于检测到轻踩油门事件的开始而调节发动机扭矩。

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