CN103386972A - 用于控制混合动力车辆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆包括具有变矩器的变速器，所述变矩器具有旁通离合器，所述方法包括控制以打滑模式运行的变矩器的泵轮和涡轮之间的打滑，以调节变矩器扭矩比并在涡轮处维持基本上不变的扭矩。受控打滑使用变矩器的液力耦合来平衡期望的扭矩和传递的扭矩，同时抑制通过动力传动系统传递的扭矩扰动，以管理噪声、振动和声振粗糙度（NVH）。

Description

用于控制混合动力车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种用于车辆的控制系统和方法，所述车辆利用混合式动力传动系统，例如，在发动机和具有变矩器的变速器之间具有牵引电机的模块化混合动力传动系统构造。

背景技术

传统的自动车辆可包括具有变矩器以提供具有增扭作用的液力耦合的变速器。当车辆静止时，液力耦合允许发动机继续运转同时被连接到变速器。此外，变矩器提供增扭，以协助车辆起动，并给动力传动系统扭矩扰动提供阻尼。增扭或扭矩比随变矩器的输入部件（泵轮）与输出部件（涡轮）之间的转速差或打滑而变化。可提供变矩器离合器或旁通离合器以使泵轮和涡轮机械连接或摩擦连接，从而消除打滑和相关的损失，以提高效率。然而，然后动力传动系统扭矩扰动会更容易地传递到车厢并可能会导致噪声、振动和声振粗糙度（NVH）并降低车辆操纵性。这样，当车辆运行工况可能产生动力传动系统扭矩扰动时，变矩器旁通离合器通常不接合或脱离。

已经发展了利用发动机和电机通过变速器来驱动车辆的各种混合动力车辆的构造，所述变速器可根据具体的应用由包括或不包括变矩器的各种类型的变速器实现。例如，无级变速器（CVT）或手自一体变速器（AMT）可能不包括变矩器，然而具有变矩器的有级自动变速器可用于提供与先前描述的传统的动力传动系统相似的优点。

混合动力车辆通常包括电驱动模式，即，电机用于驱动车辆并且发动机关闭。在电驱动模式中具有变矩器旁通离合器的应用可接合或锁止旁通离合器，以提高效率。另外一种混合动力车辆运转模式使用发动机和电机来驱动车辆。当车辆将要从电驱动模式过渡到混合动力驱动模式时，可使用行驶中发动机起动（rolling engine start）。在发动机起动期间旁通离合器通常不接合，以缓解相关的动力传动系统扭矩扰动。然而，如先前所描述的，这降低了效率。在发生行驶中发动机起动时，传统的控制方法不能解决动力过渡的复杂性及其对操纵性的影响。

发明内容

根据本公开的实施例包括用于控制在发动机和变速器之间设置有牵引电机的混合动力车辆的系统和方法，所述变速器具有包括泵轮和涡轮的变矩器。在一个实施例中，用于控制混合动力车辆的方法包括控制变矩器的泵轮和涡轮之间的打滑速度，以在发动机起动期间使涡轮扭矩基本上保持不变。

在一个实施例中，一种用于控制混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆的发动机通过分离式离合器选择性地连接到牵引电机，所述牵引电机连接到具有变矩器的自动变速器，所述变矩器具有泵轮、涡轮和变矩器离合器，所述方法包括：运转车辆，以在电驱动模式下仅使用牵引电机来提供驾驶员需求的扭矩，在所述电驱动模式下，分离式离合器未接合并且变矩器离合器锁止，在泵轮和涡轮之间具有零打滑速度；接合分离式离合器，以使用牵引电机扭矩来起动发动机；控制变矩器离合器施加压力，以控制打滑速度，并提供相关的变矩器扭矩比，所述变矩器扭矩比使涡轮扭矩基本上维持不变，以补偿在起动发动机时使用的牵引电机扭矩；基于结合的发动机扭矩和牵引电机扭矩来控制变矩器离合器施加压力，以控制打滑速度，并提供相关的变矩器扭矩比，以在发动机起动之后给驾驶员提供需求的扭矩；在发动机起动之后，控制变矩器离合器施加压力，以使变矩器离合器锁止并将打滑速度降低到零。

基于驾驶员所要求的扭矩、当前的变速器传动比、变速器损失以及用于起动发动机的牵引电机扭矩来控制打滑速度。

响应于超过可用的牵引电机扭矩的驾驶员需求扭矩，启动发动机。

所述方法还可包括在完成发动机起动之后接合旁通离合器以将打滑速度降低至零。

所述控制打滑速度包括：基于期望的变矩器扭矩比来控制打滑速度，所述期望的变矩器扭矩比基于期望的驾驶员需求、当前的变速器传动比、变速器损失和用于起动发动机而提供的牵引电机扭矩来确定。

实施例还可提供一种混合动力电动车辆，所述混合动力电动车辆具有发动机、自动变速器、牵引电机和控制器，所述自动变速器包括具有泵轮、涡轮和旁通离合器的变矩器，所述牵引电机连接到泵轮并通过分离式离合器选择性地连接到发动机，所述控制器被配置成控制旁通离合器以改变泵轮和涡轮之间的转速差，从而在使用牵引电机扭矩来起动发动机的同时使涡轮扭矩基本上维持不变。在一个实施例中，控制器被配置成基于转速差来控制旁通离合器以提供期望的变矩器扭矩比，所述期望的变矩器扭矩比基于驾驶员所需求的扭矩、当前的变速器传动比、变速器损失以及用于起动发动机的牵引电机扭矩。在一个实施例中，控制器被配置成调节旁通离合器的施加压力，以控制泵轮和涡轮之间的转速差。控制器还被配置成在发动机起动之后，锁止旁通离合器，以将转速差降低到零。在各种实施例中，控制器被配置成当起动发动机时，通过降低旁通离合器的施加压力来增大转速差。

本发明通过在生产混合动力车辆中提供模块化混合动力传动系统（MHT）构造和控制系统解决了与先前的发动机起动策略相关的各种难题。模块化混合动力传动系统构造包括具有变矩器的自动变速器，所述变矩器根据动力传动系统控制器的确定将从一个或两个驱动源（以发动机和电机的形式）输出连接到变速器。

在强调燃料经济性和操纵性的模块化混合动力传动系统的车辆中，控制系统使发动机、电机和包括变矩器旁通离合器的离合器运行，从而驾驶员感觉到：车辆响应于驾驶要求平稳有效地运转，并且降低了伴随着机械连接的动力传动系统的部件的噪声、振动和声振粗糙度（NVH）。

在本发明的一个实施例中，变速器的输出端可连接到包括齿轮差速器的后传动系统。这样的系统可能比先前公知的前轮驱动混合动力车辆需要更大的扭矩操纵能力。动力传动系统控制器包括基于计算机执行的数据处理、感测信号的分析以及提供致动器信号。当动力传动系统控制器使燃料经济性加强时，变矩器在大多数工况下锁止，但当需要时脱离至受控打滑模式，并且根据控制算法来控制变矩器，以在发动机起动期间抑制动力传动系统扭矩扰动，同时提高能效。

附图说明

当结合附图阅读时，通过参照下面对优选实施例的详细描述，可更清楚地理解本发明，在附图中相同的参考特征始终指示相同部件，其中：

图1是根据本发明的具有模块化混合动力传递系统（包含控制系统操作）的混合动力车辆的图表；

图2是根据本发明的优选实施例的执行动力传动系统控制的控制算法的流程图。

具体实施方式

如所要求的，在此公开本发明的详细实施例；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实施本发明的代表性基础。

首先参照图1，示出了车辆10，所述车辆10包括混合动力传动系统12，所述混合动力传动系统12具有内燃发动机14形式的第一动力源以及驱动牵引电机18的电池16形式的第二动力源。在动力传动系统中，一个或更多个动力源可通过离合器20连接在一起以及彼此脱离。还可使用分离式离合器20，以通过离合器20使电机18的输入轴旋转，从而当电机18作为发电机时，发动机14的运转用于为电池16充电。

在本实施例中，在电驱动模式中，分离式离合器20使电机18和发动机14断开，从而仅电机18能够驱动动力传动系统。在混合动力驱动模式中，当从动力传动系统控制器40产生行驶中发动机起动命令时，离合器20使发动机14与电机18连接。当感测到更大的驱动需求或系统需求时，动力传动系统控制器40产生响应。例如，驾驶员对致动器42进行的操控或者对系统需求的感测（诸如针对由于电池16的状态（可包括电池荷电状态或SOC）而导致的电机支持不足的需求）可产生这样的响应。

发动机14和电机18具有通过变矩器26连接到变速器机构24的输出端。在优选实施例中，模块化混合动力传动系统（MHT）22包括用于多个有级齿轮布置系统（用于多级前进转速、反向转速和空挡）的机械控制和液力控制。此外，MHT22包括变矩器26。变矩器26包括泵轮和涡轮，所述涡轮响应于从泵轮到涡轮的流体流动而旋转。旁通离合器27提供变矩器26的泵轮和涡轮之间的摩擦连接，并由动力传动系统控制器40控制。

旁通离合器27管理变矩器26的泵轮和涡轮之间的流体压力，以提供三种旁通离合器操作模式，并且可根据泵轮侧和涡轮侧之间的打滑量发生增扭。在开放式模式中，由变矩器壳体承载最大量的流体压力，使泵轮与涡轮分开。在锁定式模式中，在变矩器中承受最小量的流体压力，从而流体压力不会使泵轮与涡轮分开，并且泵轮与涡轮变成摩擦或机械地锁止在一起，以消除打滑和相关的损失，从而提高能效。在打滑模式中，可在泵轮和涡轮之间采用目标打滑量，从而除了NVH阻尼之外，流体还可以提供用于增扭的目标扭矩比，但是由于打滑产生热导致燃料经济性降低。

在动力传动系统的后部处，驱动输出轴28以发动机驱动车辆系统的公知方式连接到差速器30，并接着驱动后轮32。

根据本发明的一个实施例的控制系统，动力传动系统控制器40可包括分布式或合并式操作系统组，例如，所述操作系统组包括发动机控制模块（ECM）、变速器控制模块（TCM）和车辆系统控制器（VSC）。在所示出的代表性实施例中，诸如加速踏板的输入需求致动器42电连接、机械连接或通过其他系统连接到动力传动系统控制器40。具体地，致动器42允许驾驶员控制传递到车辆的动力传动系统动力并监管车辆的性能。通过包括本发明的控制方法的模块化混合动力传动系统12，本发明提高了操纵性和动力传动系统的能力，以应对可由驾驶员感知并影响驾驶员对正在进行的多个操作的完整和精确控制的感知的噪声、振动或声振粗糙度（NVH）。

在具有较高的选择的有级变速器齿轮数（或较小的传动比）的典型电驱动模式中，变矩器旁通离合器27正常情况下完全锁止，以提高燃料经济性。结果，随着动力传动系统控制器40对于驾驶需求或系统需求作出反应并且命令执行动力仅来自电机18过渡到动力来自发动机14或者来自电机18和发动机14的结合，使得发动机14在以行驶中起动方式起动时可感知到导致噪声、振动和声振粗糙度的动力传动系统扭矩扰动。根据本发明的各个实施例，在行驶中发动机起动事件期间，控制旁通离合器27以将变矩器26设定在目标打滑附近的受控打滑模式中。这种目标打滑将在泵轮和涡轮之间产生转速差，以提供用于增扭的相应的目标变矩器扭矩比，从而将传递的扭矩朝着取决于在变速器输出轴上所需要的扭矩的期望扭矩调节，并补偿由于被用于协助行驶中发动机快速启动的扭矩量而导致的电机扭矩的损失（图2中的58）。当处于受控打滑模式中时，变矩器26对扭矩扰动提供阻尼，以降低或消除发动机起动和动力过渡产生的任何噪声、振动和声振粗糙度。此外，相对于使旁通离合器27完全地脱离，受控打滑运转提高了能效（电池和燃料）。

由于车辆10中的传统的内燃发动机16和驱动电机18的电池20的两个动力源的特性，操纵性是与从一个动力源过渡到另一个动力源相关的关注点。在典型的电驱动模式中，在变矩器26处于锁止模式下的情况下，车辆仅通过由电池20驱动的电机18供应一定的扭矩需求而运动，以提高燃料经济性。当对发动机动力存在需求时，发动机必须快速地起动并变成动力源。在这种行驶中发动机起动事件期间，动力传动系统12必须在基本上维持相同的车轮扭矩的同时稳健快速地起动发动机14，并通过动力传动系统连续地完成从一个动力源到另一个动力源的动力过渡或者到两个动力源的结合。为了提高操纵性，所要做的改进是通过处于打滑模式的旁通离合器27的操作来控制变矩器26的打滑速度以及相关的目标扭矩比，从而在动力过渡期间，使用MHT22的变矩器26来维持车轮扭矩（和相关的涡轮扭矩）基本上不变同时抑制噪声、振动和声振粗糙度。

与各种现有技术中的控制策略（当从电驱动模式向混合动力模式过渡时，通过锁止或完全脱离的旁通离合器来起动发动机）相比，本发明的实施例提供一种受控打滑模式，以降低动力传动系统扭矩扰动同时提高效率。通过控制处于打滑模式的旁通离合器27来控制变矩器26，所述打滑模式具有按照下面所讨论的计算得出的目标扭矩比。通过控制旁通离合器施加压力来控制变矩器扭矩比，以将传递的扭矩朝着期望扭矩调节，所述期望扭矩可基于由加速踏板指示的驾驶员需求或者响应于系统需求（诸如，当由于电池的状态而导致电机不能产生足够的动力时）。对变矩器26的目标扭矩比的控制或管理补偿由于电机协助行驶中发动机快速起动事件而导致的电机扭矩的损失。同时，在打滑模式中，变矩器26抑制由发动机起动和动力过渡产生的噪声、振动和声振粗糙度。

在图2中更清楚地示出了根据代表性实施例的控制过程。下面描述用于计算对于代表性运行情形的期望混合动力扭矩比和相关打滑速度的术语和方程。例如，当要求更大的车辆扭矩而驾驶员踩压致动器42（见步骤54）时，从变矩器锁止的稳定状态（52处）的电驱动模式（在50处示出）开始，动力传动系统控制器40分析驾驶需求并可请求行驶中发动机起动，如在54处表示的。然后动力传动系统控制器计算响应于驾驶需求所需要的涡轮扭矩，针对变速器的无效损失进行调节，如在下面的方程中示出的：

然后，如在56处示出，变矩器以打滑模式运行，以便通过控制旁通离合器施加压力来控制变矩器的打滑、转速比和扭矩比而基本上维持涡轮扭矩基本上不变，如在下面的方程中示出的。通过液力设计，变矩器扭矩比与转速比相关，并且通过调节旁通离合器施加压力来控制转速比或打滑速度。因此，通过控制变矩器目标打滑，变矩器扭矩比可被调节成在使用电机扭矩来协助发动机起动的同时基本上维持涡轮扭矩不变。

在一个实施例中，根据下面的方程确定目标打滑速度、转速比和扭矩比：

2）变矩器目标打滑=泵轮转速–涡轮转速

变矩器目标扭矩比=f（变速器变矩器扭矩比,变矩器目标转速比）

期望的泵轮扭矩除了与变速器泵无效损失相关之外，还与所请求的涡轮扭矩和变矩器扭矩比直接相关，如下面的方程所示出的：

3）泵轮期望扭矩=涡轮请求扭矩÷变矩器目标扭矩比+变速器泵损失

如本领域的技术人员将意识到的，在行驶中发动机起动期间，所传递的泵轮扭矩是所传递的电机扭矩，所述电机扭矩补偿用于协助发动机起动的扭矩量，如下面的方程所示出的：

4）泵轮传递的扭矩=电机传递的扭矩–协助发动机起动的扭矩

在完成行驶中发动机起动之后，所传递的泵轮扭矩是所传递的发动机扭矩与所传递的电机扭矩之和，如下面的方程所示出的：

5）泵轮传递的扭矩=发动机传递的扭矩+电机传动的扭矩

在行驶中发动机起动之前、期间和之后，通过对旁通离合器和打滑速度的控制，以使变矩器产生目标扭矩比，所传递的泵轮扭矩能够产生基于变矩器扭矩比的期望涡轮扭矩，如下面的方程所示出的：

6)泵轮传递的扭矩=泵轮期望扭矩;

因此

变矩器目标扭矩比=涡轮请求扭矩÷(泵轮传递的扭矩–变速器泵损失)当完成发动机起动时，离合器20可完全地接合或锁止，以使发动机14与电机18摩擦或机械连接，将以结合发动机和电机的混合动力驱动模式驱动车辆。

这样，本发明的各种实施例控制旁通离合器27，以使变矩器26以受控打滑模式（56）运行。用于将打滑控制到目标打滑（目标打滑率）的旁通离合器的适当控制调节相关的变矩器扭矩比，所述变矩器扭矩比可用于在泵轮和涡轮处将所传递的扭矩朝着期望扭矩调节。同时，打滑的变矩器26是用于降低由发动机起动和动力过渡产生的振动和声振粗糙度的非常好的阻尼装置。在行驶中发动机起动之后，动力源可根据需要变成发动机14或者发动机和电机的结合。为了提高燃料经济性，一旦已满足要求，控制器便可使变矩器锁止（图2的68），通过调节构成总动力传动系统扭矩的发动机扭矩和电机扭矩可实现更进一步的经济性。

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 (10)

1.一种用于控制混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆在发动机和具有变矩器的变速器之间设置有牵引电机，所述变矩器包括泵轮和涡轮，所述方法包括：

控制泵轮和涡轮之间的打滑速度，以在发动机起动期间使涡轮扭矩基本上保持不变。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，变矩器包括旁通离合器，其中，所述控制泵轮和涡轮之间的打滑速度包括控制旁通离合器的施加压力，以控制打滑速度。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，控制打滑速度包括控制打滑速度以提供期望的变矩器扭矩比。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，混合动力车辆包括在发动机和牵引电机之间的分离式离合器，所述方法包括：

接合分离式离合器，以使用牵引电机起动发动机；

增大打滑速度，以补偿用于起动发动机的电机扭矩。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，增大打滑速度包括降低旁通离合器的施加压力。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，控制打滑速度包括响应于在变速器输出端扭矩需求而控制涡轮扭矩并调节变速器损失。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，控制打滑速度包括维持非零打滑速度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，控制打滑速度包括基于期望的变矩器扭矩比将打滑速度控制至目标打滑速度。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，控制打滑速度包括控制打滑速度以提供用于补偿由于协助发动机起动而导致的提供到泵轮的牵引电机扭矩的损失的变矩器扭矩比。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，控制打滑速度包括控制打滑速度以提供相关的变矩器扭矩比，使得在发动机起动之前通过牵引电机传递的泵轮扭矩基本上等于在完成发动机起动之后被传递到泵轮的发动机扭矩与牵引电机扭矩的和。

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