CN103386981B - 控制用于混合动力电动车辆驻坡的动力传动系组件的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了控制用于混合动力电动车辆驻坡的动力传动系组件的系统。所述混合电动车辆包括发动机和通过接合装置或者离合器接合到发动机以向车辆的车轮提供扭矩的牵引电机。逆变器电连接到牵引电机。第二接合装置或者至少一个离合器至少间接地、选择性地将电机接合到驱动车轮。控制器基于牵引电机和逆变器中的至少一个的温度来控制第二接合装置。

Description

控制用于混合动力电动车辆驻坡的动力传动系组件的系统
技术领域
本公开针对混合动力电动车辆的驻坡（hill-hold）。
背景技术
混合动力电动车辆（HEV）包括内燃发动机和电动牵引电机，两者均能推进HEV。当HEV的操作者期望车辆保持静止时，车辆在发动机开启或关闭的情况下均能够停住。当车辆在发动机开启的情况下停住时，发动机的下游离合器可以打滑，以避免发动机失速。当车辆在发动机关闭的情况下停住时，电机可以在下游离合器打开的情况下持续旋转，或者可以禁用电机。
当HEV在斜面上时，如果HEV的操作者期望车辆保持静止，则发动机和/或电机必须工作，以将动力提供给车轮。这被称为驻坡。存在对通过更高效地利用发动机和/或牵引电机来将HEV保持在斜面上以向车轮提供扭矩的驻坡系统的需求。
发明内容
根据本公开的一个实施例，一种车辆包括发动机和用于向至少一个驱动车轮提供扭矩的牵引电机。第一接合装置或者离合器选择性地将发动机接合到牵引电机。逆变器电连接到牵引电机。第二接合装置被设置成至少间接地将牵引电机接合到车轮。提供与车辆中的各个组件通信的一个或多个控制器。所述一个或多个控制器被配置为控制第二接合装置。基于牵引电机和逆变器中的至少一个的温度来控制第二接合装置。在一个实施例中，控制器被配置为基于牵引电机和逆变器中的至少一个的温度超过第一阈值而使第二接合装置至少部分地脱离接合。可基于所述温度超过第一阈值而起动发动机，所述起动与第二接合装置的脱离接合大体同时。
根据本公开的另一实施例，提供一种用于车辆的驻坡系统。所述系统包括：发动机和用于将扭矩提供给至少一个驱动车轮的电机。逆变器电连接到所述电机。离合器至少间接地、选择性地将电机接合到车轮。还提供启用第一驱动模式和第二驱动模式的控制器。在第一驱动模式下，锁定离合器且发动机停用。在第二驱动模式下，离合器部分地脱离接合且发动机起动。控制器被配置成基于电机和逆变器中的至少一个的温度超过阈值来启用第二驱动模式。
根据本公开的又一实施例，提供一种用于控制车辆的驻坡的方法。确定牵引电机和逆变器中的至少一个的温度。基于所确定的温度在阈值之上来解锁离合器。所述离合器设置在牵引电机和牵引车轮之间。与离合器的解锁大体同时地起动发动机，以向车轮提供动力。还可与发动机的起动大体同时地减小牵引电机的扭矩。一旦牵引电机和逆变器的温度增加到第二阈值之上，则离合器可以锁定且电机的扭矩可以增加。
所述方法还包括：基于牵引电机和逆变器的温度均增加到第二阈值之上来锁定离合器。
所述方法还包括：基于离合器的锁定增加牵引电机的扭矩。
根据本公开的又一实施例，提供一种用于车辆的驻坡系统，所述系统包括：发动机；电机，用于将扭矩提供给车轮；逆变器，电连接到电机；离合器，用于选择性地将电机接合到车轮；控制器，被配置成：启用离合器被锁定且发动机关闭的第一驱动模式；基于电机和逆变器中的至少一个的温度超过阈值来启用第二驱动模式，其中，在第二驱动模式下，离合器部分地脱离接合且发动机起动。
驻坡系统还包括：第二离合器，设置在发动机和电机之间，用于将发动机选择性地接合到电机。
控制器还被配置成基于逆变器和电机的温度均低于第二阈值来启用第一驱动模式。
离合器设置在变速器内，从而电机通过变速器将扭矩选择性地提供到车轮。
附图说明
图1是根据本公开的一个实施例的混合动力电动车辆的示意图；
图2是根据本公开的一个实施例的混合动力电动车辆的变速器和其他传动系组件的示意图；
图3是示出在离合器锁定时车辆速度和变速器输入速度相对于时间的示例的曲线图；
图4是示出在离合器在打滑与不打滑之间变换时车辆速度和变速器输入速度相对于时间的示例的曲线图；
图5是示出根据本公开的一个实施例的在电机和发动机中的至少一个将车辆驻停在坡上时逆变器温度和电机温度的曲线图；
图6是示出根据本公开的一个实施例的方法的流程图；
图7是根据本公开的一个实施例的另一方法的流程图。
具体实施方式
这里公开了本发明的具体实施例。应当理解，所公开的实施例仅为本发明的示例，其可以以各种可选择的形式来体现。附图不一定按比例绘制，因为可夸大或者最小化一些特征，以示出特定组件的细节。因此这里公开的特定的结构的和功能的细节不被解释为限制，而是仅仅作为教导本领域技术人员不同地采用本发明的代表性基础。
参照图1，示出了根据本公开的一个实施例的车辆10的示意图。车辆10是HEV。HEV的动力传动系包括发动机12、电机或者电动机/发电机（M/G）14、设置在M/G14和车轮18之间的变速器16。在M/G14和变速器16之间可选择地设置有变矩器19。变矩器19将旋转动力从M/G14传递至变速器16。应当理解，可设置一个或多个离合器替代变矩器19，以将扭矩从M/G14选择性地传递至变速器16。
M/G14可以以通过接收来自发动机12的扭矩并将AC电压供应至逆变器20的这样一种方式而作为发电机运转，由此逆变器20将该电压转换为DC电压，以向牵引电池或电池22充电。M/G14可以以通过利用再生制动将车辆10的制动能量转换为存储在电池22中的电能的另一种方式而作为发电机运转。可选择地，M/G14可作为电机运转，其中，M/G14从逆变器20和电池22接收电力，并提供扭矩作为到变矩器19（或离合器）的输入，扭矩通过变速器16并最终到达车轮18。
第一接合装置或分离离合器26位于发动机12和M/G14之间。分离离合器26可以完全打开、部分接合或者完全接合（锁定）。为了起动发动机12，当分离离合器中26至少部分接合时，M/G14使发动机12旋转。一旦通过M/G14将发动机12旋转至特定转速（例如约100-200转/分（rpm）），可以开始添加燃料和点火。这能够“起动”发动机12并将扭矩提供回至M/G14，藉此M/G14能向电池22充电和/或驱动车轮18以推进车辆10。可选择地，可提供独立的发动机起动机电机（未显示）。
车辆10还包括控制系统，在图1的实施例中被显示为三个独立的控制器：发动机控制模块（ECM）28、变速器控制模块（TCM）30以及车辆系统控制器（VSC）32。ECM28直接连接至发动机12，而TCM30可连接至M/G14和变速器16。三个控制器28、30、32通过控制器局域网（CAN）34而相互连接。VSC32命令ECM28控制发动机12，并且命令TCM30控制M/G14和变速器16。尽管车辆10的控制系统包括三个独立的控制器，但是这样的系统根据需要还可包括三个以上或以下的控制器。例如，独立的电机控制模块可直接连接至M/G14和CAN34中的其它控制器。
如在图1中所示，τeng和ωeng分别表示发动机的扭矩和速度。此外，τmot和ωmot分别表示电机14的两侧的扭矩和速度。τin和ωin分别表示变速器16（变矩器19的下游部件）的输入的扭矩和速度，而τout和ωout表示变速器16的输出的扭矩和速度。被传递给车轮18（与差速器24接合的下游部件）的最终的扭矩和速度由τfinal和ωfinal表示。
参照图2，详细示出了变速器16。应当理解，图2仅仅举例说明了变速器16的一种构造。在采用图2的示例性构造的车辆10中，由于变速器中的多个离合器和行星齿轮组，所以在车辆中可以不需要变矩器。因此应理解，简化的变速器16可与变矩器组合使用，其中在变速器16中需要更少的离合器和行星齿轮组。可以预期一些其他的实施例使用本技术领域中已知的使用或不使用变矩器的离合器和/或行星齿轮组的各种构造。
图2的变速器16包括单独从发动机12或M/G14或者其组合接收扭矩的输入轴40。输入轴40可操作地连接至第二离合器42和第三离合器44。第二离合器42和第三离合器44中的每个的一部分连接至第一行星齿轮组（PG）46，该行星齿轮组连接至第二行星齿轮组（PG）48。反向离合器或第四离合器49以及低速反向制动器（low-and-reverse）或第五离合器50也可连接至PG48。第二PG48驱动带或链条52，以将动力传递至第三行星齿轮组（PG）54。行星齿轮组46、48、54中的每个可包括太阳齿轮、环形齿轮和行星齿轮架，以在变速器16中提供各种传动比。第三PG54提供最终的传动比以将扭矩从变速器16传递至差速器24。
如TCM30所指示的，泵56向每个离合器提供压力以使每个离合器接合/脱离接合。应理解，类似于分离离合器26的操作，离合器42、44、49、50中的一个或多个可以被控制为接合（锁定）、部分接合或者完全脱离接合。例如，当第二离合器42和/或第三离合器44脱离接合时，变速器16可与M/G14分离，从而没有扭矩通过变速器16传递到车轮18。还应理解，虽然示出离合器42、44作为变速器16的一部分，但是一个或多个离合器可在M/G14和变速器16之间被独立地使用，而不是与变速器16成一体。
参照图1至图2，发动机12和M/G可单独地或者一起工作，以向车轮18提供相对小的量的动力，以保持车辆10在斜面上静止。下文中将这称为驻坡。当操作者使得车辆10在斜面上停止或者怠速时，制动踏板的释放不应使得车辆10开始向后滚动。发动机12和/或M/G14可将扭矩提供给车轮18，以将车辆10保持在静止状态，或者，如果斜面相对小，向车辆10提供少量的向前运动或者“缓慢行进”。
在驻坡期间，如果M/G14向车轮18提供必要的扭矩而不使发动机12被起动，则可以锁定M/G14下游的接合装置或者离合器，从而扭矩通过变速器16传递给车轮18。在特定的时刻，如进一步将讨论的，离合器可被解锁，从而发动机12可通过M/G14被起动并开始向车轮提供扭矩并继续驻坡。本公开提供一种系统，所述系统确定是否使用发动机12或M/G14以及何时锁定或者解锁离合器来提供驻坡功能。虽然在本公开中对在驻坡期间锁定或者解锁的“离合器”或者“接合装置”做出了说明，但是应当理解，“离合器”或者“接合装置”可表示M/G14下游的至少间接地将M/G14接合到车轮18从而使来自M/G14的扭矩被转变为车轮18处的动力的一个或多个离合器。例如，离合器可以是变速器16中的任何离合器，诸如离合器42和44。如果变矩器19没有被包括在车辆10中，则离合器还可以是变矩器19中的旁路离合器（bypass clutch），或者可以是设置在M/G14和变速器16之间的离合器。此外，还可将离合器称为变矩器19和变速器16的结合。在本公开的下面的对于“离合器”的所有说明中，应当理解，除非另外表明，否则预期上面引用的离合器中的任意离合器或者离合器的组合。
参照图3，提供示出M/G14推进车辆10且禁用发动机12的电动模式操作的示例的曲线图。如图3中所示，变速器16的输入速度（ωin）和车辆10的速度彼此近似。这是因为离合器被锁定且没有打滑。在时刻T1之前和时刻T2之后，车辆具有0mph的速度。这表示车辆要么停下要么怠速，要么在平坦表面上要么在倾斜表面上。在这些时刻期间，如果需要发动机12的扭矩来保持驻坡，则必须控制发动机12、M/G14和M/G14下游的离合器。
参照图4，提供示出在车辆行驶期间离合器在打滑与不打滑之间变化的示例的可选择的实施例。在这种情况下，允许M/G14在车辆10停住时以预定的速度旋转或者“怠速”。在T1之前，车辆10静止，M/G14旋转，离合器打滑。应当注意，在所示出的实施例中，由于变速器16的输入速度（ωin）为正，所以正打滑的离合器是变矩器19下游的离合器。因此离合器可以是例如变速器中的离合器42、44。
在点T1，变速器16的输入速度随着车辆被推进而增加。离合器中的压力可增加，但是离合器仍在时刻T1和T2之间打滑。车辆10可在例如时刻T1和T2之间缓慢行进。在时刻T2，离合器被锁定，变速器16的输入速度接近于车辆10的速度。在时刻T2和T3之间，车辆10行进，而离合器不打滑，从而M/G14的改变对应于变速器16的输入速度的改变，进而变速器16的输入速度的改变对应于车辆速度的改变。在时刻T3，离合器解锁并开始打滑，而M/G14的速度返回到怠速，变速器16的输入速度继续随着车辆10变慢到停止而减小。在时刻T4，车辆10再次在M/G14旋转和离合器打滑的情况下停止。
如前面所公开的，为了令人满意地驻坡，车辆10必须以最小扰动来保持静止。因此，在驻坡期间，当需要起动发动机12或者至少增加扭矩时，必须提供控制系统，如前所述。现在将参照图5-7来描述这样的系统的示例。
参照图5，示出在驻坡周期期间的M/G14的温度（“电机温度”）以及逆变器20的温度（“逆变器温度”）。针对逆变器温度和电机温度中的每种，提供滞后线。“逆变器温度滞后线”和“电机温度滞后线”将时延数据分别表现为逆变器温度数据的函数和电机温度数据的函数。
在时刻T1之前，利用M/G14以及利用锁定的离合器停用的发动机12实现驻坡。随着M/G14由于从电池22到M/G14的电力的流动而实现驻坡，逆变器20和M/G14的温度持续增加。
在时刻T1，逆变器20的温度已经增加到预定的校准的逆变器温度（“逆变器温度校准”）之上。该校准的温度优选大于200°F，但是可被校准成可存在热损害的威胁的任意温度。在时刻T1，离合器打滑成卸载来自M/G14的热。为了在离合器打滑时补充车轮18为了驻坡目的的动力需求，在T1起动发动机12。发动机12的起动和离合器的打滑大体同时地发生，优选在一秒钟的若干分之一内。一旦发动机12起动，则所述离合器打开或者打滑，从而被传递的速度不低于发动机12的怠速，以防止发动机12失速。
在T1时刻和T2时刻之间，发动机12持续通过动力传动系提供必要的扭矩，以将车辆10保持为驻坡。随着发动机12保持起动，M/G14和逆变器20由于不起动而冷却下来。为了驻坡，发动机12能够将扭矩提供给车轮18。如果需要，发动机12还可以以如前面公开的方式提供必要的动力来对电池22进行充电。
在时刻T2，逆变器温度滞后线已经减小到预定的校准的逆变器温度量之下，电机温度滞后已经减小到预定的校准的电机温度量之下。应当理解，被校准的逆变器温度值与被校准的电机温度值在发动机12起动时与发动机12关闭时相比可以是不同的。换句话说，与逆变器20和M/G被加热时相比，当逆变器20和M/G14被冷却时，用于逆变器和电机的校准温度值可以更低或者更高。
当逆变器温度滞后值和电机温度滞后值在时刻T2均已经减小到校准值之下时，逆变器20的温度和M/G14的温度被确定为处于安全温度，从而离合器可锁定且M/G14可再次工作，以为驻坡提供必要的扭矩。在时刻T2之后，逆变器温度和电机温度由于被提供为将车辆10保持在斜面上的做功而再次上升。
参照图6，提供驻坡的方法的一个示例，其中，在车辆10停止时，离合器可被锁定且M/G14处在0mph。VSC32和其他的控制器实现所示出的示例。所述方法在步骤100开始。在步骤102，做出离合器是否被锁定的确定。如果离合器被锁定，则在步骤104，做出M/G14的温度（Mot_temp）是否在预定的校准的电机温度（CAL_MOT_TEMP）之上的确定。如果M/G14的温度没有在预定的校准的电机温度之上，则在步骤106做出有关逆变器20的温度（Inv_temp）是否在预定的校准的逆变器温度（CAL_INV_TEMP）之上的确定。如果温度在各个预定值之上，则在步骤108，离合器解锁。在可以与步骤108大体同时的步骤110，做出带动和起动发动机12的请求，减小M/G14的扭矩。这使得M/G14和逆变器20在没有将扭矩提供给车轮18时被冷却。
如果在步骤102确定离合器被锁定，则在步骤112，做出M/G14的温度(Mot_temp)是否小于校准的电机温度滞后(CAL_MOT_TEMP-MOTTHYST)的确定。如果小于，则在步骤114做出有关逆变器20的温度（Inv_temp）是否小于校准的逆变器温度滞后（CAL_INV_TEMP-INVTHYST）的确定。如果在步骤112和步骤114做出肯定的确定，则M/G14和逆变器20两者的温度已经达到安全限制，从而M/G14可增加扭矩，以提供驻坡。在步骤116，离合器锁定。在可与步骤116同时的步骤118，做出禁用发动机的请求，增加M/G14的扭矩，以提供驻坡。所述方法在120结束，在步骤120，此时方法可在步骤100再次重复。
参照图7，提供用于驻坡的算法的另一示例，其中，在车辆10停住时，M/G14保持旋转。VSC32和其他的控制器实现所示出的示例。所述方法在步骤200开始。在步骤202，做出是否起动发动机12的确定。如果发动机12没有起动，则在步骤204，做出M/G14的温度是否在预定的校准的电机温度值之上的确定。如果M/G14没有太热，则在步骤206做出逆变器20是否太热（即，逆变器20的温度在预定的校准的逆变器温度之上）的确定。如果在步骤204或者206做出肯定的确定，则在步骤208，做出启动发动机12和减小M/G14的扭矩的请求。因此发动机12在M/G14和逆变器被冷却时实现驻坡。
如果在步骤202确定发动机起动，则在步骤210做出有关M/G14的温度是否小于校准的电机温度滞后的确定。如果小于，则在步骤212做出有关逆变器20的温度是否小于校准的逆变器温度滞后的进一步确定。如果在步骤210和212做出肯定的确定，则M/G14和逆变器20的温度已经达到安全限制，从而M/G14可增加扭矩来提供驻坡。因此，在步骤214，禁用发动机，增加M/G14的扭矩以向车轮18提供必要的扭矩。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并非意图这些实施例描述本发明的所有可行的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性的词语而非限制。预期本公开的各个实施例可以组合或者重新布置，以实现特定的结果。此外，在这个意义上，与其他实施例或者现有技术实施方式相比，这里描述的特定实施例在一个或多个特性上被描述为不太令人满意，其他实施例和现有技术实施方式没有在本公开的范围之外并且对于特定应用可以是合适的。

Claims (6)

1.一种车辆，包括：
发动机；
牵引电机，用于向车轮提供扭矩；
第一接合装置，用于将发动机选择性地接合到牵引电机；
逆变器，电连接到牵引电机；
第二接合装置，用于选择性地将牵引电机接合到车轮；
控制器，被配置为在车辆处于驻坡期间，基于牵引电机和逆变器中的至少一个的温度超过第一阈值，使第二接合装置至少部分地脱离接合并且起动发动机提供扭矩，以在将车辆保持为驻坡的同时冷却牵引电机和逆变器。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，控制器还被配置为基于牵引电机和逆变器两者的温度均在第二阈值之下来锁定第二接合装置。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，控制器还被配置为基于牵引电机和逆变器两者的温度均在第二阈值之下来停用发动机。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，控制器还被配置为基于牵引电机和逆变器中的至少一个的温度来控制第一接合装置。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，第二接合装置是设置在牵引电机和车轮之间的变矩器。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，第二接合装置是设置在牵引电机和车轮之间的离合器。
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