CN103386984A - 控制具有有级变速器的混合动力车辆的方法 - Google Patents

Abstract

公开一种控制具有有级变速器的混合动力车辆的方法。所述方法使用地形数据来减少换档事件的次数。所述方法包括：接收指示预期路线的坡度分布的数据；识别预测的换档顺序，预测的换档顺序包括预测的降档事件和接连的预测的升档事件；基于预测的换档事件之间的时间、预测的换档事件之间的道路坡度和蓄电池的状态调节换档标准。

Description

控制具有有级变速器的混合动力车辆的方法

技术领域

本公开涉及一种用于在具有有级自动变速器的混合动力车辆中计划速比变化的方法。更具体地讲，本公开描述了使用描述沿着预计的车辆路线的地形的信息来减少换档次数。

背景技术

许多车辆采用有级变速器在内燃发动机和车辆车轮之间传递动力。有级变速器在发动机和车轮之间提供一组离散的速比。在自动变速器中，控制器响应于通常通过踩下加速踏板传达的驾驶员需求和车辆速度选择变速器速比。高速度低需求的情况需要低的速比，使得发动机最有效地运转。低速度高需求的情况需要高的速比，因为这样做使得发动机以能够产生最大动力的速度运转。随着条件的改变，变速器必须在多个速比之间换档。车辆乘员会感觉到这些换档，如果这些换档发生得过于频繁，则车辆乘员会感到烦扰。

在模块化混合动力变速器（MHT）结构中，车辆还具有连接在变速器的输入处的牵引马达。牵引马达电连接到电池。马达既可用于马达驱动模式中，又可用于发电模式中，在马达驱动模式中，来自电池的能量用于补充发动机功率，在发电模式中，马达将机械能转换成电能储存在电池中。

发明内容

现在，许多车辆配备有全球定位系统单元和描述所关心的道路和地点的大量的数据库。传统上，GPS单元主要用于将信息直接提供给驾驶员。本公开描述了这样一种方法，通过该方法，车辆控制器直接使用来自GPS或其他可比较的源的信息来影响换档事件的计划。

本公开的一方面提供一种控制具有有级变速器的混合动力车辆的方法，所述方法包括：接收指示预期路线的坡度分布的数据；基于接收的数据调整变速器的第一换档标准以产生第二换档标准，其中，当车辆以与车辆的当前速度基本相等的速度在预期路线上行进时，根据第一换档标准操作变速器会导致变速器升档和降档；当车辆以所述速度在预期路线上行进时，根据第二换档标准操作变速器，而不使变速器换档。

当车辆以与车辆的当前速度基本相等的速度在预期路线上行进时，根据第一换档标准操作变速器会导致变速器升档然后降档。

当车辆在预期路线上行进时，只有当电池中可用的能量的量超过在当前的档位下维持车辆速度所需要的估计的电能的量时，才调整换档标准。

所述方法还包括：响应于指示预期路线中的上坡坡度的数据，操作牵引马达，从而将另外的能量储存在电池中。

当车辆以与车辆的当前速度基本相等的速度在预期路线上行进时，根据第一换档标准操作变速器会导致变速器降档然后升档。

本公开的另一方面提供一种控制混合动力车辆的传动系的方法，所述方法包括下述步骤：基于描述上坡坡道的道路坡度数据识别未来的变速器降档条件；响应于所述条件，命令电机增加扭矩输出，从而当车辆正在以基本恒定的速度攀爬上坡坡道时阻止变速器降档。

所述方法还包括下述步骤：响应于所述条件，在命令电机增加扭矩输出之前命令电机发电。

所述方法还包括下述步骤：在电机发电的同时，命令内燃发动机增加扭矩输出。

只有当电池的荷电状态超过阈值荷电状态时才执行命令电机增加扭矩输出的步骤。

所述方法还包括下述步骤：如果电池的荷电状态低于阈值荷电状态，则命令降档。

阈值荷电状态基于上坡坡道的长度。

所述方法还包括下述步骤：识别变速器升档条件；基于道路坡度数据，识别在升档条件之后的第二个未来的变速器降档条件；调整换档标准，从而当升档条件和第二个未来的降档条件之间的时间小于阈值时间或者升档条件和第二个未来的降档条件之间的距离小于阈值距离时阻止变速器升档。

本公开的另一方面提供一种混合动力车辆，所述混合动力车辆包括：发动机，具有驱动轴；牵引马达，可驱动地连接到驱动轴，并电连接到电池；可换档的变速器，具有可驱动地连接到驱动轴的输入以及可驱动地连接到车辆车轮的输出；控制器，被编程为用于：基于一组换档标准启动变速器降档和升档；基于换档标准和描述上坡坡道的道路坡度数据识别未来的变速器降档条件的位置；调整换档标准，从而当到所述位置的距离小于阈值距离时阻止变速器升档。

阈值距离是车辆当前速度的函数。

控制器还被编程为用于：当到所述位置的距离超过阈值距离时执行变速器升档；响应于未来的降档条件，调整换档标准并命令牵引马达增加扭矩输出，从而当车辆正在以基本恒定的速度攀爬上坡坡道时阻止变速器降档。

只有当电池可用的能量的量超过阈值能量时，才阻止变速器降档。

阈值能量基于上坡坡道的长度。

控制器还被编程为用于：响应于未来的降档条件，在命令牵引马达增加扭矩输出之前命令牵引马达发电。

牵引马达通过分离离合器可驱动地连接到驱动轴。

变速器的输入通过起动离合器可驱动地连接到驱动轴。

附图说明

图1是具有模块化混合动力变速器的混合动力车辆的示意图。

图2是示出用于车辆的示例性换档模式的图形。

图3是仅使用当前的状态信息示出用于具有有级变速器的混合动力车辆的示例性换档模式的图形。

图4是使用未来坡度的预测示出用于具有有级变速器的混合动力车辆的示例性换档模式的图形。

图5是使用未来坡度的预测示出用于具有有级变速器的混合动力车辆的示例性换档模式的第二图形。

图6是用于产生图4中示出的换档模式的换档曲线图。

图7是用于产生图5中示出的换档模式的换档曲线图。

图8是示出用于在图6和图7中示出的换档曲线中进行选择的步骤的流程图。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应该理解的是，公开的实施例仅仅是示例，其他实施例可采取各种形式及替代的形式。附图未必合乎比例；一些特征可能会被夸大或最小化，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体的结构和功能上的细节不应该被解释为限制，而仅仅被解释为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基准。如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其他附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的结合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种结合和变型对于具体应用或实施方式可能是想得到的。

图1示出了具有模块化混合动力变速器的车辆。在稳态运行期间，内燃发动机20提供大部分牵引扭矩。在瞬变事件期间，牵引马达22增加补充扭矩。牵引马达22电连接到电池24。内燃发动机20和牵引马达22通过分离离合器26机械地连接。来自发动机20和牵引马达22的扭矩通过变速器齿轮箱28和差速器32传递到一组驱动车轮30。变速器齿轮箱28选择性地占用多个可用的变速器速比中的一个，使得发动机以宽的车辆速度范围内的有效速度运转。在车辆转弯时，差速器32允许外侧车轮比内侧车轮旋转得略快。最后，当车辆静止时，起动离合器34使发动机和牵引马达与车轮分离，从而发动机可怠速。为了起动车辆，起动离合器34逐渐接合。

图2示出了非混合动力车辆在山地上的行为。在该示例性情况下，两个中等长度的上坡坡道被短的下坡坡道分开。通过选择齿轮速比使得处于最高档位的发动机速度恰好高得足以使车辆能够在平地上以最高档位巡航，由此使高速公路燃料经济性最优化。如B点所示，当车辆遇到上坡坡道时，车辆必须降档以使发动机产生足够的动力来维持车辆速度。当车辆在C点处到达坡顶时，变速器自动地升档至最高档位。之后不久，在D点处，车辆必须再次降档以攀爬第二个坡道。这种频繁的换档令许多驾驶员感到烦扰。

配备有电动牵引马达的混合动力电动车辆可减少所需的换档次数。混合动力车辆可用牵引马达补充发动机功率，而不是响应于与上坡坡度相关的增加的动力需求而立即降档。对于短坡道，将不需要降档。然而，对于较长的坡道，将在电池的荷电状态耗尽时需要降档。这在图3中示出。在A点和B点之间的平地上，荷电状态保持在上限和下限之间的标称水平。随着车辆攀爬B点和C点之间的坡道，牵引马达和电池补充发动机功率，使降档延迟但不阻止降档。与非混合动力车辆类似，混合动力车辆在C点和D点之间的短的下坡坡道上升档。然后，该过程在第二个坡道上重复。

除使用当前状况之外，混合动力车辆还可通过使用关于即将到来的地形的信息而更加有效地减少换档事件。一种这样的情况在图4中示出。在A点处，通过将牵引马达操作为发电机并将电池的荷电状态提高至接近其上限，由此车辆对关于第一个坡道的信息做出响应。发动机必须提供部分额外的动力，以确保车轮扭矩保持在驾驶员所需求的水平。由于额外充电的结果，车辆能够在不降档的情况下攀爬第一个坡道。然而，当车辆遇到第二个坡道时，储存在电池中的能量不足以避免降档。然而，与图3中的示例不同，车辆可在D点处确定其将需要降档，因此车辆不会花费电池能量来延迟该降档。

在图5中示出了另一示例。在该示例中，A点处的荷电状态由于过去的事件而接近下限。车辆使用关于B点和C点之间的上坡坡道的信息来确定需要降档并在B点附近执行该降档。当车辆在C点处到达第一个坡道的坡顶时，车辆使用关于地形的信息来确定其将需要处于较低档位以攀爬第二个坡道。利用该信息，车辆阻止通常将会发生在C点处的升档，而保持处于较低档位。

在图6和图7中示出了对换档标准的修改。在任何时间点处，车辆均以特定的车辆速度和与图6和图7的图形中被称为操作点的点对应的驾驶员需求运行。当操作点从图形的右下区域到图形的左上区域横过降档曲线时，发生降档。在图6中示出的情况下，由于驾驶员需要额外的动力来攀爬坡道，使得操作点在B处变化。如果使用正常的降档曲线，则这将会启动降档。然而，当混合动力车辆储存的电池能量足以在不换档的情况下攀爬坡道时，策略改为使用修改的降档曲线并阻止降档。在图7中示出的情况下，由于驾驶员需要在到达坡顶之后将其脚抬离加速踏板，使得操作点在C处变化。由于操作点移至正常的升档曲线的相对侧，因此这将会正常启动升档。然而，当车辆预先识别出另一个坡道为短距离坡道时，策略改为使用修改的升档曲线并阻止升档。

在图8中示出了用于该策略的流程图。在车辆运行期间，该流程图中的步骤将会定期重复。在步骤40处，控制器接收预计的车辆路线的地形数据。该数据可来自车载GPS系统，来自数据云或来自任何其他可用源。在步骤42处，控制器使用该数据来识别下一个上坡段。在步骤44、46和48中，基于到上坡段的起点的距离选择升档曲线。如果所述距离短，则选择修改的升档曲线以阻止升档。否则，选择正常的升档曲线。在步骤50处，控制器计算在不换档的情况下攀爬坡道所需要的电池能量的量的估计值。该估计值可基于物理公式或者可使用基于坡道的坡度和长度的表格查找或简化公式。在步骤52处，将该估计值与当前的荷电状态进行比较。如果电池具有足够的能量，则在54处选择修改的降档曲线以阻止降档。否则，在56处使用正常的降档曲线，并在步骤58处修改管理充电行为的参数，从而控制器将通过增加发动机功率输出并使牵引马达用作发电机来将储存的能量增加至标称水平以上。在这些步骤完成之后，执行针对换档计划和充电计划的正常例程。

尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被结合，以形成未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其他实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或多个特点或特性可被折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (7)

1.一种控制混合动力车辆的传动系的方法，所述方法包括下述步骤：

基于描述上坡坡道的道路坡度数据识别未来的变速器降档条件；

响应于所述条件，命令电机增加扭矩输出，从而当车辆正在以基本恒定的速度攀爬上坡坡道时阻止变速器降档。

2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括下述步骤：响应于所述条件，在命令电机增加扭矩输出之前命令电机发电。

3.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括下述步骤：在电机发电的同时，命令内燃发动机增加扭矩输出。

4.如权利要求1所述的方法，其中，只有当电池的荷电状态超过阈值荷电时才执行命令电机增加扭矩输出的步骤。

5.如权利要求4所述的方法，所述方法还包括下述步骤：如果电池的荷电状态低于阈值荷电，则命令降档。

6.如权利要求4所述的方法，其中，阈值荷电基于上坡坡道的长度。

7.如权利要求6所述的方法，所述方法还包括下述步骤：

识别变速器升档条件；

基于道路坡度数据，识别在升档条件之后的第二个未来的变速器降档条件；

调整换档标准，从而当升档条件和第二个未来的降档条件之间的时间小于阈值时间或者升档条件和第二个未来的降档条件之间的距离小于阈值距离时阻止变速器升档。

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