CN104442803A - 用于在换挡阶段控制混合动力车辆的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制混合动力车辆的方法，该方法包括以下步骤：识别在换挡期间由于伺服辅助离合器(6)的打开位置而导致的驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；确定目标加速曲线(A_obj)以及计算目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})，所述目标驱动/制动扭矩使得确保在换挡期间实现目标加速曲线(A_obj)；以及控制可逆电机(14)，以便将目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})供给到驱动轮，所述目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})使得确保在时间总量期间实现目标加速曲线(A_obj)，在该时间总量期间存在换挡期间驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断。

Description

用于在换挡阶段控制混合动力车辆的方法

技术领域

本发明涉及用于在换挡阶段控制混合动力车辆的方法。

背景技术

混合动力车辆日益广泛；它们包括内燃发动机，所述内燃发动机通过设有伺服辅助机械齿轮箱、伺服辅助离合器和至少一个电机的伺服辅助变速器将扭矩传递给驱动轮，所述电机电连接到电力存储系统且机械地连接到驱动轮。

通常情况下，电机是可逆的，即可通过吸取电能并产生机械功而起到电动机的功能，或通过吸取机械功并产生电能而起到发电机的功能，并且由连接到适于存储电能的电力存储系统的电致动器系统来驱动。电机通常装配到伺服辅助机械齿轮箱的副轴且被驱动以便取代内燃发动机，例如当伺服辅助离合器保持打开时；换句话说，当伺服辅助离合器打开时，电机从存储系统吸取能量以产生等于由内燃发动机所产生驱动扭矩的驱动扭矩。然而，在这种配置中，电动机不能执行某些功能(典型地，其不能用作内燃发动机的起动马达)，且其处于对于执行其它功能而言的不利条件下。

出于该原因，已经提出一种伺服辅助变速器，其包括连接装置，所述连接装置适于将可逆电机的轴连接到伺服辅助机械齿轮箱的输入轴，或将可逆电机的轴连接到伺服辅助机械齿轮箱的副轴，或保持可逆电机轴处于空转状态(即，既不连接到输入轴也不连接到副轴)。

在该配置中，当可逆电机的轴连接到伺服辅助机械齿轮箱的输入轴时，可逆电机可用作用于起动内燃发动机的起动马达。

然而，上述混合动力车辆存在一些关键问题。特别是，在混合动力车辆的正常操作过程中，在换挡期间由于伺服辅助离合器的打开位置而导致的驱动扭矩到驱动轮的传递中断会由驾驶员清楚地识别，其感知到车辆加速度急剧减小。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于在换挡阶段控制混合动力车辆的方法，其克服了现有技术的缺陷并且其可以简单和具成本效益的方式来实施。

根据本发明，提供一种用于在换挡阶段控制并联结构的混合动力车辆的方法，其中所述混合动力车辆设有内燃发动机、伺服辅助变速器，所述伺服辅助变速器依次设有伺服辅助机械齿轮箱和伺服辅助离合器以及可逆电机，所述可逆电机适于产生传递到驱动轮的驱动扭矩且连接到用于存储电能的存储系统；该方法包括以下步骤：

识别在换挡期间由于伺服辅助离合器的打开位置而导致的驱动扭矩到驱动轮的传递中断；

确定在时间总量期间将要实现的目标加速/减速曲线，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器的打开位置而导致的驱动扭矩到驱动轮的传递中断；

计算目标驱动/制动扭矩，所述目标驱动/制动扭矩使得确保在时间总量期间实现目标加速/减速曲线，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器的打开位置而导致的驱动扭矩到驱动轮的传递中断；

获知存储系统的充电状态；以及

控制可逆电机，以便只有当存储系统的充电状态足以供给目标驱动/制动扭矩时才将目标驱动/制动扭矩供给到驱动轮，所述目标驱动/制动扭矩使得确保在时间总量期间实现目标加速/减速曲线，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器的打开位置而导致的驱动扭矩到驱动轮的传递中断。

附图说明

现在将参照示出本发明非限制性实施例的附图对本发明进行描述，其中图1是实施根据本发明控制方法的混合动力车辆的伺服辅助变速器的示意图。

具体实施方式

在图1中，附图标记1整体指示用于由内燃发动机2驱动的混合动力车辆的伺服辅助变速器，其设有以角速度ω_m旋转的驱动轴3。具体地，所述车辆是具有混合动力引擎和并联结构的车辆。

伺服辅助变速器1包括：设有输入轴5的伺服辅助机械齿轮箱4，该输入轴以角速度ω₁旋转且可通过伺服辅助离合器6连接到驱动轴3；和副轴7，其以角速度ω₂旋转且连接到差速器8，所述差速器8通过两个轮轴9将运动传递给驱动轮。

图1中所示的伺服辅助齿轮箱4包括由罗马数字指示的六个前进挡(第一挡I、第二挡II、第三挡III、第四挡IV、第五挡V和第六挡VI)。输入轴5和副轴7通过多对齿轮机械地耦联到彼此，其中每对齿轮限定相应的挡位并包括安装到输入轴5的主齿轮10和安装到副轴7的副齿轮11。

每个主齿轮10以空转的方式安装到输入轴5且始终与相应的副齿轮11啮合；相反，每个副齿轮11装配到副轴7以便与副轴7本身一体地旋转。伺服辅助机械齿轮箱4还包括三个同步器12，其中每一个同步器12同轴地安装到输入轴5上，布置于两个主齿轮10之间，并且适于被致动，以便将两个主齿轮10交替地(即，交替地使得两个主齿轮10以成角度的方式与输入轴5成为一体)接合到所述输入轴5上。换句话说，每个同步器12可在一个方向上位移以便将主齿轮10接合到输入轴5上，或者可在另一个方向上位移以便将另一主齿轮10接合到输入轴5上。

伺服辅助机械齿轮箱4由液压伺服控制系统致动以便驱动同步器12，以啮合以及脱离齿轮；伺服控制离合器6也由液压伺服控制系统致动以便将驱动轴3连接到输入轴5或将驱动轴3从输入轴5断开。伺服辅助变速器1包括控制单元13(示意性地示出)，其驱动伺服辅助机械齿轮箱4和伺服辅助离合器6的液压伺服控制系统。

根据不同的实施例(未示出且完全等效于上述实施例)，主齿轮10装配到输入轴5上，副齿轮11以空转的方式安装到副轴7，以及同步器12安装到副轴7以便将副齿轮11接合到副轴7本身上。

伺服辅助变速器1还包括可逆电机14(即，其可通过吸取电流并产生机械功而起到电动机的功能，或通过吸取机械功并产生电能而起到发电机的功能)，该可逆电机由连接到适于存储电能的至少一个电池16的电致动器15驱动。

可逆电机14包括轴17，其与可逆电机14的转子是一体的，通常处于空转状态(即，不以永久的方式机械地连接到输入轴5也不以永久的方式机械地连接到副轴7)，且可机械地连接到输入轴5。

伺服辅助变速器1包括连接装置18，其适于将可逆电机14的轴17连接到伺服辅助机械齿轮箱4的输入轴5，或将可逆电机14的轴17连接到伺服辅助机械齿轮箱4的副轴7，或保持可逆电机14的轴17处于空转状态(即，既不连接到输入轴5，也不连接到副轴7)。

根据附图中所示的优选实施例，连接装置18包括间置于可逆电机14的轴17和伺服辅助机械齿轮箱4的副轴7之间的齿轮传动装置19，间置于可逆电机14的轴17和输入轴5之间的直接驱动传动装置20，以及适于交替地接合齿轮传动装置19或直接驱动传动装置20的同步器21。

齿轮传动装置19优选具有非单一的传动比，并且包括以空转的方式安装到可逆电机14的轴17上的齿轮22和装配到副轴7上且永久地啮合齿轮22的齿轮23；同步器21适于将齿轮22接合到可逆电机14的轴17上以便将可逆电机14的轴17连接到副轴7。齿轮传动装置19的非单一传动比的值使得相对于副轴7的每分钟转数和由其传递的扭矩，最优化可逆电机14的每分钟转数和扭矩值；齿轮传动装置19通常包括每分钟转数的减少，即可逆电机14比副轴7转动得慢。

直接驱动传动装置20具有单一的传动比，并且包括装配到输入轴5上的连接元件24；同步器21适于将连接元件24接合到可逆电机14的轴17上，以便将可逆电机14的轴17连接到输入轴5。

根据不同的实施例(未示出)，所述直接驱动传动装置20由另一齿轮传动装置代替，其间置于可逆电机14的轴17与输入轴5之间，具有非单一的传动比且完全类似于齿轮传动装置19。同样在这种情况下，另一齿轮传动装置19的非单一传动比的值使得相对于输入轴5的每分钟转数和由其传递的扭矩，最优化可逆电机14的每分钟转数和扭矩值；另一齿轮传动装置19通常包括每分钟转数的减少，即可逆电机14比输入轴5转动得慢。

在使用过程中，当不存在换挡且车辆正在行驶(即，内燃发动机2在运行且伺服辅助离合器6闭合)时，可逆电机14的轴17通常连接到所述输入轴5且可逆电机14作为电能的发电机来工作，以便供给由所述车辆的电负载所需的电能。如果车辆减速，则可逆电机14可以(与电池16的充电状态和车辆动力学状态兼容地)最大化机械能的吸取，以获得车辆的再生制动。

在使用过程中，当驱动轮所需的驱动扭矩C由内燃发动机2产生，同时由驾驶员请求增加将被供给到驱动轮的驱动扭矩C时，可逆电机14设置成通过从电池16吸取电能以便供给补充驱动扭矩的电动机的功能(“电动增力(electric boost)”)。换句话说，可逆电机14设置成起到电能发电机的功能，以便供给满足由驾驶员所请求的增加将被供给到驱动轮的驱动扭矩C所需的电能。

当存在换挡且车辆在行驶时，即当内燃发动机2在运行以及伺服辅助离合器6处于打开状态时，由控制单元13实施的控制模式如下所述。

可逆电机14的轴17通常连接到输入轴5以及可逆电机14作为电能发电机来工作以用于供给由车辆电负载所需电能。

控制单元13设置成识别何时在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。通常情况下，在供给驱动扭矩C过程中的该“缺口(hole)”由驾驶员清楚地识别，其感觉到车辆加速度减小。

控制单元13设置成确定在时间总量期间将要实现的目标加速曲线A_obj(或目标减速曲线A_obj)，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。

因此，控制单元13设置成确定目标驱动扭矩C_{m_obj}，所述扭矩使得确保在时间总量期间实现目标加速曲线A_obj，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器13的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。

因此，控制单元13设置成控制可逆电机14，使得其作为用于供给根据下述公式所需电能的驱动扭矩的发生器来工作：

C_{tot_e}＝ΔE(C_{m_obj})+C_e [1]

其中：

C_e：由可逆电机14供给用于混合动力车辆中电负载在瞬间运行的电能，在该瞬间存在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断；

ΔE(C_{m_obj})：由可逆电机14为了确保目标驱动扭矩C_{m_obj}而供给的补充电能，该目标驱动扭矩允许在时间总量期间实现目标加速曲线A_obj，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断；以及

E_tot：在瞬间由可逆电机14所需的总电能，在该瞬间存在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。

控制单元13显然设置成检查电池16的充电状态是否能够确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})，以确保目标驱动扭矩C_{m_obj}，该目标驱动扭矩允许在时间总量期间实现目标加速曲线A_obj，在该时间总量期间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。

换句话说，控制单元13设置成检查电池16的充电状态是否足以供给在瞬间由可逆电机14所需的总电能E_tot，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断，即，是否使得确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})，以确保供给驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}，同时满足混合动力车辆电负载的要求。

根据第一变型，如果该检查结果是否定的(即，如果电池16的充电状态不足以供给在瞬间由可逆电机14所需的总电能E_tot，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断，即不足以确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})以确保供给驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}，同时供给满足混合动力车辆电负载的要求)，则控制单元13设置成控制可逆电机14，使得其作为电能发电机来工作，从而仅提供满足混合动力车辆电负载要求所需的电能。

换句话说，如果检查的结果是否定的(即，如果电池16的充电状态不足以供给由可逆电机14所需的总电能E_tot，且不足以确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})，以确保供给驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}，同时供给满足混合动力车辆电负载的要求)，则目标驱动扭矩C_{m_obj}将不会被传递到驱动轮。

根据一个替代方案，如果该检查结果是否定的(即，如果电池16的充电状态不足以供给在瞬间由可逆电机14所需的总电能E_tot，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断，即不足以确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})以确保供给驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}，同时供给满足混合动力车辆电负载的要求)，则控制单元13设置成控制可逆电机14，使得其作为电能发电机来工作，从而在所有情况下供给当时可用的电能E_av，其值将低于确保目标驱动扭矩C_{m_obj}的补充电能ΔE(C_{m_obj})，并且将不允许实现目标加速曲线A_obj，但在所有情况下将使得驾驶员感知不到车辆加速度的突然减小。

相反，如果检查结果是肯定的(即，如果电池16的充电状态足以供给在瞬间由可逆电机14所需的总电能E_tot，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断，即足以确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})以确保供给驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}，同时供给满足混合动力车辆电负载的要求)，则控制单元13设置成控制可逆电机14，使得其作为电能发电机来工作，从而供给总电能E_tot。

此外换句话说，如果检查结果是肯定的(即，如果电池16的充电状态足以供给由可逆电机14所需的总电能E_tot，且其使得确保供给补充电能ΔE(C_{m_obj})，以确保供给驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}，同时供给满足混合动力车辆电负载的要求)，则由可逆电机14将目标驱动扭矩C_{m_obj}供给到驱动轮。

值得注意的是，该可逆电机14的致动几乎是即刻的，且可以基本上可忽略不计的瞬态方式供给实现目标加速曲线A_obj所需的目标驱动扭矩C_{m_obj}。

明显的是，到目前为止所述的方法可有利地在升挡期间应用，即在换挡到具有更高传动比的挡位(例如，从第一挡I换挡到第二挡II)时应用，并且可有利地在降挡期间应用，即在换挡到具有更低传动比的挡位(例如，从第二挡II换挡到第一挡I)时应用。

在升挡即在换挡到具有更高传动比的挡位(例如，从第一挡I换挡到第二挡II)时的情况下，显然将需要把目标驱动扭矩C_{m_obj}传递到驱动轮。

相反在降挡即在换挡到具有更低传动比的挡位(例如，从第二挡II换挡到第一挡I)的情况下，会发生请求将目标驱动扭矩C_{m_obj}传递到驱动轮或请求将目标制动扭矩C_{f_obj}(例如在减速的情况下)传递到驱动轮的情况。

在车辆减速度的情况下，可逆电机14最大化机械能的吸取，以(与电池16的充电状态和车辆动力学兼容地)进行车辆的再生制动。在车辆前进行驶时，控制单元13检测混合动力车辆的减速状态，并且响应于所述车辆减速状态的检测，致动可逆电机14，使其作为发电机来再生由混合动力车辆本身所具有的一部分动能。通常情况下，当驾驶员将他/她的脚从加速器踏板抬离时和/或当所述内燃发动机2(在热驱动的情况下)处于关闭阶段(即不产生任何扭矩)持续给定的时间间隔(通常为几秒)和/或类似地当可逆电机14(在电驱动的情况下)在给定的时间间隔(通常为几秒)下不产生任何驱动扭矩时，首先检测到车辆的减速状态。备选地，当驾驶员用他的/她的脚踩下制动踏板时可识别出车辆的减速状态。

因此，控制单元13设置成确定目标制动扭矩C_{f_obj}，该目标制动扭矩使得在时间总量期间确保实现目标减速曲线A_obj，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。

具体地，控制单元13设置成检查电池16的充电状态是否能够确保将可用的目标制动扭矩C_{f_obj}供给到电机14的轴。换句话说，控制单元13设置成检查电池16的充电状态是否足以使可逆电机14最大化机械能的吸取，以获得车辆的再生制动。

如果该检查结果是否定的(即，如果电池16的充电状态不足以确保吸取目标制动扭矩C_{f_obj})，则控制单元13设置成提高由制动系统产生的制动扭矩。

换句话说，如果检查结果是否定的(即，如果电池16已经充分地充电，但其不可能确保吸取进一步的目标制动扭矩C_{f_obj})，则可逆电机14被控制成吸取低于目标制动扭矩C_{f_obj}的制动扭矩。

相反，如果检查的结果是肯定的(即，如果电池16的充电状态足以确保吸取目标制动扭矩C_{f_obj})，则控制单元13设置成控制可逆电机14，以便使其作为发电机工作来吸取目标制动扭矩C_{f_obj}。

如上面所提到的那样，控制单元13设置成确定在整个时间段期间要实现的目标加速曲线A_obj(或目标减速曲线A_obj)中，其中在该整个时间段期间存在驱动扭矩C到驱动轮的传递中断；这样的目标加速曲线A_obj(或目标减速曲线A_obj)作为多个参数的函数可变，并且可以表示如下：

A_obj＝f(A_i，v_i，k)[2]

其中：

A_obj：目标加速曲线；

v_i：混合动力车辆在瞬间的速度，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断；

A_i：混合动力车辆在瞬间的加速度，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断；以及

k：赋予混合动力车辆的动力学量(dynamics)(即，选自于各种可能的目标加速/减速曲线：恒定的目标加速曲线A_obj，等于零和恒定速度的目标加速曲线A_obj，具有减小的扭矩C缺口的目标加速曲线A_obj)。

值得注意的是，可通过存在于混合动力车辆上的加速度传感器和/或通过计算混合动力车辆速度v的一阶时间导数来获得混合动力车辆在瞬间的加速度值A_i，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩C到驱动轮的传递中断。

根据不同的实施例(未示出)，连接装置18包括一对离合器，其替代同步器21，且其分别间置于可逆电机14的轴17与输入轴5和副轴7之间。

至此所述的用于控制混合动力车辆的方法具有下述优势，即允许可逆电机14以基本上可忽略不计的瞬态方式且总是在最有利的条件下获得到驱动轮的目标驱动扭矩C_{m_obj}或目标制动扭矩C_{f_obj}，即，以便最优化燃料消耗，减少污染排放物，并防止驾驶员感知到车辆加速度的降低以及感知到扭矩缺口，该扭矩缺口在换挡期间由于伺服辅助离合器6的打开位置而导致的驱动扭矩C到驱动轮的传递中断期间发生。至此所述的用于控制混合动力车辆的方法允许换挡阶段对于驾驶员而言基本上是透明的(即以减轻的程度感知到换挡阶段)。

Claims (3)

1.一种用于控制并联结构的混合动力车辆的方法，其中所述混合动力车辆设有内燃发动机(2)、伺服辅助变速器(1)，所述伺服辅助变速器(1)依次设有伺服辅助机械齿轮箱(4)、伺服辅助离合器(6)以及可逆电机(14)，所述可逆电机(14)适于产生传递到驱动轮的驱动扭矩(C)且连接到用于存储电能的存储系统(16)；

该方法包括以下步骤：

识别在换挡期间由于伺服辅助离合器(6)的打开位置而导致的驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；

确定在时间总量期间将要实现的目标加速/减速曲线(A_obj)，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器(6)的打开位置而导致的驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；

计算目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})，所述目标驱动/制动扭矩使得确保在时间总量期间实现目标加速/减速曲线(A_obj)，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器(6)的打开位置而导致的驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；以及

控制可逆电机(14)，以便将目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})供给到驱动轮，所述目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})使得确保在时间总量期间实现目标加速/减速曲线(A_obj)，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器(6)的打开位置而导致的驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；

所述方法的特征在于，该方法还包括步骤：

获知存储系统(16)的充电状态；以及

控制可逆电机(14)，以便只有当存储系统(16)的充电状态足以供给目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})时才将目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})供给到驱动轮，所述目标驱动/制动扭矩(C_{m_obj}，C_{f_obj})使得确保在时间总量期间实现目标加速/减速曲线(A_obj)，在该时间总量期间存在换挡期间由于伺服辅助离合器(6)的打开位置而导致的驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在时间总量期间要实现的目标加速/减速曲线(A_obj)由下式表示，在该时间总量期间存在换挡期间驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断：

A_obj＝f(A_i，v_i，k) [2]

其中：

A_obj：目标加速曲线；

v_i：混合动力车辆在瞬间的速度，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；

A_i：混合动力车辆在瞬间的加速度，在该瞬间存在换挡期间驱动扭矩(C)到驱动轮的传递中断；以及

k：赋予混合动力车辆的动力学量。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，赋予混合动力车辆的动力学量(k)选自于多种可能的目标加速/减速曲线(A_obj)：恒定的目标加速/减速曲线(A_obj)，等于零和恒定速度的目标加速/减速曲线(A_obj)，具有减小的驱动扭矩(C)缺口的目标加速曲线(A_obj)。