CN105365812A - 强混合动力车辆中的输出振颤管理 - Google Patents

Abstract

一种用于管理强混合动力车辆中的空挡状态中的输出振颤/沉闷声的方法包括计算用于被连接至行星齿轮组的第三节点的电力牵引马达的马达扭矩。所述马达扭矩按照电力牵引马达的预定惯量、所计算的发动机加速度、和行星齿轮组的齿轮比的积计算。沿相反于所计算的输出轴加速度的方向、经由控制器从电力牵引马达命令所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至电力牵引马达，并经过空挡状态的持续时间。所述车辆包括发动机、减震器组件、变速器、和控制器。

Description

强混合动力车辆中的输出振颤管理

技术领域

本公开涉及强混合动力车辆中的传动系统输出振颤(bump)的管理。

背景技术

强混合动力车辆使用内燃发动机以及一个或多个电力牵引马达以将输入扭矩提供给变速器的齿轮组。强混合动力的可用模式可因此包括仅发动机模式、一个或多个仅电力/电力车辆模式、以及多种混合动力或电力可变变速器模式。在一些强混合动力设计中，没有用于打开发动机与变速器的输出轴之间的机械路径的方法。在这种设计中，空挡(neutral)通过怠速时反向旋转电力牵引马达中的一个以使发动机速度无效(nullify)而实现。这被已知为“齿轮空挡”。因此，由于来自发动机的瞬态扭矩扰动，当变速器操作在空挡时可导致被称为传动系统输出振颤的状况。术语“输出振颤”或“沉闷声(clunk)”在本领域中传统地使用为描述任何不希望的发动机输出扭矩振荡的被感知声音和/或感觉。

发明内容

本文公开了一种用于管理强混合动力车辆中的输出振颤/沉闷声的方法，所述强混合动力车辆具有发动机、变速器、和控制器。变速器包括输入构件、输出构件、和行星齿轮组。所述方法包括为被连接至行星齿轮组的第三节点的电力牵引马达计算马达扭矩。所述马达扭矩按照电力牵引马达的预定惯量、所计算的发动机的输出轴的加速度、以及行星齿轮组(或当使用多个齿轮组时的等效行星齿轮组)的齿轮比的积计算。所述方法还包括沿相反于所计算的输出轴的加速度的方向、经由控制器命令来自电力牵引马达的所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至电力牵引马达，并持续空挡状态的持续时间。

还公开了一种系统，其包括变速器和控制器。

强混合动力车辆包括具有输出轴的发动机。车辆还包括减震器组件、变速器、和控制器。变速器包括输入构件、输出构件、至少一个行星齿轮组、和电力牵引马达。变速器通信的控制器包括处理器、以及其上存储有用于空挡过程中管理输出振颤或沉闷声的指令的存储器。指令的执行引起控制器完成上文提到的方法的步骤。

根据本发明的一个方面，提出一种用于管理强混合动力车辆中的输出振颤或沉闷声的方法，所述车辆具有发动机、变速器、以及控制器，所述变速器具有被连接至所述发动机的输入构件、输出构件、和至少一个行星齿轮组，所述方法包括：

当所述变速器处于空挡状态时经由所述控制器计算所述发动机的输出轴的加速度，其中所述发动机的输出轴在所述变速器的空挡状态中被连接至所述行星齿轮组的第一节点，并且其中所述变速器的输出构件被持续地连接至所述行星齿轮组的第二节点；

按照电力牵引马达的预定惯量、所计算的所述发动机的加速度、和所述行星齿轮组的齿轮比的积，计算用于被连接至所述行星齿轮组的第三节点的电力牵引马达的马达扭矩；并且

沿相反于所述输出轴的所计算的加速度的方向、经由所述控制器命令来自所述电力牵引马达的所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至所述电力牵引马达，并经过所述空挡状态的持续时间。

优选地，方法还包括经由传感器直接地测量所述输出轴的速度，并且将所测量的速度传送至所述控制器。

优选地，方法还包括按照所测量速度的变化率计算所述输出轴的加速度。

优选地，其中所述第一节点是环形齿轮、所述第二节点是载体构件、并且所述第三节点是太阳齿轮。

优选地，其中命令所计算的马达扭矩是在进入所述空挡状态时立即发生的。

优选地，其中命令所计算的马达扭矩是根据校准的斜坡分布逐渐地发生的。

优选地，方法还包括检测所述变速器何时退出所述空挡状态，并且根据另一校准的斜坡分布来逐渐中止所述马达扭矩命令。

根据本发明的另一方面，提出一种用于在强混合动力车辆中使用的系统，所述强混合动力车辆具有带有输出轴的发动机，所述系统包括：

变速器，其具有输入构件、输出构件、和至少一个行星齿轮组；以及

控制器，其与所述变速器通信，其中所述控制器包括处理器、以及其上记录有用于管理变速器中的输出沉闷声的指令的存储器，其中所述指令的执行引起所述控制器：

当所述变速器处于空挡状态时经由所述控制器计算所述发动机的输出轴的加速度，其中所述发动机的输出轴在所述空挡状态中被连接至所述行星齿轮组的第一节点，并且其中所述输出构件被持续地连接至所述行星齿轮组的第二节点；

按照所述电力牵引马达的预定惯量、所述发动机的所计算的加速度、和所述行星齿轮组的齿轮比的积，计算被连接至所述行星齿轮组的第三节点的电力牵引马达的马达扭矩；并且

沿相反于所述输出轴的所计算的加速度的方向、经由所述控制器命令来自所述电力牵引马达的所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至所述电力牵引马达，并经过所述空挡状态的持续时间。

优选地，系统还包括相对于所述输出轴定位的速度传感器，所述速度传感器可操作用于测量所述输出轴的速度并且将所测量的速度传送至所述控制器，其中所述控制器被编程为按照所测量速度的变化率计算所述输出轴的加速度。

优选地，其中所述第一节点是环形齿轮、所述第二节点是载体构件、并且所述第三节点是太阳齿轮。

优选地，其中所述控制器被编程为，在进入所述空挡状态时立即命令所计算的马达扭矩。

优选地，其中所述控制器被编程为，根据校准的斜坡分布逐渐地命令所计算的马达扭矩。

优选地，其中所述控制器被编程为，检测所述变速器退出何时所述空挡状态，其包括通过处理停车、倒挡、空挡、驱动、低速(PRNDL)信号来检测，并且然后中断所述马达扭矩命令。

根据本发明的另一方面，提出一种强混合动力车辆，包括：

发动机，其具有输出轴；

变速器，其具有输入构件、输出构件、电力牵引马达、和至少一个行星齿轮组；

控制器，其与所述变速器通信，其中所述控制器包括处理器、以及其上记录有用于管理变速器中的输出沉闷声的指令的存储器，其中所述指令的执行引起所述控制器：

当所述变速器处于所述空挡状态时计算所述发动机的输出轴的加速度，其中所述发动机的输出轴在所述空挡状态中被连接至所述行星齿轮组的第一节点、并且所述输出构件被持续地连接至所述行星齿轮组的第二节点；

按照所述电力牵引马达的预定惯量、所计算的所述发动机的加速度、以及所述行星齿轮组的齿轮比的积，计算将由所述电力牵引马达输出的马达扭矩，所述电力牵引马达被直接地连接至所述行星齿轮组的第三节点；并且

沿相反于所计算的所述输出轴的加速度的方向，经由所述控制器，命令来自所述电力牵引马达的所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至所述电力牵引马达，并经过所述空挡状态的持续时间。

优选地，车辆还包括相对于所述输出轴定位的速度传感器，所述速度传感器可操作用于测量所述发动机的输出轴的速度并且将所测量的速度传送至所述控制器，其中所述控制器被编程为按照接收到的所测量速度的变化率计算所述输出轴的加速度。

优选地，其中所述第一节点是环形齿轮、所述第二节点是载体构件、并且所述第三节点是太阳齿轮。

优选地，其中所述控制器被编程为在进入所述空挡状态时立即命令所计算的马达扭矩。

优选地，其中所述控制器被编程为根据校准的斜坡分布来逐渐地命令所计算的马达扭矩。

优选地，其中所述控制器被编程为根据所述校准的斜坡分布来逐渐地中断所计算的马达扭矩的施加。

优选地，车辆还包括停车、倒挡、空挡、驱动、低速(PRNDL)输入装置，其中所述控制器被编程为通过处理指示所述PRNDL输入装置的位置的PRNDL信号来检测所述变速器何时进入或退出所述空挡状态。

当结合附图和所附权利要求时，本发明的上述特征和优势、以及其他特征和优势从用于实施本发明的优选实施例和最佳模式的以下详细描述中将是显而易见的。

附图说明

图1是示例强混合动力车辆的示意图，所述强混合动力车辆具有被编程为当操作在空挡时管理传动系统输出振颤或沉闷声的控制器。

图2是描述用于管理图1中示出的车辆中的传动系统输出振颤或沉闷声的实例方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，车辆10在图1中示出，所述车辆10具有内燃发动机(E)12、变速器14、和控制器(C)50。车辆10是强混合动力车辆。也就是说，变速器14被连接至、或包括多种可能的输入扭矩源，包括发动机12和电力牵引马达16(M_A)。附加的电力牵引马达可被使用作为变速器14的部分而不背离未预见的发明范围。

变速器14以示意性杠杆图格式示出以包括行星齿轮组30。如本领域中公知的，变速器的多个互连齿轮组可被示意性地减少至如图1中示出的单个等效齿轮组。因此，图1中描绘的单个行星齿轮组不将本方法限定为仅具有一个行星齿轮组的变速器。

每当变速器14操作在空挡状态中，控制器50被编程为管理被称为输出“振颤”或“沉闷声”的状况。为此，控制器50可操作用于选择性地执行实施方法100的指令，所述方法100的示例在图2中示出并且在下文描述。在执行方法100中，控制器50通过将基于发动机速度的马达扭矩命令(箭头CC_M)选择性地发送至电力牵引马达16的马达控制处理器16P来激活电力牵引马达16。电力牵引马达16，例如，马达/发电机单元形式的相对高电压、多相电机，通过消除空挡状态期间内的发动机扰动而响应于马达扭矩命令(箭头CC_M)。

控制器50可被实施为具有处理器P和存储器M的数字计算机。存储器M包括充足量的有形的、非暂时性的存储器，例如，只读存储器(ROM)、闪存、光学和/或磁性存储器、电可编程只读存储器(EPROM)等。存储器M还包括充足的瞬时存储器，诸如随机存取存储器(RAM)、电子缓冲器。控制器50的硬件包括高速时钟、模拟-数字(A/D)和数字-模拟(D/A)电路、和输入/输出(I/O)电路和装置，以及适当的信号调节和缓冲电路。

在图1的示例变速器14中，行星齿轮组分别包括第一、第二、和第三节点32、34、和36。在一个可能的实施例中，这些节点可被配置为相应的环形齿轮、载体(carrier)构件、和太阳齿轮，然而并不限于这种设计。发动机12包括具有发动机扭矩(箭头T_E)、以发动机速度(箭头N_E)旋转的输出轴13。输出轴13可经由减震器组件20的促动而在第一节点32处选择性地连接至变速器14的输入构件15。减震器组件20在图1中被示意性地代表为弹簧21和减震器22。旁路闭锁离合器23可被使用为根据需要、例如在发动机启动/停止事件过程中将发动机12刚性地连接至变速器14。

本文描述的方法是独立于减震器组件20的。为了确保反作用扰动扭矩不被施加在第一节点32上，第一节点32与发动机12之间应不存在速度或加速度差。通过如下文所述的方程(5)，电力牵引马达16将控制第一节点32，使得第一节点32具有与发动机12相同的速度和加速度。换句话说，本文描述的设计将为具有在发动机12和第一节点32之间的减震器组件20或刚性连接(未示出)的车辆10工作。

进一步关于车辆10，变速器14包括被连接至第二节点34的输出构件24。输出构件24以输出速度(箭头N_O)旋转。输出构件24将输出扭矩(箭头T_O)传送至驱动轴(一个或多个)25，并且最终传送至一组驱动轮26以推进车辆10。电力牵引马达16经由以马达速度(箭头N_A)旋转的互连构件17而被连接至第三节点36。电力牵引马达16在第三节点36处将马达扭矩(T_A)最终发送至行星齿轮组30。

仍参照图1，控制器50被编程为具有分别用于发动机12和电力牵引马达16的预定惯量值I_E和I_M。表示在示意性行星齿轮组30上的长度a和b代表从第二节点34处的输出构件24到相应的第一和第三节点32和36的长度。这样的长度可被考虑为实施各种节点32、34、和36的每个齿轮元件的多个齿轮齿，并且因此在变速器14的控制过程中被控制器50使用以确定齿轮比。

车辆10包括现有技术中已知类型的停车、倒挡、空挡、驱动、低速(PRNDL)输入装置11。PRNDL输入装置11可以是传统的，诸如电缆促动的齿轮换挡杆，或其可以是通过线/电促动的推钮装置(by-wire/electrically-actuatedpush-buttondevice)。在任一情况下，连接至变速器14的PRNDL阀(未示出)响应于PRNDL装置的运动而移动以将变速器14换挡至所请求的PRNDL模式。作为方法100的部分，控制器50接收描述PRNDL输入装置11、或被控制的PRNDL阀的位置的PRNDL信号(箭头11S)，并且因而被通知PRNDL输入装置11的状态或位置。控制器50还接收发动机速度(箭头N_E)，例如，如经由图1的实施例中的速度传感器S_N在输出轴13处测量的，或可替代地如通过单独的发动机控制模块(未示出)报告至控制器50的，计算的，或建模/估计的。

图1的控制器50被编程为根据发动机速度(箭头N_E)的接收、估计、或其他确定来计算发动机12的加速度，所述加速度在下文中由代表。在当变速器14处于空挡状态时的发动机12的稳态怠速状况下，发动机加速度应为零，即根据图1中示出的等效/简化行星齿轮布置，该条件隐含马达加速度和变速器14的输出构件24的加速度也是零，即然而，由于当变速器14操作在空挡时来自发动机12的扭矩扰动，发动机12和电力牵引马达16的加速度将趋向于从零变化。任何非零的马达加速度将反过来诱发电力牵引马达16的惯性反作用扭矩，其通过行星齿轮组30传送至输出构件24。该惯性扭矩传输的结果是输出振颤或沉闷声，所述输出振颤或沉闷声如果足够严重，可由车辆10的乘客(occupant)感知为传动系统噪声、振动、和刺耳声。

传动动力学方程

为了简化而忽略减震器和摩擦力，则存在于传动系统中的科氏力(Coriolisforces)和离心加速度将由行星齿轮组30约束。因此，在下列方程(1)-(6)中仅考虑切向加速度。下列方程从图1中示出的变速器14的杠杆图中得到：

$\frac{({\stackrel{\·}{N}}_O-{\stackrel{\·}{N}}_E)}{({\stackrel{\·}{N}}_A-{\stackrel{\·}{N}}_O)}=\frac{b}{a}---\left(1\right)$

力平衡方程如下：

$T_E+T_O+T_A-I_A-I_E{\stackrel{\·}{N}}_E=0---\left(2\right)$

行星齿轮组30的第一节点32处的力矩平衡限定为：

$(T_A-I_A{\stackrel{\·}{N}}_A)\×(a+b)+T_O\×a=0---\left(3\right)$

马达扭矩的设计

因为本设计的目标是确保输出构件24的零扭矩和没有加速度，所以希望的输出加速度和扭矩二者应为零。从上文的方程(1)，假设则马达16的希望的加速度被描述为：

${\stackrel{\·}{N}}_{ADsrd}=-{\stackrel{\·}{N}}_E\×\frac{b}{a}---\left(4\right)$

从方程(3)和(4)，并且假定T_O＝0，从电力牵引马达16输出的希望的马达扭矩如下：

$T_A=I_A{\stackrel{\·}{N}}_{ADsrd}=-I_A\×{\stackrel{\·}{N}}_E\×\frac{b}{a}---\left(5\right)$

从上文的方程(2)、(4)、和(5)，可以看出如果所希望的和的条件被满足，则发动机扭矩(T_E)应如下：

$T_E=I_E{\stackrel{\·}{N}}_E---\left(6\right)$

从方程(5)和(6)，为了具有为零的输出扭矩，发动机12和电力牵引马达16必须产生充足的扭矩以平衡它们自身的惯性阻力扭矩。换句话说，在发动机12与电力牵引马达16之间不可以发生扭矩传输。因此，每当变速器14处于空挡状态时，通过上文方程(5)所确定的用于控制电力牵引马达16的马达扭矩命令(箭头CC_M)可由控制器50选择性地实施以消除传动系统振颤或沉闷声。

参照图2，方法100的示例实施例开始于步骤102。图1的控制器50接收PRNDL信号(箭头11S)或以其他方式测量或确定PRNDL输入装置11、或由PRNDL输入装置11控制的PRNDL阀(未示出)的当前命令的位置。一旦所请求的变速器14的状态是已知的时，方法100前进至步骤104。

步骤104需要(entail)确定在步骤102处确定的变速器14的当前状态是否是空挡状态。如果不是空挡状态，步骤102被重复。当控制器50已经验证变速器14正操作在空挡状态中时，方法100前进至步骤106。

在步骤106处，控制器50接下来确定当前的发动机速度(N_E)。在图1中示出的示例配置中，速度传感器S_N相对于输出轴13被定位以直接地测量发动机速度(N_E)。在其他方法中，控制器50可诸如从发动机控制模块(未示出)将发动机速度(N_E)作为报告值接收，或者发动机速度(N_E)可使用本领域中已知的状态机来被建模或被估计。当发动机速度(N_E)是已知的时，方法100前进至步骤108。

步骤108包括经由控制器50来计算发动机12的加速度即图1中示出的输出轴13的旋转速度的变化率。所计算的发动机加速度的值在方法100继续至步骤110之前临时地记录在控制器50的存储器M中。

步骤110包括从电力牵引马达16计算所要求的马达扭矩。步骤110可需要(entail)经由控制器50求解方程(5)。也就是说，由于并且由于马达惯量I_A以及长度a和b的值对于控制器50是已知的，所以步骤108的结果，即所计算的发动机加速度是确定被命令的必须的扭矩值所要求的所有条件。

在步骤110处计算的马达扭矩T_A然后经由将马达扭矩命令(箭头CC_M)传送至马达控制处理器16P而在步骤112处被施加。步骤110可被调整以马达扭矩T_A向第三节点36的任何施加的的希望的过渡，并且因而提供希望的感觉。也就是说，马达扭矩T_A可以在进入空挡时被简单地命令。可替代地，马达扭矩T_A可在校准的持续时间过程中沿斜坡施加(rampon)以使所述过渡平稳，由此使得马达扭矩T_A对于驾驶员更不明显。然后，方法100前进至步骤114。

在步骤114处，控制器50确定是否PRNDL输入装置11仍处于空挡。与步骤104一样，其可需要处理PRNDL信号(箭头11S)或以其他方式验证PRNDL输入装置11的设置。步骤112和114被重复直到车辆10的驾驶员将变速器14换挡出空挡，在该点处方法100前进至步骤116。

步骤116包括中断在步骤112处施加的马达扭矩命令(箭头CC_M)。步骤116可包括在离开空挡状态时命令马达扭矩T_A立即关闭(off)。可替代地，马达扭矩T_A可如在步骤114中的、在校准的持续时间过程中沿斜坡关闭(rampoff)，以使所述过渡平稳，由此使得马达扭矩T_A的中止对于驾驶员更不明显。也就是说，中止马达扭矩T_A可根据校准的斜坡分布(profile)而逐渐发生，例如，以与在步骤112处施加马达扭矩T_A所使用的速率相同或不同的速率。然后，方法100结束。

使用方法100，控制器50选择性地将来自电力牵引马达16的马达扭矩T_A施加至行星齿轮组30以主动地响应于当操作在空挡时电力牵引马达16对任何发动机扭矩扰动的惯性反作用。方法100意图为帮助消除空挡中的输出振颤/沉闷声。假如马达扭矩命令(箭头CC_M)仍然处于电力牵引马达16的能力内，则这样有利的结果甚至在发动机速度(箭头N_E)具有相对大的震荡的情况下也可以实现。此外，由于在步骤110处使用发动机加速度来代替了电力牵引马达16的加速度，所以相位延迟和其他问题被避免。

虽然已经详细描述了实施本公开的最佳模式，但是熟悉本公开涉及的领域的人员将认识到在所附权利要求的范围内、用于实行本公开的各种替代设计和实施例。

Claims (11)

1.一种用于管理强混合动力车辆中的输出振颤或沉闷声的方法，所述车辆具有发动机、变速器、以及控制器，所述变速器具有被连接至所述发动机的输入构件、输出构件、和至少一个行星齿轮组，所述方法包括：

当所述变速器处于空挡状态时经由所述控制器计算所述发动机的输出轴的加速度，其中所述发动机的输出轴在所述变速器的空挡状态中被连接至所述行星齿轮组的第一节点，并且其中所述变速器的输出构件被持续地连接至所述行星齿轮组的第二节点；

按照电力牵引马达的预定惯量、所计算的所述发动机的加速度、和所述行星齿轮组的齿轮比的积，计算用于被连接至所述行星齿轮组的第三节点的电力牵引马达的马达扭矩；并且

沿相反于所述输出轴的所计算的加速度的方向、经由所述控制器命令来自所述电力牵引马达的所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至所述电力牵引马达，并经过所述空挡状态的持续时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一节点是环形齿轮、所述第二节点是载体构件、并且所述第三节点是太阳齿轮。

3.如权利要求1所述的方法，其中命令所计算的马达扭矩是在进入所述空挡状态时立即发生的。

4.如权利要求1所述的方法，其中命令所计算的马达扭矩是根据校准的斜坡分布逐渐地发生的。

5.如权利要求4所述的方法，还包括检测何时所述变速器退出所述空挡状态，并且根据另一校准的斜坡分布来逐渐中止所述马达扭矩命令。

6.一种用于在强混合动力车辆中使用的系统，所述强混合动力车辆具有带有输出轴的发动机，所述系统包括：

变速器，其具有输入构件、输出构件、和至少一个行星齿轮组；以及

控制器，其与所述变速器通信，其中所述控制器包括处理器、以及其上记录有用于管理变速器中的输出沉闷声的指令的存储器，其中所述指令的执行引起所述控制器：

当所述变速器处于空挡状态时经由所述控制器计算所述发动机的输出轴的加速度，其中所述发动机的输出轴在所述空挡状态中被连接至所述行星齿轮组的第一节点，并且其中所述输出构件被持续地连接至所述行星齿轮组的第二节点；

按照所述电力牵引马达的预定惯量、所述发动机的所计算的加速度、和所述行星齿轮组的齿轮比的积，计算被连接至所述行星齿轮组的第三节点的电力牵引马达的马达扭矩；并且

沿相反于所述输出轴的所计算的加速度的方向、经由所述控制器命令来自所述电力牵引马达的所计算的马达扭矩，包括将马达扭矩命令传送至所述电力牵引马达，并经过所述空挡状态的持续时间。

7.如权利要求6所述的系统，还包括相对于所述输出轴定位的速度传感器，所述速度传感器可操作用于测量所述输出轴的速度并且将所测量的速度传送至所述控制器，其中所述控制器被编程为按照所测量速度的变化率计算所述输出轴的加速度。

8.如权利要求6所述的系统，其中所述第一节点是环形齿轮、所述第二节点是载体构件、并且所述第三节点是太阳齿轮。

9.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器被编程为，在进入所述空挡状态时立即命令所计算的马达扭矩。

10.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器被编程为，根据校准的斜坡分布逐渐地命令所计算的马达扭矩。

11.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器被编程为，检测何时所述变速器退出所述空挡状态，其包括通过处理停车、倒挡、空挡、驱动、低速(PRNDL)信号来检测，并且然后中断所述马达扭矩命令。