CN114645940A - 以离散齿轮比操作无级变速器 - Google Patents

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克雷格·莱希利特纳
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Abstract

本公开提供了“以离散齿轮比操作无级变速器”。一种车辆包括发动机、无级变速器，所述无级变速器包括联接到所述发动机的输入轴、输出轴、电机和齿轮传动装置。所述电机被配置为致动所述齿轮传动装置以改变所述输入轴与所述输出轴之间的传动比。控制器被编程为：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求以及所述发动机关闭，无论驾驶员需求扭矩如何都命令所述发动机起动，并且操作所述电机来使所述变速器换挡到所述传动比中的所述一者。

Description

以离散齿轮比操作无级变速器
技术领域
本公开涉及混合动力车辆的控制。
背景技术
在某些混合动力传动系统配置中，发动机转速可能与车辆速度不成比例。
发明内容
根据一个实施例，一种动力传动系统包括发动机、无级变速器，所述无级变速器包括联接到所述发动机的输入轴、输出轴、电机和齿轮传动装置。所述电机被配置为致动所述齿轮传动装置以改变所述输入轴与所述输出轴之间的传动比。控制器被编程为：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求并且所述发动机关闭，无论驾驶员需求扭矩如何都命令所述发动机起动，并且操作所述电机以将所述变速器换挡到所述传动比中的所述一者。
根据另一个实施例，一种车辆包括发动机、加速踏板、包括电机和齿轮传动装置的无级变速器以及控制器。所述控制器被编程为：在所述发动机关闭并且所述加速踏板被释放时手动地将所述无级变速器降挡的请求之后，命令所述发动机起动到第一初始转速并且操作所述电机以将所述无级变速器换挡到所述齿轮传动装置的预定数量的离散传动比中的第一离散传动比。
根据又一个实施例，一种在无级变速的混合变速器中提供虚拟挡位的方法，包括：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求，无论驾驶员需求车轮扭矩如何都起动发动机；以及操作电机以将所述变速器换挡到所述传动比中的所述一者。
附图说明
图1是混合动力电动车辆的示意图。
图2是用于控制变速器的算法的流程图。
具体实施方式
本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为限制性的，而仅是被解释为教导本领域普通技术人员的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考附图中任一个说明和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中说明的特征相组合，以产生没有明确说明或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
某些手动换挡模式可以允许驾驶员在挡位之间循环。然而，在一些功率分流混合动力应用中，变速器是电子无级变速器，这意味着不存在物理多级挡位。因此，可以经由控制策略来实施虚拟挡位以模拟多级换挡的感觉。为了更加强调虚拟换挡，需要发动机开启以提供与车轮扭矩变化相关的可听噪声，从而产生换挡的感觉。这改进了在电动无级变速器中提供虚拟挡位的早期迭代，其中发动机的起动与驾驶员需求的扭矩和/或电池荷电状态相关联。在那些设计中，当驾驶员需求的扭矩较低和/或电池荷电状态较高时，发动机将不会响应于换挡请求而起动。这导致不一致的虚拟换挡，因为发动机噪声和转速变化是关键的感测分量。如下面将更详细描述的，在本公开中，无论驾驶员需求的扭矩如何，发动机都响应于换挡请求而起动，以始终提供一致且活跃的虚拟换挡。
例如，经由设置在方向盘或前控制台上的拨片或操纵杆的移动来请求降挡可能导致发动机转速和车轮扭矩增加，并且对于升挡反之亦然。因为功率分流混合动力车辆能够电动推进，所以可能存在驾驶员在处于纯电动驾驶状态(发动机关闭)时将请求进入手动换挡模式的情况。这可能会引起两个问题：当发动机关闭时如何选择初始挡位，以及命令哪一个初始发动机转速。如下面更详细地讨论的，当发动机关闭时，初始挡位选择可以基于与每个挡位相关联的车辆速度范围。
如果当发动机已经开启时单独使用车辆速度或变速器输出轴转速来选择适当的挡位，则在手动请求换挡时可能不会发生驾驶员预期的发动机转速变化，因为在功率分流动力传动系统操作期间，发动机转速可能不与车辆速度成比例。
参考图1，功率分流混合动力车辆10包括车辆系统控制器(VSC)11、牵引电池12、混合无级变速器14和变速器控制模块15以及马达-发电机子系统，它们受控制器局域网(CAN)的控制。发动机16由模块11控制，通过扭矩输入轴18将扭矩分配到变速器14。模块11以已知的方式尤其接收由驾驶员经由拨片、操纵杆等输入的手动换挡请求信息(MSRI)、PRND状态、加速踏板位置信息(APPS)和制动踏板位置信息(BPPS)。
变速器14包括齿轮传动装置，诸如行星齿轮组20，所述行星齿轮组包括环形齿轮22、中心齿轮24和行星齿轮架26。环形齿轮22将扭矩分配到另一个齿轮传动装置，所述另一个齿轮传动装置包括啮合齿轮元件28、30、32、34和36。变速器的扭矩输出轴38通过差速器和车桥机构42可驱动地连接到牵引车轮40。
齿轮30、32和34安装在副轴上，齿轮32接合马达驱动的齿轮44。电动马达46驱动齿轮44，所述齿轮用作副轴齿轮装置30、32、34的扭矩输入。
电池12通过功率流动路径48将电力输送到马达46。发电机50以已知的方式电连接到电池12和马达46，如52、54处所示。
当在发动机16关闭的情况下电池12用作唯一动力源时，扭矩输入18和齿轮架总成26可以由超越联轴器53(任选的)制动。当发动机16开启并且动力传动系统处于并联驱动模式时，机械制动器55(任选的)可以锚固发电机50的转子和中心齿轮24，中心齿轮24用作反作用元件。
传动系因此有两个动力源。第一动力源是使用行星齿轮组20连接在一起的发动机16和发电机子系统的组合。另一个动力源仅涉及电驱动系统，其包括马达46、发电机50和电池12，其中电池12用作发电机50和马达46的能量储存介质。
在操作员的控制下使用发动机节气门以已知的方式将燃料输送到发动机16。递送到行星齿轮组20的发动机功率可以表示为Teωe，其是发动机扭矩Te和发动机转速ωe的乘积。从环形齿轮22递送到副轴齿轮30、32、34的功率可以表示为Trωr，其是环形齿轮扭矩Tr和环形齿轮转速ωr的乘积。从变速器14输出的功率可以表示为Tsωs，其是轴38的扭矩Ts和轴38的转速ωs的乘积。
发电机50在用作马达时可以向行星齿轮装置20递送动力。替代地，它可以由行星齿轮装置20驱动。类似地，马达46与副轴齿轮30、32、34之间的动力分配可以沿任一方向分配。来自电池12的驱动电力或到电池12的充电电力是双向的。
通过控制发电机转速，可以将发动机输出功率分成两个路径。机械功率流动路径Trωr是从发动机16到齿轮架26到环形齿轮22到副轴。电力功率流动路径是从发动机16到发电机50到马达46到副轴。发动机功率被分流，由此在所谓的正分流操作模式期间发动机转速与车辆速度分离。在这种状况下，发动机16将功率递送到行星齿轮装置20，所述行星齿轮装置将功率递送到副轴齿轮30、32、34，所述副轴齿轮继而驱动车轮40。行星齿轮装置功率的一部分被分配到发电机50，所述发电机向电池12递送充电功率。此时发电机50的转速大于零或为正，并且发电机扭矩小于零。电池12驱动马达46，所述马达将动力分配到副轴。这种布置是“正功率分流”。
如果发电机50由于行星齿轮组20的机械性质而用作行星齿轮组20的动力输入以驱动车辆，则操作模式可以被称为“负功率分流”。发电机转速和发电机扭矩也都是负的。
当马达46用作发电机并且电池12正在充电时，发电机50向行星齿轮组20递送动力。然而，如果来自齿轮装置30、32、34的在车轮40处的所得扭矩不满足驾驶员需求，则可能在一些条件下，马达46可以将动力分配到副轴齿轮装置30、32、34。然后，马达46必须弥补差值。
如果发电机制动器55被激活，则建立并联操作模式：发动机16开启并且发电机50被制动的状况。电池12为马达46供电，所述马达为副轴齿轮装置30、32、34提供动力，同时来自发动机16的动力递送到行星齿轮装置20到副轴齿轮装置30、32、34。
第一动力源可以仅递送用于前向推进的扭矩，因为在副轴齿轮装置30、32、34中没有倒挡。发动机16需要发电机控制或发电机制动器以允许将动力传递到车轮40以进行前进运动。
如前所述，第二动力源是电池12、发电机50和马达子系统。在该驱动模式下，发动机16可以由任选的超越联接器53制动。电动马达46从电池12汲取电力，并且以前进或后退运动独立于发动机16实现推进。发电机50可以从电池12汲取电力并且抵抗单向联轴器53的反作用进行驱动。在该模式下，发电机50用作马达。
如前所述，两个动力源被集成，使得它们合作无间以满足驾驶员对动力的需求，而不会超过系统的动力极限，包括电池极限，同时保持动力传动系统效率和性能。所述系统将确定驾驶员对扭矩的需求，并且可以实现两个动力源之间的最佳动力分配。
当不处于手动换挡模式时，变速器14用作如上所述的电子无级变速器。然而，一旦驾驶员请求手动换挡，就可以实例化变速器14的预定数量(例如，六个、八个等)的不同虚拟多级传动比(也称为齿轮比)。也就是说，一旦驾驶员进入手动换挡模式，就可以控制变速器14以允许输入轴18与输出轴38之间的例如八个不同的传动比(α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ)(而不是无限数)中的一个。如果当请求手动换挡时发动机16开启，则可以选择八个传动比中的一个，使得发动机转速改变(对于降挡而增加或对于升挡而减小)至少预定量(例如，每分钟200转、每分钟500转等)。预定量还可以取决于当前发动机转速：发动机转速越低，预定量越低。例如，如果当驾驶员请求手动换挡时发动机转速为每分钟2000转，则预定量可以是每分钟150转，并且如果当驾驶员请求手动换挡时发动机转速为每分钟3500转，则预定量可以是每分钟400转。
在一个示例中，当车辆10以每小时50英里行驶时，发动机16可以具有每分钟3300转的转速。如果驾驶员手动请求降挡，从而将车辆10置于手动换挡模式，则系统控制器11可以检查包括车辆速度、发动机转速和挡位数据的表。系统控制器11可以选择八个挡位中的将产生至少每分钟300转的发动机转速增加的最高挡位。如果实施挡位中的每一个将导致发动机转速的相关联的变化，则在车辆10以每小时50英里行驶的情况下，如下面的示例性表所定义，系统控制器11将选择挡位5。(在不同的发动机转速的情况下，对于八个挡位中的每一者，ΔRPM可能是不同的。)
Figure BDA0003411184050000061
Figure BDA0003411184050000071
表1，示例性虚拟挡位与ΔRPM
如果驾驶员替代地请求手动升挡，则系统控制器11可以选择八个挡位中的将产生至少每分钟300转的发动机转速减小的挡位：挡位7。
如果当请求手动换挡时发动机16是关闭的，则起动发动机并且可以再次选择八个传动比中的一者。在这些情况下，车辆速度用于做出该选择。
虚拟挡位 车辆速度(RPM)
1 0–10
2 11–20
3 21–30
4 31–40
5 41–50
6 51–60
7 61–70
8 71–90
表2，示例性虚拟挡位与车辆速度
一旦选择了挡位，系统控制器11就可以指示变速器控制模块15经由变速器14实施选定的挡位，使得输入轴18和输出轴38以由选定的挡位限定的传动比操作。还基于初始挡位和车辆速度来起动和命令发动机达到初始发动机转速。车辆可以包括多个查找表，用于在发动机关闭时确定初始挡位和发动机转速。查找表中的一个可以用于升挡，而另一个用于降挡。这些表基于车辆速度确定初始挡位和发动机转速。在给定的车辆速度下，与进入降挡相比，进入升挡的手动换挡模式将导致更高的初始挡位和更低的发动机转速。
描述了可以使用一个或多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施的代表性控制策略和/或逻辑。因此，示出的各种步骤或功能可以按所述的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管未总是明确地绘示，但是本领域的普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，可以重复执行设想的步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理次序不一定是实现本文中描述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。
本文所公开的过程、方法或算法可以能够输送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可作为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令来存储，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器(ROM)装置)上的信息以及可变更地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、光盘(CD)、随机存取存储器(RAM)装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法也可以软件可执行对象来实现。替代地，可以使用合适的硬件部件或者硬件、软件和固件部件的组合全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置。
参考图2，控制混合动力车辆的手动换挡模式的流程图200。控制200开始于接收将变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求202。在操作204处，控制器确定发动机的操作状态。如果发动机是关闭的，则控制转到操作206，并且将发动机起动请求发送到与发动机相关联的控制模块(例如，发动机控制模块)。在控制200中，无论驾驶员需求的扭矩、电池荷电状态或其他考虑因素如何，发动机都响应于换挡请求而起动。这确保了受激换挡的优质NVH。也就是说，即使在换挡请求时释放加速踏板，发动机也会起动。然后，控制转到操作208，并且控制器选择变速器的预定数量的虚拟离散传动比中的一者。在操作210处，将变速器换挡到选定的挡位。可以通过操作发电机50以使中心齿轮以建立变速器的选定传动比的速度旋转来将变速器换挡到选定挡位。在操作212处，控制器基于例如上述查找表来命令发动机的初始转速。如果发动机在换挡请求时是开启的，则控制转到操作214并且控制器禁止发动机停止。无论驾驶员需求的扭矩、电池荷电状态或其他考虑因素如何，这都将防止发动机停机。
尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。例如，还可以设想除图1所建议的混合动力车辆配置之外的混合动力车辆配置。此外，词语一个控制器和多个控制器可以互换使用，并且对一个控制器的任何引用是指一个或多个控制器。
在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。如先前描述，各个实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其他实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为就一个或多个期望的特性而言提供优点或优于其他实施例或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到，可以折衷一个或多个特征或特性以实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式期望的实施例不在本公开的范围外，并且对于特定应用可为期望的。
根据本发明，提供了一种动力传动系统，其具有：发动机；无级变速器，所述无级变速器包括联接到所述发动机的输入轴、输出轴、电机和齿轮传动装置，其中所述电机被配置为致动所述齿轮传动装置以改变所述输入轴与所述输出轴之间的传动比；以及控制器，所述控制器被编程为响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求并且所述发动机关闭，(i)无论驾驶员需求扭矩如何都命令起动所述发动机，以及(ii)操作所述电机以将所述变速器换挡到所述传动比中的所述一者。
根据一个实施例，所述命令起动所述发动机还包括以与所述传动比中的所述一者相关联的转速操作所述发动机。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为：响应于手动地将所述变速器降挡的请求并且所述发动机开启，以所述传动比中的一者操作所述变速器，使得所述发动机的转速增加至少预定量。
根据一个实施例，所述预定量取决于所述发动机的所述转速，使得随着所述转速减小，所述预定量减小。
根据一个实施例，所述操作所述电机还包括：增加或减小所述电机的转速来以所述预定数量的离散传动比中的所述一者操作所述变速器，使得所述发动机的初始转速基于所述车辆的速度。
根据一个实施例，本发明的特征还在于第二电机，所述第二电机通过第二齿轮传动装置可操作地联接到所述输出轴。
根据一个实施例，所述齿轮传动装置包括行星齿轮组。
根据一个实施例，所述行星齿轮组具有联接到所述电机的中心齿轮、联接到所述输出轴的环形齿轮以及联接到输入轴的行星齿轮架。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求并且所述发动机开启，禁止所述发动机停止。
根据本发明，提供了一种车辆，其具有：发动机；加速踏板；无级变速器，所述无级变速器包括电机和齿轮传动装置；以及控制器，所述控制器被编程为：在所述发动机关闭并且所述加速踏板被释放时手动地将所述无级变速器降挡的请求之后，(i)命令所述发动机起动到第一初始转速，以及(ii)操作所述电机以将所述无级变速器换挡到所述齿轮传动装置的预定数量的离散传动比中的第一离散传动比。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为：在所述发动机关闭并且所述加速踏板被释放时手动地将所述变速器升挡的请求之后，(i)命令所述发动机起动到小于所述第一转速的第二初始转速，以及(ii)操作所述电机以将所述变速器换挡到所述离散传动比中的高于所述第一传动比的第二传动比。
根据一个实施例，所述第一初始转速基于所述车辆的速度。
根据一个实施例，所述第一初始转速基于所述加速踏板的位置。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为：在所述发动机开启时手动地将所述变速器降挡的请求之后，操作所述电机以将所述变速器换挡到所述齿轮传动装置的所述预定数量的离散传动比中的第二离散传动比。
根据一个实施例，所述齿轮传动装置包括行星齿轮组。
根据一个实施例，所述行星齿轮组具有联接到所述电机的中心齿轮、联接到所述变速器的输出轴的环形齿轮以及联接到所述变速器的输入轴的行星齿轮架。
根据一个实施例，所述操作所述电机还包括：增加或减小所述电机的转速来以所述传动比中的所述第一传动比操作所述变速器。
根据本发明，提供了一种在无级变速的混合变速器中提供虚拟挡位的方法，其具有：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求，无论驾驶员需求车轮扭矩如何都起动发动机；以及操作电机以将所述变速器换挡到所述传动比中的所述一者。
根据一个实施例，所述起动所述发动机还包括以与所述传动比中的所述一者相关联的转速操作所述发动机。
根据一个实施例，所述转速基于车辆速度和所述驾驶员需求的车轮扭矩。

Claims (15)

1.一种动力传动系统，其包括：
发动机；
无级变速器，所述无级变速器包括联接到所述发动机的输入轴、输出轴、电机和齿轮传动装置，其中所述电机被配置为致动所述齿轮传动装置以改变所述输入轴与所述输出轴之间的传动比；和
控制器，所述控制器被编程为：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求并且所述发动机关闭，(i)无论驾驶员需求扭矩如何都命令所述发动机起动，以及(ii)操作所述电机以将所述变速器换挡到所述传动比中的所述一者。
2.如权利要求1所述的动力传动系统，其中所述命令起动所述发动机还包括以与所述传动比中的所述一者相关联的转速操作所述发动机。
3.如权利要求1所述的动力传动系统，其中所述控制器还被编程为：响应于手动地将所述变速器降挡的请求并且所述发动机开启，以所述传动比中的一者操作所述变速器，使得所述发动机的转速增加至少预定量。
4.如权利要求3所述的动力传动系统，其中所述预定量取决于所述发动机的所述转速，使得随着所述转速减小，所述预定量减小。
5.如权利要求1所述的动力传动系统，其中所述操作所述电机还包括：增加或减小所述电机的转速来以所述预定数量的离散传动比中的所述一者操作所述变速器，使得所述发动机的初始转速基于所述车辆的速度。
6.如权利要求1所述的动力传动系统，其还包括通过第二齿轮传动装置可操作地联接到所述输出轴的第二电机。
7.如权利要求1所述的动力传动系统，其中所述齿轮传动装置包括行星齿轮组。
8.如权利要求7所述的动力传动系统，其中所述行星齿轮组具有联接到所述电机的中心齿轮、联接到所述输出轴的环形齿轮以及联接到输入轴的行星齿轮架。
9.如权利要求1所述的动力传动系统，其中所述控制器还被编程为：响应于将所述变速器手动地换挡到预定数量的虚拟离散传动比中的一者的请求并且所述发动机开启，禁止所述发动机停止。
10.一种车辆，其包括：
发动机；
加速踏板；
无级变速器，所述无级变速器包括电机和齿轮传动装置；以及
控制器，所述控制器被编程为：在所述发动机关闭并且所述加速踏板被释放时手动地将所述无级变速器降挡的请求之后，(i)命令所述发动机起动到第一初始转速，以及(ii)操作所述电机以将所述无级变速器换挡到所述齿轮传动装置的预定数量的离散传动比中的第一离散传动比。
11.如权利要求10所述的车辆，其中所述控制器还被编程为：在所述发动机关闭并且所述加速踏板被释放时手动地将所述变速器升挡的请求之后，(i)命令所述发动机起动到小于所述第一转速的第二初始转速，以及(ii)操作所述电机以将所述变速器换挡到所述离散传动比中的高于所述第一传动比的第二传动比。
12.如权利要求10所述的车辆，其中所述第一初始转速基于所述车辆的速度。
13.如权利要求12所述的车辆，其中所述第一初始转速基于所述加速踏板的位置。
14.如权利要求10所述的车辆，其中所述控制器还被编程为：在所述发动机开启时手动地将所述变速器降挡的请求之后，操作所述电机以将所述变速器换挡到所述齿轮传动装置的所述预定数量的离散传动比中的第二离散传动比。
15.如权利要求10所述的车辆，其中所述齿轮传动装置包括行星齿轮组，并且其中所述行星齿轮组具有联接到所述电机的中心齿轮、联接到所述变速器的输出轴的环形齿轮以及联接到所述变速器的输入轴的行星齿轮架。
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