CN117279813A - 混合动力系统的换挡控制方法及混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

一种混合动力系统的换挡控制方法，其包括如下步骤：空挡步骤，其中在使离合器分离并且电机的扭矩降低到零之后，控制变速器使变速器处于空挡状态；速度控制步骤，其中在变速器处于空挡状态之后，控制离合器使离合器接合，并且控制电机的扭矩，以使电机的速度和发动机的速度实现同步并且接近目标速度；以及挂挡步骤，其中在电机的速度和发动机的速度与目标速度大致相同之后，控制变速器使变速器完成向目标齿轮挂挡。上述换挡控制方法大幅缩短了换挡时间，从而减小甚至消除了由于换挡时间过长对车辆的加速性能、充电效率和行驶性能造成的不利影响。还提供了一种采用上述换挡控制方法的混合动力系统。

Description

混合动力系统的换挡控制方法及混合动力系统 技术领域
本申请涉及车辆领域，更具体地涉及一种混合动力系统的换挡控制方法及采用该换挡控制方法的混合动力系统。
背景技术
图1示出了一种用于车辆的混合动力系统的拓扑结构示意图，该混合动力系统包括一个发动机ICE、一个电机EM、一个离合器C以及变速器T。
发动机ICE的输出轴经由离合器C与电机EM的输入/输出轴相连。当离合器C接合时，发动机ICE的输出轴与电机EM的输入/输出轴实现传动联接；当离合器C分离时，发动机ICE的输出轴与电机EM的输入/输出轴解除上述传动联接。电机EM的输入/输出轴与变速器T的输入轴以同轴的方式直接连接，使得电机EM的输入/输出轴与变速器T的输入轴始终传动联接。变速器T除了包括输入轴之外还包括必要的传动机构(例如输出轴、同步器和多组齿轮)。在该混合动力系统中，发动机ICE与变速器T的输入轴受控地传动联接，电机EM与变速器T的输入轴始终传动联接。这样，上述混合动力系统具有所谓的P2架构。
在图1所示的混合动力系统中，当变速器根据需要进行换挡时，可以采用现有的换挡控制方法进行换挡。图2中示出了采用现有的换挡控制方法换挡过程中混合动力系统中各部件的参数随时间变化的曲线，其中横坐标表示时间。以下根据附图对上述现有的换挡控制方法进行说明。
如图2所示，设开始执行该方法的时间点为a点(以下各点均为时间点)，设发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量减小到零的时间点为b点。在从a点开始到b点的时间段内(图2中a→b)，发动机ICE的扭矩首 先逐渐减小，之后电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量逐渐减小，发动机ICE的速度和电机EM的速度逐渐增大。在b点，发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量减小到零。
进一步地，设变速器T转变为空挡状态的时间点为c点，在从b点开始到c点的时间段内(图2中b→c)，发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量保持为零。变速器控制单元控制变速器T，使得变速器T中已接合的同步器和挡位齿轮解除接合，从而变速器T转变为空挡状态。在该时间段内，发动机ICE的速度略增大，而电机EM的速度已经开始减小。
进一步地，设电机EM的速度接近目标速度并且电机EM的速度与目标速度的差值缩小到预定值的时间点为d点。在从c点开始到d点的时间段内(图2中c→d)，发动机ICE的扭矩和离合器C的扭矩容量保持为零，通过控制电机EM的扭矩使得电机EM的速度逐渐接近目标速度(图2中的虚线所示)。目标速度是根据变速器T的输出轴的速度计算得到的。在d点，电机EM的速度保持接近目标速度的趋势，并且电机EM的速度与目标速度的差值缩小到预定值，此时变速器控制单元控制变速器开始进行挂挡。另外，在上述时间段内，发动机ICE的速度逐渐增大，并未受到影响。
进一步地，设变速器T完成挂挡之后电机EM的速度与目标速度相等的时间点为e点。在从d点开始到e点的时间段内(图2中d→e)，发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量保持为零，变速器T中的同步器与对应的挡位齿轮接合，实现挂挡。在上述阶段中，电机EM的速度逐渐接近目标速度，最终在e点，电机EM的速度与目标速度实现大致同步。
进一步地，设发动机ICE的速度接近目标速度并且发动机ICE的速度与目标速度的差值缩小到预定值的时间点为f点。在从e点开始到f点的时间段内(图2中e→f)，离合器处于滑摩状态，电机EM的扭矩增大到一定值之后保持不变，发动机ICE的扭矩保持为零，利用电机EM带动发动机的速度逐渐接近 目标速度。在上述时间段内，电机EM的速度与目标速度同步并逐渐增大。
进一步地，设发动机ICE的速度与目标速度的同步且离合器转变为接合状态的时间点为g点。在从f点开始到g点的时间段内(图2中f→g)，离合器C处于滑摩状态，电机EM的扭矩保持不变，发动机ICE的扭矩保持为零。利用电机EM带动发动机ICE，使得发动机ICE的速度逐渐接近电机EM的速度并且两者最终实现同步，离合器C最终从滑摩状态转变为接合状态。在上述时间段内，电机EM的速度与目标速度同步并逐渐增大。
进一步地，设发动机ICE的扭矩增大到预定值的时间点为h点。从g点开始到h点的时间段内(图2中g→h)，离合器C处于接合状态，电机EM的扭矩逐渐增大到预定值之后保持不变，发动机ICE的扭矩也逐渐增大到预定值。在上述时间段内，电机EM的速度和发动机ICE的速度与目标速度同步并逐渐增大。
在上述的换挡控制方法中，由于电机EM的速度和发动机ICE的速度按时间顺序接近目标速度，这样换挡时间过长，可能导致多个问题。首先，可能导致车辆在换挡过程中加速性能受到较大的不良影响；其次，可能导致连续换挡的情况下两次换挡之间的间隔时间很短，造成频繁换挡，从而对车辆的驾驶性能造成不良影响；再次，在混合动力系统处于并联驱动模式时可能对电池充电的效率造成不良影响，从而出现电池的电能不足的问题；最后，如果混合动力系统没有其它附加动力源，则在换挡过程中会出现较长时间的动力中断现象，从而对车辆的驾驶性能造成不良影响。
申请内容
基于上述现有技术的缺陷而做出了本申请。本申请的一个目的在于提供一种混合动力系统的换挡控制方法，其与背景技术中说明的换挡控制方法相比能够显著缩短换挡时间。本申请的另一个目的在于提供一种采用上述换挡 控制方法的混合动力系统。
为了实现上述申请目的，本申请采用如下的技术方案。
本申请提供了一种如下的混合动力系统的换挡控制方法，所述混合动力系统包括发动机、电机、离合器和变速器，所述发动机经由所述离合器与所述变速器的输入轴受控地传动联接，所述电机与所述变速器的输入轴始终传动联接，所述换挡控制方法包括如下步骤：
空挡步骤，其中在使所述离合器分离并且所述电机的扭矩降低到零之后，控制所述变速器使所述变速器处于空挡状态；
速度控制步骤，其中在所述变速器处于所述空挡状态之后，控制所述离合器使所述离合器接合，并且控制所述电机的扭矩，以使所述电机的速度和所述发动机的速度实现同步并且接近目标速度；以及
挂挡步骤，其中在所述电机的速度和所述发动机的速度与所述目标速度大致相同之后，控制所述变速器使所述变速器完成向目标齿轮挂挡。
在一个可选的方案中，在执行所述速度控制步骤期间，控制所述电机的扭矩，使得在任意时间点所述电机的扭矩等于第一前馈扭矩T1、第二前馈扭矩T2和反馈扭矩T3之和，
其中，所述第一前馈扭矩T1为当前时间点用于驱动所述发动机使得所述发动机的速度接近所述电机的速度的扭矩，所述第二前馈扭矩T2为当前时间点用于使所述发动机的速度和所述电机的速度两者接近所述目标速度的扭矩，所述反馈扭矩T3为利用PID控制方法基于当前时间点所述目标速度与所述电机的速度的差值计算得到的反馈扭矩。
在另一个可选的方案中，所述第一前馈扭矩T1满足T1＝Tc，其中，Tc等于当前时间点所述离合器的扭矩容量，
所述第二前馈扭矩T2满足T2＝J×W/T，其中，J是所述电机的转动惯量和所述发动机的转动惯量之和，W是当前时间点所述电机的速度和所述目标 速度之间的差值，T是目标同步时间，
所述反馈扭矩T3满足T3＝Kp×Δw(t)+Ki×∫Δw(t)dt+Kd×dΔw(t)/dt，其中，Δw(t)是所述目标速度与所述电机的速度之间的差值随时间t变化的函数，∫Δw(t)dt为函数Δw(t)在预定时间范围内的积分值，dΔw(t)/dt为函数Δw(t)相对于时间t的微分，Kp为所述PID控制的比例系数，Ki为所述PID控制的积分系数，Kd为所述PID控制的微分系数。
在另一个可选的方案中，在所述发动机的速度与所述电机的速度大致同步之后，控制所述电机的扭矩，使得所述第一前馈扭矩T1降低为零。
在另一个可选的方案中，在所述发动机的速度和所述电机的速度同步且两者与所述目标速度之间的差值小于预定值之后，控制所述电机的扭矩，使得所述第二前馈扭矩T2降低为零。
在另一个可选的方案中，在所述变速器未完成向所述目标齿轮挂挡之前，始终存在所述反馈扭矩T3，以使得所述电机的速度和所述发动机的速度两者始终接近所述目标速度。
在另一个可选的方案中，在执行所述空挡步骤期间，在使所述离合器的扭矩容量减小之前，先控制所述发动机使所述发动机的扭矩逐渐减小，从而使得所述离合器的扭矩容量始终大于所述发动机的扭矩直至所述离合器分离。
在另一个可选的方案中，根据所述变速器的输出轴的速度计算得出所述目标速度。
在另一个可选的方案中，在所述挂挡步骤完成之后，所述换挡控制方法还包括扭矩控制步骤，其中控制所述电机和所述发动机，使得所述电机的扭矩和所述发动机的扭矩增大。
本申请还提供了一种如下的混合动力系统，所述混合动力系统包括发动机、电机、离合器和变速器，所述发动机经由所述离合器与所述变速器的输 入轴受控地传动联接，所述电机与所述变速器的输入轴始终传动联接，所述混合动力系统还包括控制装置，所述控制装置包括发动机控制单元、电机控制单元、辅助控制单元和变速器控制单元，
所述控制装置向对应的控制单元发送控制指令实现如下步骤：在所述辅助控制单元使所述离合器分离且所述电机控制单元控制所述电机的扭矩降低到零之后，所述变速器控制单元控制所述变速器使所述变速器处于空挡状态；在所述变速器处于所述空挡状态之后，所述辅助控制单元控制所述离合器使所述离合器接合，并且所述电机控制单元控制所述电机的扭矩，以使所述电机的速度和所述发动机的速度实现同步并且接近目标速度；以及在所述电机的速度和所述发动机的速度与所述目标速度大致相同之后，所述变速器控制单元控制所述变速器使所述变速器完成向目标齿轮挂挡。
在一个可选的方案中，在所述电机控制单元控制所述电机的扭矩以使所述电机的速度和所述发动机的速度实现同步并且接近目标速度的过程中，所述电机控制单元控制所述电机的扭矩，使得在任意时间点所述电机的扭矩等于第一前馈扭矩T1、第二前馈扭矩T2和反馈扭矩T3之和，
其中，所述第一前馈扭矩T1为当前时间点用于驱动所述发动机使得所述发动机的速度接近所述电机的速度的扭矩，所述第二前馈扭矩T2为当前时间点用于使所述发动机的速度和所述电机的速度两者接近所述目标速度的扭矩，所述反馈扭矩T3为利用PID控制方法基于当前时间点所述目标速度与所述电机的速度的差值计算得到的反馈扭矩。
在另一个可选的方案中，在所述发动机的速度与所述电机的速度大致同步之后，所述电机控制单元控制所述电机的扭矩，使得所述第一前馈扭矩T1降低为零。
在另一个可选的方案中，在所述发动机的速度和所述电机的速度同步且两者与所述目标速度之间的差值小于预定值之后，所述电机控制单元控制所 述电机的扭矩，使得所述第二前馈扭矩T2降低为零。
在另一个可选的方案中，在所述变速器未完成向所述目标齿轮挂挡之前，所述电机控制单元控制所述电机的扭矩，使得始终存在所述反馈扭矩T3，以使所述电机的速度和所述发动机的速度两者始终接近所述目标速度。
在另一个可选的方案中，在所述辅助控制单元使所述离合器的扭矩容量减小之前，所述发动机控制单元先控制所述发动机使所述发动机的扭矩逐渐减小，从而使得所述离合器的扭矩容量始终大于所述发动机的扭矩直至所述离合器分离。
在另一个可选的方案中，在所述变速器控制单元控制所述变速器使所述变速器完成向目标齿轮挂挡之后，所述电机控制单元控制所述电机且所述发动机控制单元所述发动机，使得所述电机的扭矩和所述发动机的扭矩增大。
在另一个可选的方案中，所述混合动力系统还包括附加电机，在所述混合动力系统的驱动扭矩的传递路径上，所述附加电机设置于所述变速器的下游。
通过采用上述技术方案，本申请提供了一种混合动力系统的换挡控制方法及采用上述换挡控制方法的混合动力系统。该混合动力系统包括发动机、电机、离合器和变速器，发动机经由离合器与变速器的输入轴受控地传动联接，电机与变速器的输入轴始终传动联接。进一步地，针对上述混合动力系统，根据本申请的换挡控制方法包括空挡步骤、速度控制步骤和挂挡步骤。在空挡步骤中，在使离合器分离并且电机的扭矩降低到零之后，控制变速器使变速器处于空挡状态。在速度控制步骤中，在变速器处于空挡状态之后，使离合器接合并且控制电机的扭矩，以使电机的速度和发动机的速度实现同步并且接近目标速度。在挂挡步骤中，在电机的速度和发动机的速度与目标速度之间的差值达到预定值之后，控制变速器使变速器实现向目标齿轮挂挡。
如上所述，在背景技术中说明的现有的换挡控制方法中，在不同的时间段，分别实现电机的速度与目标速度同步和发动机的速度与目标速度同步。与之相比，在根据本申请的换挡控制方法中，通过控制电机的扭矩，能够在使电机的速度接近目标速度的同时使得发动机的速度也接近目标速度，最终实现电机的速度和发动机的速度与目标速度在基本相同的时间实现同步。这样，大幅缩短了混合动力系统的换挡时间，从而减小甚至消除了背景技术中由于换挡时间过长对车辆的加速性能、充电效率和行驶性能造成的不利影响。
附图说明
图1是示出了一种具有P2架构的混合动力系统的拓扑结构示意图。
图2是示出了图1中的混合动力系统采用现有的换挡控制方法进行换挡的过程中各部件的参数随时间变化的曲线的示意图，图中的横坐标表示时间。
图3是示出了图1中的混合动力系统采用根据本申请的一实施例的换挡控制方法进行换挡的过程中各部件的参数随时间变化的曲线的示意图，图中的横坐标表示时间。
图4是示出了图1中的混合动力系统采用根据本申请的一实施例的换挡控制方法进行换挡的过程中部分参数随时间变化的曲线的示意图，其中主要示出了在执行速度控制步骤的时间期限内部分参数随时间变化的曲线，图中的横坐标表示时间。
图5是示出了实现根据本发明的一实施例的换挡控制方法的换挡控制系统的控制装置的结构的示意图。
附图标记说明
ICE发动机 C离合器 EM电机 T变速器，
ECU发动机控制单元 PEU电机控制单元 TCU变速器控制单元 HCU混合动力控制单元 ACU辅助控制单元。
具体实施方式
下面参照附图描述本申请的示例性实施例。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本申请，而不用于穷举本申请的所有可行的方式，也不用于限制本申请的范围。
在本申请中，如无特殊说明，“传动联接”是指两个部件之间能够传递驱动力/扭矩地连接，这两个部件可以直接连接，或者经由其它机构间接地连接，以在二者之间传递驱动力/扭矩。
在本申请中，如无特殊说明，所有的“点”均表示时间点。
在本申请中，如无特殊说明，“速度”均是指转速。例如，发动机的速度是指发动机的转速，电机的速度是指电机的转速。
在本申请中，如图特殊说明，“逐渐”表示参数大致线性地连续变化。
具体地，在图1所示的具有P2架构的混合动力系统中，发动机ICE经由离合器C与变速器T的输入轴受控地传动联接，电机EM与变速器T的输入轴始终传动联接。
在图1所示的混合动力系统中，当变速器根据需要进行换挡时，可以采用根据本申请的一实施例的换挡控制方法进行换挡。图3和图4中示出了采用该方法过程中混合动力系统中各部件的参数随时间变化的曲线，其中横坐标表示时间。以下根据附图对本申请的换挡控制方法进行说明。总体来说，根据本申请的一实施例的换挡控制方法包括空挡步骤(图3中a→c)、速度控制步骤(图3中c→d)、挂挡步骤(图3中d)和扭矩控制步骤(图3中d→e)。
如图3所示，设开始执行根据本申请的一实施例的换挡控制方法的时间点为a点(以下各点均为时间点)，设发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离 合器C的扭矩容量减小到零的时间点为b点。在从a点开始到b点的时间段内(图3中a→b)，发动机ICE的扭矩首先逐渐减小，之后电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量逐渐减小。在b点，发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量减小到零。在上述时间段内，离合器C从接合状态转变成滑摩状态最后实现分离，而且在这个过程中使发动机ICE的扭矩始终小于离合器C的扭矩容量，从而防止发动机ICE的扭矩过大导致发动机ICE本身的速度不期望地增大。在上述时间段内，发动机ICE的速度和电机EM的速度逐渐增大。
进一步地，设变速器T转变为空挡状态的时间点为c点，在从b点开始到c点的时间段内(图3中b→c)，发动机ICE的扭矩、电机EM的扭矩和离合器C的扭矩容量保持为零。变速器控制单元控制变速器T进行动作，使得变速器T中已接合的同步器和挡位齿轮解除接合，从而变速器T实现空挡状态。在这个阶段中，发动机ICE的速度和电机EM的速度已经开始逐渐减小。
进一步地，设发动机ICE的速度和电机EM的速度实现同步且接近目标速度(图3中的虚线所示)，发动机ICE的速度和电机EM的速度与目标速度的差值缩小到预定值(例如大致为零)的时间点为d点。在从c点开始到d点的时间段内(图3中c→d)，发动机ICE的扭矩保持为零；离合器C的逐渐接合使得扭矩容量逐渐增大，并最终处于接合状态并保持在该接合状态；通过控制电机EM的扭矩(特殊的扭矩控制逻辑)，使得发动机ICE的速度和电机EM的速度逐渐实现同步并且两者一起逐渐接近目标速度。目标速度是根据变速器T的输出轴的速度计算得到的。在d点，发动机ICE的速度和电机EM的速度已经实现同步，两者与目标速度也基本趋于同步，此时变速器控制单元控制变速器T进行并完成挂挡。
关于上述特殊的扭矩控制逻辑，参照图4进行说明。图4中以更高的分辨率示出了图3中从b点开始到d点的时间段内各参数随时间变化的曲线图。在 图4中，a’点基本对应图3中的b点，e’点对应图3中的d点。
如图4所示，设b’点为变速器T转变为空挡状态之后开始执行特殊扭矩控制逻辑的时间点。在从a’点到b’点的时间段内(图4中a’→b’)，变速器T进行动作以实现空挡，在b’点变速器T已经转变为空挡状态，之后需要使发动机ICE的速度和电机EM的速度实现同步且两者与目标速度大致同步，通过特殊的扭矩控制逻辑来控制电机EM的扭矩，来实现这种速度同步。具体地，在从b’点开始到e’点的时间段内，在任意时间点，利用上述特殊的扭矩控制逻辑使得电机EM的扭矩等于第一前馈扭矩T1、第二前馈扭矩T2和反馈扭矩T3之和。
第一前馈扭矩T1为当前时间点用于驱动发动机ICE使得发动机ICE的速度接近电机EM的速度的扭矩。第一前馈扭矩T1满足T1＝Tc，其中Tc等于在当前时间点离合器C的扭矩容量。随着发动机ICE的速度与电机EM的速度逐渐接近，在发动机ICE的速度与电机EM的速度大致同步的时间点，即c’点，控制电机EM的扭矩使得第一前馈扭矩T1变为零。
第二前馈扭矩T2为当前时间点用于使发动机ICE的速度和电机EM的速度两者接近目标速度的扭矩。第二前馈扭矩T2满足T2＝J×W/T，其中J是电机EM的转动惯量和发动机ICE的转动惯量之和，W是当前时间点电机EM的速度和目标速度之间的差值，T是目标同步时间(T为时间段，根据试验得出的经验值，与对不同的挡位进行换挡时T的大小可以不同)。在发动机ICE的速度和电机EM的速度同步之后且两者与目标速度之间的差值小于预定值的时间点，即d’点，控制电机EM的扭矩，使得第二前馈扭矩T2变为零。实际上，在从b’点到d’点的时间段内(图4中b’→d’)，由于电机EM的速度与目标速度逐渐接近，第二前馈扭矩T2一直在逐渐减小。
反馈扭矩T3为利用PID控制方法(比例积分微分控制方法)基于当前时间点目标速度与电机EM的速度的差值计算得到的反馈扭矩。反馈扭矩 T3＝Kp×Δw(t)+Ki×∫Δw(t)dt+Kd×dΔw(t)/dt，其中Δw(t)是目标速度与电机EM的速度之间的差值随时间t变化的函数，∫Δw(t)dt为函数Δw(t)在预定时间范围(一般是开始执行PID控制的时间点到当前时间点的时间范围)内的积分值，dΔw(t)/dt为函数Δw(t)相对于时间t的微分，Kp为PID控制的比例系数，Ki为PID控制的积分系数，Kd为PID控制的微分系数。上述比例系数、积分系数和微分系数可以在混合动力系统的样品系统中试验得到或者还可以利用仿真实验得到。在变速器T未完成向目标齿轮挂挡之前，始终存在反馈扭矩，以使得电机EM的速度和发动机ICE的速度始终接近目标速度。这样，在进行挂挡的过程中，使得挂挡过程平稳而不会出现不期望的冲击。
进一步地，设发动机ICE的扭矩和电机EM的扭矩分别增大到预定值的时间点为e点。从d点开始到e点的时间段内(图3中d→e)，离合器C处于接合状态，电机EM的扭矩逐渐增大到预定值之后保持不变，发动机ICE的扭矩也逐渐增大到预定值。在上述阶段中，电机EM的速度和发动机ICE的速度与目标速度同步并逐渐增大。
这样，在上述换挡过程中通过控制电机EM的扭矩来同时调节发动机ICE的速度和电机EM的速度两者，从而减少了使得发动机ICE的速度、电机EM的速度和目标速度三者同步所需的时间，进而大大缩短了换挡时间。综上，通过采用上述的技术方案，根据本申请的混合动力系统的换挡控制方法缩短了换挡时动力中断的时间，改善了驾驶性能且弱化了由于换挡导致的振动。
以上详细地说明了根据本发明的混合动力系统的换挡控制方法，以下将说明用于采用该换挡控制方法的混合控制系统。
本申请还提供了一种采用上述换挡控制方法的混合动力系统，该混合动力系统可以包括如图1所示的结构。通过采用上述换挡控制方法，根据本申请的混合动力系统能够实现同样的效果。
进一步地，该混合动力系统还包括实现上述换挡控制方法的控制装置。如图5所示，控制装置包括发动机控制单元ECU、电机控制单元PEU、辅助 控制单元ACU、变速器控制单元TCU和混合动力控制单元HCU。发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、辅助控制单元ACU和电机控制单元PEU均与混合动力控制单元HCU双向数据连通，使得发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、辅助控制单元ACU和电机控制单元PEU均能够将相应参数发送到混合动力控制单元HCU，并且混合动力控制单元HCU能够将控制指令发送到发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、辅助控制单元ACU和电机控制单元PEU，从而控制发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、辅助控制单元ACU和电机控制单元PEU进行作业。
在本实施例中，变速器控制单元TCU能够控制图1中的混合动力系统的变速器T的挡位齿轮与变速器T的对应的同步啮合机构接和断开接合。这样，在上述换挡控制方法的空挡步骤和挂挡步骤中，该变速器控制单元TCU能够控制挡位齿轮与对应的同步啮合机构接合和断开接合。
在本实施例中，电机控制单元PEU能够控制图1中的混合动力系统的电机EM进行扭矩调节和速度调节。例如，在上述换挡控制方法的速度控制步骤中，电机控制单元PEU能够控制电机EM进行扭矩调节，使得电机EM的速速和发动机ICE的速度实现同步并且接近目标速度；在上述换挡控制方法的扭矩控制步骤中，电机控制单元PEU能够控制电机EM进行扭矩调节，使得电机EM的扭矩增大。
在本实施例中，辅助控制单元ACU能够控制离合器C的扭矩容量的变化和离合器C的接合/分离。
在本实施例中，发动机控制单元ECU能够控制图1中的混合动力系统的发动机ICE进行扭矩调节和速度调节。例如，在上述换挡控制方法的空挡步骤中，发动机控制单元ECU能够控制发动机ICE进行扭矩调节，使得发动机ICE的扭矩始终小于离合器C的扭矩容量；在上述换挡控制方法的扭矩控制步骤中，发动机控制单元ECU能够控制发动机ICE进行扭矩调节，使得发动机ICE的扭矩增大。
这样，根据本发明的混合动力系统的结构可以概括如下。混合动力系统 包括如图1所示的发动机ICE、电机EM、离合器C和变速器T。发动机ICE经由离合器C与变速器T的输入轴受控地传动联接，电机EM与变速器T的输入轴始终传动联接。该混合动力系统还包括控制装置，控制装置包括发动机控制单元ECU、电机控制单元PEU、辅助控制单元ACU和变速器控制单元TCU。控制装置(例如混合动力控制单元HCU)向对应的控制单元发送控制指令实现如下步骤：在辅助控制单元ACU使离合器C分离且电机控制单元PEU控制电机EM的扭矩降低到零之后，变速器控制单元TCU控制变速器T使变速器T处于空挡状态；在变速器T处于空挡状态之后，辅助控制单元ACU控制离合器C使离合器C接合，并且电机控制单元PEU控制电机EM的扭矩，以使电机EM的速度和发动机ICE的速度实现同步并且接近目标速度；以及在电机EM的速度和发动机ICE的速度与目标速度大致相同之后，变速器控制单元TCU控制变速器T使变速器T完成向目标齿轮挂挡。除此之外，在实现上述换挡控制方法的更具体的步骤中，各控制单元在控制装置的控制下对相应的对象进行如换挡控制方法中所述的具体操作，来实现上述换挡控制方法。
在以上的内容中对本申请的具体实施方式进行了详细的阐述，以下进行补充说明。
i.在执行本申请的换挡控制方法的过程中，通过特殊的扭矩控制逻辑来控制电机的扭矩，从而使电机的速度和发动机的速度同时接近目标速度，并且在相同的时刻与目标速度实现同步。这样，能够大幅缩短换挡时间。
ii.能够采用根据本申请的换挡控制方法的混合动力系统不限于图1中所示的具有P2架构的混合动力系统，还可以是其它混合动力系统。例如，根据本申请的换挡控制方法可以应用于具有P2和P3架构的混合动力系统，还可以应用于具有P2和P4架构的混合动力系统。在具有P2和P3架构的混合动力系统中除了具有上述电机EM，还具有与变速器T的输入轴可以经由中间齿轮始终传动联接的附加电机。在具有P2和P4架构的混合动力系统中除了具有上述电机EM，还具有例如轮毂电机的附加电机。也就是说，在根据本申请的混合动力系统的用于驱动车轮转动的驱动扭矩的传递路径上，附加电机设置于 变速器的下游。这样，利用附加电机能够在换挡过程中提供驱动扭矩，从而避免出现动力中断的现象。
iii.用于实现上述换挡控制方法的装置不限制于上述具体实施方式中说明的控制装置，可以单独设置一个独立的换挡控制装置来完成该换挡控制方法。

Claims (17)

  1. 一种混合动力系统的换挡控制方法，所述混合动力系统包括发动机、电机、离合器和变速器，所述发动机经由所述离合器与所述变速器的输入轴受控地传动联接，所述电机与所述变速器的输入轴始终传动联接，所述换挡控制方法包括如下步骤：
    空挡步骤，其中在使所述离合器分离并且所述电机的扭矩降低到零之后，控制所述变速器使所述变速器处于空挡状态；
    速度控制步骤，其中在所述变速器处于所述空挡状态之后，控制所述离合器使所述离合器接合，并且控制所述电机的扭矩，以使所述电机的速度和所述发动机的速度实现同步并且接近目标速度；以及
    挂挡步骤，其中在所述电机的速度和所述发动机的速度与所述目标速度大致相同之后，控制所述变速器使所述变速器完成向目标齿轮挂挡。
  2. 根据权利要求1所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在执行所述速度控制步骤期间，控制所述电机的扭矩，使得在任意时间点所述电机的扭矩等于第一前馈扭矩T1、第二前馈扭矩T2和反馈扭矩T3之和，其中，所述第一前馈扭矩T1为当前时间点用于驱动所述发动机使得所述发动机的速度接近所述电机的速度的扭矩，所述第二前馈扭矩T2为当前时间点用于使所述发动机的速度和所述电机的速度两者接近所述目标速度的扭矩，所述反馈扭矩T3为利用PID控制方法基于当前时间点所述目标速度与所述电机的速度的差值计算得到的反馈扭矩。
  3. 根据权利要求2所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，
    所述第一前馈扭矩T1满足T1＝Tc，其中，Tc等于当前时间点所述离合器的扭矩容量，
    所述第二前馈扭矩T2满足T2＝J×W/T，其中，J是所述电机的转动惯量和所述发动机的转动惯量之和，W是当前时间点所述电机的速度和所述目标速度之间的差值，T是目标同步时间，
    所述反馈扭矩T3满足T3＝Kp×Δw(t)+Ki×∫Δw(t)dt+Kd×dΔw(t)/dt，其中，Δw(t)是所述目标速度与所述电机的速度之间的差值随时间t变化的函数，∫Δw(t)dt为函数Δw(t)在预定时间范围内的积分值，dΔw(t)/dt为函数Δw(t)相对于时间t的微分，Kp为所述PID控制的比例系数，Ki为所述PID控制的积分系数，Kd为所述PID控制的微分系数。
  4. 根据权利要求2或3所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述发动机的速度与所述电机的速度大致同步之后，控制所述电机的扭矩，使得所述第一前馈扭矩T1降低为零。
  5. 根据权利要求2至4中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述发动机的速度和所述电机的速度同步且两者与所述目标速度之间的差值小于预定值之后，控制所述电机的扭矩，使得所述第二前馈扭矩T2降低为零。
  6. 根据权利要求2至5中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述变速器未完成向所述目标齿轮挂挡之前，始终存在所述反馈扭矩T3，以使得所述电机的速度和所述发动机的速度两者始终接近所述目标速度。
  7. 根据权利要求1至6中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在执行所述空挡步骤期间，在使所述离合器的扭矩容量减小之前，先控制所述发动机使所述发动机的扭矩逐渐减小，从而使得所述离合器的扭矩容量始终大于所述发动机的扭矩直至所述离合器分离。
  8. 根据权利要求1至7中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，根据所述变速器的输出轴的速度计算得出所述目标速度。
  9. 根据权利要求1至8中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述挂挡步骤完成之后，所述换挡控制方法还包括扭矩控制步骤，其中控制所述电机和所述发动机，使得所述电机的扭矩和所述发动机的 扭矩增大。
  10. 一种混合动力系统，所述混合动力系统包括发动机、电机、离合器和变速器，所述发动机经由所述离合器与所述变速器的输入轴受控地传动联接，所述电机与所述变速器的输入轴始终传动联接，所述混合动力系统还包括控制装置，所述控制装置包括发动机控制单元(ECU)、电机控制单元(PEU)、辅助控制单元(ACU)和变速器控制单元(TCU)，
    所述控制装置向对应的控制单元发送控制指令实现如下步骤：在所述辅助控制单元(ACU)使所述离合器分离且所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩降低到零之后，所述变速器控制单元(TCU)控制所述变速器使所述变速器处于空挡状态；在所述变速器处于所述空挡状态之后，所述辅助控制单元(ACU)控制所述离合器使所述离合器接合，并且所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩，以使所述电机的速度和所述发动机的速度实现同步并且接近目标速度；以及在所述电机的速度和所述发动机的速度与所述目标速度大致相同之后，所述变速器控制单元(TCU)控制所述变速器使所述变速器完成向目标齿轮挂挡。
  11. 根据权利要求10所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩以使所述电机的速度和所述发动机的速度实现同步并且接近目标速度的过程中，所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩，使得在任意时间点所述电机的扭矩等于第一前馈扭矩T1、第二前馈扭矩T2和反馈扭矩T3之和，
    其中，所述第一前馈扭矩T1为当前时间点用于驱动所述发动机使得所述发动机的速度接近所述电机的速度的扭矩，所述第二前馈扭矩T2为当前时间点用于使所述发动机的速度和所述电机的速度两者接近所述目标速度的扭矩，所述反馈扭矩T3为利用PID控制方法基于当前时间点所述目标速度与所述电机的速度的差值计算得到的反馈扭矩。
  12. 根据权利要求10或11所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述发动机的速度与所述电机的速度大致同步之后，所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩，使得所述第一前馈扭矩T1降低为零。
  13. 根据权利要求10至12中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述发动机的速度和所述电机的速度同步且两者与所述目标速度之间的差值小于预定值之后，所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩，使得所述第二前馈扭矩T2降低为零。
  14. 根据权利要求10至13中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述变速器未完成向所述目标齿轮挂挡之前，所述电机控制单元(PEU)控制所述电机的扭矩，使得始终存在所述反馈扭矩T3，以使所述电机的速度和所述发动机的速度两者始终接近所述目标速度。
  15. 根据权利要求10至14中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述辅助控制单元(ACU)使所述离合器的扭矩容量减小之前，所述发动机控制单元(ECU)先控制所述发动机使所述发动机的扭矩逐渐减小，从而使得所述离合器的扭矩容量始终大于所述发动机的扭矩直至所述离合器分离。
  16. 根据权利要求10至15中任一项所述的混合动力系统的换挡控制方法，其特征在于，在所述变速器控制单元(TCU)控制所述变速器使所述变速器完成向目标齿轮挂挡之后，所述电机控制单元(PEU)控制所述电机且所述发动机控制单元(ECU)所述发动机，使得所述电机的扭矩和所述发动机的扭矩增大。
  17. 根据权利要求10至16中任一项所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统还包括附加电机，在所述混合动力系统的驱动扭矩的传递路径上，所述附加电机设置于所述变速器的下游。
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