用于混合动力自动变速箱中能量率平衡的系统和方法
【专利说明】用于混合动力自动变速箱中能量率平衡的系统和方法
[0001] 相关申请的夺叉引用
[0002] 本申请要求享有2013年3月15日提交的美国临时申请61/786, 669的优先权，其 全部内容通过引用并入到本文中。
【背景技术】
[0003] 本发明大体上涉及一种混合动力车辆传动系，且特别涉及一种调节传动系的扭矩 输出以匹配目标功率分布（target power profile)的方法。
[0004] 在过去的几年里，由二氧化碳浓度上升造成的全球气候变化以及油料供应短缺受 到日益增多的关注。结果，汽车制造商和消费者对具有低排放和高燃料效率的机动车产生 了极大的兴趣。一个可行的选择是混合动力电动车，其允许由电动机、内燃机或是二者的组 合来驱动车辆。
[0005] 混合动力传动系（hybrid drive trains)中的变速箱通过传递和操纵扭矩而发挥 很多功能，以便将扭矩提供给输出构件。驾驶员通过启动加速器、制动踏板以及辅助制动选 择器来指令发动机和/或电动机提供需要的功率（power)到车辆传动系。变速箱被寄希望 精确地执行驾驶员的指令。由于变速箱改变传动比，驾驶员的意图不是总能够实现。变速 箱中的换挡常常会造成传动系功率输出值的紊乱。所述紊乱表现为驾驶员和乘客可感知到 的振动。这样的紊乱会造成驾驶员和乘客不舒服，或者还会产生不期望的驾驶体验。
[0006] 混合动力车辆传动系为基于使用者的特定需求来调整功率输出值提供了附加的 选择。例如，可调整功率分布来提供多种不同的功能，例如优化燃料经济性、加速度最大化、 减小或消除换挡产生的振动，或者针对驾驶员和乘客的舒适性而使传动系功率分布变得平 稳。然而，在将传动系功率输入转换为期望的传动系功率时存在一些问题。
[0007] 因此，需要在该领域中进行改进。
【发明内容】
[0008] 这里所描述的混合动力系统（hybrid system)解决了上面提到的一些问题以及其 他的问题。在一个实施例中，用于操作包括具有变速箱和功率源（power source)的传动系 的混合动力车辆的方法包括下列步骤：接收驾驶员输入的指令、确定车辆的当前状态、确定 传动系的损耗参数、根据输入指令建立目标传动系输出功率分布、根据损耗参数的函数建 立传动系内的功率损耗、根据损耗参数的函数和目标传动系输出功率分布建立达到目标传 动系输出功率分布所需的必要的输入功率，以及供应必要的输入功率到传动系。损耗参数 可包括液压功率损耗（hydraulic power loss)、动能功率损耗（kinetic power loss)和离 合器功率损耗（clutch power loss) 〇
[0009] 液压功率损耗可根据变速箱内的液压损耗参数的函数来计算。液压损耗参数可包 括液压流体的温度、液压流体的压力以及液压流体的流速。
[0010] 动能功率损耗可根据传动系内的转动惯量损耗参数的函数来计算。转动惯量损耗 参数包括变速箱内的至少一个主体的转动惯量、主体的转动速度以及主体的转动加速度。 动能功率损耗（Pk)通过公式
（i = I-N个主体）来计算，其中J是主体 的转动惯量，ω是主体的转速，诊是主体的转动加速度。
[0011] 离合器功率损耗则根据变速箱内的离合器损耗参数的函数来计算。离合器损耗参 数包括在两个离合器片接合期间经离合器而传递的扭矩和每个离合器片的转动速度。离合 器功率损耗（Pgs )通过公式
(m = I-K个主体）来计算，其 中TiiMi是在两个离合器片接合期间经离合器而传递的扭矩，以及I Q1-Co2I是每个离合器 片的转速之间的差的绝对值。
[0012] 功率源可包括混合动力模块（hybrid module)中的发动机。必要的输入功率可表 不成P发动机+P混合动力模块，并且通过公式：
[0013]
[0014] 来计算，其中Pdl是目标传动系输出功率分布，J是变速箱中的i = I-N个主体的 转动惯量，ω是变速箱中的i = I-N个主体的转速，是变速箱中的i = I-N主体的转动加 速度，在两个离合器片接合期间经m= I-K个离合器而传递的扭矩，以及I CO1-CO2 是m= I-K个离合器中的两个离合器片的转速之间的差的大小。所述计算可由变速箱/混 合动力控制模块（transmission/hybrid control module)执行。
[0015] 在一个实施例中，操作具有包括变速箱和功率源的传动系的混合动力车辆的方法 包括以下步骤：建立目标传动系输出功率分布、根据变速箱内的液压损耗参数的函数建立 传动系的液压功率损耗、根据传动系内的转动惯量损耗参数的函数建立传动系的动能功率 损耗、根据变速箱内的离合器损耗参数的函数建立传动系的离合器功率损耗、根据液压损 耗参数、转动惯量损耗参数以及离合器损耗参数的函数建立达到传动系输出功率分布所需 的传动系输入功率，以及调节功率源供应的扭矩以达到目标传动系输出功率分布。
[0016] 液压损耗参数可包括液压流体的温度、液压流体的压力以及液压流体的流速。转 动惯量损耗参数可包括变速箱内的主体的转动惯量、主体的转动速度以及主体的转动加速 度。动能功率损耗（Pk)可通过公式
（i = I-N个主体）来计算，其中J 是主体的转动惯量，ω是主体的转速，?是主体的转动加速度。
[0017] 离合器损耗参数可包括在两个离合器片接合期间经离合器而传递的扭矩和每个 离合器片的转动速度。离合器功率损耗（P iiMl )通过公式：
[0018]
个主体）来计算，其中Tj^器是在两个离 合器片接合期间经离合器而传递的扭矩，以及I W1-CO2I是每个离合器片的转速之间的差 的绝对值。
[0019] 功率源可包括发动机和混合动力模块。功率源所供应的扭矩可表示成P发动+Ps ^并且通过公式：
[0020]
[0021] 来计算，其中Pdl是目标传动系输出功率分布，J是变速箱中的i = I-N个主体的 转动惯量，ω是变速箱中的i = I-N个主体的转速，由是变速箱中的i = I-N主体的转动加 速度，在两个离合器片接合期间经m= I-K个离合器而传递的扭矩，以及I CO1-CO2 是m = I-K个离合器中的两个离合器片的转速之间的差的大小。
[0022] 本发明还包括用于执行这里所描述的任何动作的装置。通过详细描述和随之提供 的附图，本发明其他的形式、目的、特征、方面、好处、优点和实施方案将变清楚。
【附图说明】
[0023] 图1显示了混合动力系统的一个实施例的示意图。
[0024] 图2显示了图1中的混合动力系统的电信系统的总图。
[0025] 图3显示了没有能量平衡的混合动力系统的功率输出值。
[0026] 图4显示了具有功率平衡的混合动力系统的功率输出值。
[0027] 图5显示了具有增强的能量平衡的混合动力系统的功率输出值。
[0028] 图6显示了平衡混合动力车辆中的能量的方法的步骤的流程图。
【具体实施方式】
[0029] 出于更好地理解本发明原理的目的，现在将参照在附图中说明的实施方案，并且 使用详细的语言来对其进行描述。然而需要理解的是，本发明的范围并不因此而受到限制。 如同与本发明相关的领域的技术人员所通常想到的那样，可以构思出对在此描述的实施方 案的任何修改和进一步的改进，以及对此处所描述的本发明原理的进一步应用。这里非常 详细地显示了本发明的一个实施方案，然而对于本领域的技术人员来说很明显，为了简要 起见，一些与本发明无关的特征也许不会显示出来。
[0030] 在下面描述中的标记数字用于帮助读者快速识别出首次显示了各种部件的附图。 特别是，首次出现了元件的附图典型地由相应的标记数字的最左侧的数字来表示。例如，由 "100"系列标记数字标出的元件将首次出现在图1中，由"200"系列标记数字标出的元件将 首次出现在图2中，以此类推。对于说明书、摘要和权利要求书来说，应当注意地是，单数形 式"一"、"该"等也包括复数，除非另有明确说明。作为说明，关于"一个装置"或"该装置" 包括一个或多个这种装置或其等效物。
[0031] 图1显示了根据一个实施方案的混合动力系统100的示意图。图1中说明的混合 系统100适合用于商用卡车以及其他类型的车辆或运输系统，但是可以设想混合动力系统 100的多个方面可结合到其他环境中。如图所示，混合动力系统100包括具有变速箱106、 发动机102和混合动力模块104形式的功率源以及驱动轴107的传动系108。传动系108 设置成在功率源和车轮110之间传递功率。混合动力模块104结合了通常称之为电机112 的电机器，和使发动机102与电机112和变速箱106操作性连接和脱开的离合器。能量存 储系统134与逆变器132和电机112操作性连接。
[0032] 变速箱106是在车辆运动时能够自动改变传动比的自动变速箱。变速箱106具有 在操作中可以自动的方式选择或改变的可变传动比。变速