混合动力车辆的换档控制方法和系统与流程

本发明总体涉及混合动力车辆的换档控制方法和系统。更特别地，本发明涉及一种混合动力车辆的换档控制方法和系统，其通过例如在执行换档控制时执行压力控制，以便使用电动机的速度控制来执行对目标换档速度的连接同步控制，并且使变速器离合器产生驾驶者的需求转矩，可以缩短变速时间并解决换档中的需求转矩的问题。

背景技术：
混合动力车辆使用来自内燃机的动力和来自电池的动力运行。特别地，混合动力车辆被设计成有效地结合并使用内燃机和电动机的动力。例如，如图1中所示，混合动力车辆包括发动机10、电动机20、发动机离合器30、变速器40、差速齿轮装置50、电池60、集成起动发电机(ISG)70和车轮80。发动机离合器30控制发动机10与电动机20之间的动力传递，并且集成起动发电机(ISG)70起动发动机10或通过发动机10的输出转矩产生电力。而且如图1中所示，混合动力车辆还包括：混合动力控制单元(HCU)200，其控制混合动力车辆的整体运行；发动机控制单元(ECU)110，其控制发动机10的运转；电动机控制单元(MCU)120，其控制电动机20的运转；变速器控制单元(TCU)140，其控制变速器40的操作；以及电池控制单元(BCU)160，其管理和控制电池60。电池控制单元160也可被称为电池管理系统(BMS)。集成起动发电机70还可被称为起动/发电电动机或混合起动发电机。混合动力车辆可以一定的行驶模式运行，例如仅使用电动机20的动力的电动车辆(EV)模式，使用发动机10的转矩作为主动力且电动机20的转矩作为辅助动力的混合动力车辆(HEV)模式，以及在制动期间或车辆通过惯性行驶时的再生制动(RB)模式。在RB模式中，通过电动机20的发电收集制动和惯性能量，并且利用收集的能量对电池60充电。另外，当安装有自动变速器或双离合器变速器(DCT)的混合动力车辆在变速时，混合动力车辆的传动系统进行压力(例如，油压)的反馈控制，用于将操作元件(例如，变速器离合器)连接至目标换档速度。此外，当安装有自动变速器或双离合器变速器(DCT)的混合动力车辆在变速时，混合动力车辆的传动系统可执行辅助控制，以降低或增加变速器输入元件(例如，发动机和电动机)的转矩。然而，如上所述，当通过压力的反馈控制执行变速器离合器的滑差控制(slip-control)时，变速器转矩可根据反馈控制的压力量而改变。也就是，当通过压力的反馈控制执行变速器离合器的滑差控制时，如以下公式所表明的，虽然变速器离合器的传递转矩和驱动转矩是相等的，但是驱动转矩和驾驶者的需求转矩是不相等的。在以下公式中，T_驱动是驱动转矩，T_CL是变速器转矩的传递转矩，并且T_需求是驾驶者的需求转矩。T_驱动＝T_CL≠T_需求图2是示出与通过压力的反馈控制执行的变速器离合器(CL1、CL2、…)的滑差控制关联发生的问题的图。参照图2，当第一换档速度改变为第二换档速度时，变速器离合器通过油压或通过电机控制。图2中示出的作用行程通过油压或通过电机控制。该作用行程是夹紧负载作用于变速器离合器的移动距离。如图2中所示，可基于初始点(示为Init.Pt.)、轻触点(示为KissPt.)和锁定点(示为LockPt.)控制作用行程。从第一换档速度至第二换档速度的换档控制被控制为将用于第一换档速度的变速器离合器(CL1)的操作改变为用于第二换档速度的变速器离合器(CL2)的操作。因此，如图2中所示，当执行换档控制时，CL1被释放且CL2被接合以便进行滑差控制。当执行换档控制时，电动机的速度从CL1的输出速度降低至CL2的输出速度。通常，执行对CL2的压力控制以便使电动机的速度与CL2的速度同步，并且执行反馈控制以便使预定的目标ΔRPM适合用于同步的速度。这样做，使电动机被控制为适当地降低转矩以降低速度。然而，如上所述，当执行对压力的反馈控制以使ΔRPM适合于变速器离合器的速度同步时，通过压力改变用于第二换档速度的变速器离合器(CL2)的转矩(T_CL2)。当T_CL2改变时，驱动转矩可能也被改变。而且，当执行对压力的反馈控制以使ΔRPM适合于变速器离合器的速度同步时，驾驶者的需求转矩在换档中可能无法得到满足。有关混合动力车辆的换档控制的技术在作为现有技术的示例的日本特开2011-105024和韩国专利公开号10-2010-0017028中予以公开。在本背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因而其可能包含并非本发明的现有技术的信息。

技术实现要素：
本发明已致力于提供一种混合动力车辆的换档控制方法和系统，其能够通过至少一个变速器离合器的压力控制来执行用于换档的转矩控制，并且通过电动机的速度控制来执行用于速度同步的变速器离合器两端的速度控制。换言之，本发明已致力于提供一种混合动力车辆的换档控制方法和系统，其能够实现例如缩短变速时间和解决换档中的需求转矩的问题等优点。这些示例性优点可通过以下方式实现，例如，在执行换档控制时执行压力控制，以便使用电动机的速度控制来执行对目标换档速度的连接同步控制，并且使至少一个变速器离合器产生驾驶者的需求转矩。本发明的一个示例性实施方式提供一种使用发动机动力和/或电动机动力的混合动力车辆的换档控制方法，包括：控制至少一个变速器离合器的压力，以便换档至目标换档速度；以及在换档至目标换档速度时控制电动机的速度，以便使该至少一个变速器离合器的两端的速度同步。控制至少一个变速器离合器的压力的处理可包括：控制驱动转矩、该至少一个变速器离合器的传递转矩和驾驶者的需求转矩彼此相等。控制电动机的速度的处理可包括：计算ΔRPM，其为该至少一个变速器离合器的输入速度与该至少一个变速器离合器的输出速度之间的速度差；以及控制电动机的速度，以便使ΔRPM为0(零)。混合动力车辆可包括自动变速器，并且可基于自动变速器中的自动传动液(ATF)的温度来设定该至少一个变速器离合器的压力。混合动力车辆可包括双离合器变速器(DCT)，并且可基于冷却液温度来设定该至少一个变速器离合器的压力。本发明的另一示例性实施方式提供一种使用发动机动力和/或电动机动力运行的混合动力车辆的换档控制系统，包括：至少一个变速器离合器，配置成使动力轴与驱动轴接合或分离，以便换档至相应的换档速度，其中该至少一个变速器离合器安装在变速器中；以及控制单元，配置成在换档时使用电动机的速度控制，执行用于连接至目标换档速度的同步控制，并且使用压力控制使该至少一个变速器离合器产生驾驶者的需求转矩，其中，控制单元由预定程序操作，并且预定程序包括用于执行混合动力车辆的换档控制方法的一系列指令，该换档控制方法包括：控制至少一个变速器离合器的压力，以便换档至目标换档速度；以及在换档至目标换档速度时控制电动机的速度，以便使该至少一个变速器离合器的两端的速度同步。控制单元可包括：ΔRPM计算单元，配置成计算与电动机的速度和至少一个变速器离合器的输出速度之间的速度差相应的ΔRPM；PID(比例积分微分)控制单元，配置成基于由ΔRPM计算单元计算出的ΔRPM，执行用于换档控制的PID控制；以及电动机转矩指令单元，配置成基于前馈输入至电动机转矩指令单元的驾驶者的需求转矩和来自PID控制单元的信号，输出电动机转矩指令信号以便控制电动机。如上所述，根据本发明的示例性实施方式，通过在执行变速时执行压力控制，以便使用电动机的速度控制来执行对目标换档速度的连接同步控制，并且使至少一个变速器离合器产生驾驶者的需求转矩，能够缩短变速时间并解决换档中的需求转矩的问题。附图说明图1是示出示例的混合动力车辆的配置的示例性框图。图2是示出根据现有技术的示例性实施方式的混合动力车辆的换档操作的示例性图。图3示出根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制系统的示例性配置。图4示出根据本发明的示例性实施方式的速度换档控制单元的示例性配置。图5是根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制方法的示例性流程图。图6是根据本发明的示例性实施方式的换档操作图。附图标记说明10：发动机20：电动机40：变速器300：控制单元CL1：第一换档速度离合器CL2：第二换档速度离合器具体实施方式在下文中，将参照示出本发明的示例性实施方式的附图，更全面地说明本发明。如本领域技术人员将会理解的，所述的示例性实施方式可以多种不同方式改变，而均不偏离本发明的精神或范围。此外，贯穿说明书，相同的附图标记表示相同的元件。图1是示出示例的混合动力车辆的图，对该混合动力车辆可应用根据本发明的示例性实施方式的换档控制系统。如图1中所示，示例的混合动力车辆可总体上包括发动机10、电动机20、发动机离合器30、变速器40、差速齿轮装置50、电池60和集成起动发电机70。发动机离合器30控制发动机10与电动机20之间的动力传递，并且集成起动发电机70起动发动机10或通过发动机10的输出产生电力。可应用根据本发明的示例性实施方式的换档控制系统的混合动力车辆还可包括：混合动力控制单元(HCU)200，配置成控制混合动力车辆的整体运行；发动机控制单元(ECU)110，配置成控制发动机10的运转；电动机控制单元(MCU)120，配置成控制电动机20的运转；变速器控制单元(TCU)140，配置成控制变速器40的操作；以及电池控制单元(BCU)160，配置成管理和控制电池60。可应用根据本发明的示例性实施方式的换档控制系统的混合动力车辆的变速器40可以是自动变速器(AT)或双离合器变速器(DCT)。图3示出根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制系统的示例性配置。根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制系统是这样的系统，可通过变速器离合器(CL1、CL2、…)的压力控制来执行用于换档的转矩控制，并可通过电动机20的速度控制来执行用于速度同步的变速器离合器(CL1、CL2、…)两端的速度控制。根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制系统可包括：变速器离合器(CL1、CL2、…)，配置成使动力轴与驱动轴接合或分离，以便换档至相应的换档速度，其中变速器离合器(CL1、CL2、…)安装在变速器40中；ATF(自动传动液)温度检测器45，配置成检测自动传动液的温度；冷却液温度检测器15，配置成检测冷却液的温度；以及换档控制单元300，配置成通过至少一个变速器离合器(CL1、CL2、…)的压力控制来执行用于换档的转矩控制，并且通过电动机20的速度控制来执行用于速度同步的至少一个变速器离合器(CL1、CL2、…)两端的速度控制。为了简单的图示和解释，在图3中仅示出用于第一换档速度的变速器离合器(CL1)和用于第二换档速度的变速器离合器(CL2)，但并不局限于此。换档控制单元300可以由程序操作的一个或多个处理器或微处理器和/或硬件组成，程序包括用于执行根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制方法和操作换档控制系统的一系列指令，其将在下文中说明。如图4中所示，换档控制单元300可包括：ΔRPM计算单元302，配置成计算与电动机20的速度和变速器离合器(CL1、CL2、…)的输出速度之间的速度差相应的ΔRPM；PID(比例积分微分)控制单元304，配置成基于由ΔRPM计算单元302计算出的ΔRPM，执行用于换档控制的PID控制；以及电动机转矩指令单元306，配置成基于前馈输入至电动机转矩指令单元306的驾驶者的需求转矩和来自PID控制单元304的信号，输出用于控制电动机20的电动机转矩指令信号。在本发明的一个示例性实施方式中，换档控制单元300可包括配置成控制电动机20的运转的电动机控制单元(MCU)，配置成控制变速器40的变速器控制单元(TCU)，以及配置成控制混合动力车辆的整体运行的混合动力控制单元(HCU)，如图1中所示。在下文将要说明的根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制方法中，一些处理可由换档控制单元300执行，另一些处理可由MCU执行，且再一些处理可由TCU或HCU执行。然而，应当理解的是，本发明的范围不限于以下说明的示例性实施方式。控制单元可使用本发明的示例性实施方式中所述元件的不同的元件组合来实施。另外，换档控制单元300、MCU、TCU和HCU可执行本发明的示例性实施方式中所述处理的不同的处理组合。在下文中，将参照附图详细说明根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制方法。图5是根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制方法的示例性流程图。如图5中所示，在步骤S110中，换档控制单元300确定在混合动力车辆正在运行时是否请求了变速。换档控制单元300可基于来自TCU140的信号确定是否请求了换档速度改变。换档控制单元300还可根据已在现有技术中普遍实施的变速请求确定处理来确定是否请求了换档速度改变。当在步骤S110中请求了换档速度改变时，在步骤S120中，换档控制单元300控制相应的变速器离合器的压力以便换档至目标换档速度。例如，根据驾驶者的加速意图，当请求从第一换档速度换档至第二换档速度时，如图6中所示，换档控制单元300释放变速器离合器(CL1)的压力，并对变速器离合器(CL2)供给压力，以便换档至作为目标换档速度的第二换档速度。在下文中，作为本发明的示例性实施方式的一个示例，将说明从第一换档速度向第二换档速度换档的升档情形。在步骤S140中，如图6中所示，换档控制单元300增加供给至变速器离合器(CL2)的压力，从而使驱动转矩(T_驱动)、由变速器离合器(CL2)传递的传递转矩(T_CL2)和驾驶者的需求转矩(T_需求)相等。换言之，换档控制单元300将驱动转矩(T_驱动)、由变速器离合器(CL2)传递的传递转矩(T_CL2)和驾驶者的需求转矩(T_需求)相互比较，并且控制供给至变速器离合器(CL2)的压力，从而使驱动转矩(T_驱动)、由变速器离合器(CL2)传递的传递转矩(T_CL2)和驾驶者的需求转矩(T_需求)彼此相等。当控制变速器离合器(CL1、CL2、…)的压力时，换档控制单元300可使用由ATF温度检测器45检测的温度。例如，如果自动变速器安装在混合动力车辆中，则当换档控制单元300控制变速器离合器(CL2)的压力时，换档控制单元300可通过参考自动变速器的自动传动液(ATF)温度，设定供给至变速器离合器(CL2)的压力，因为该压力可受到ATF温度的影响。当控制变速器离合器(CL1、CL2、…)的压力时，换档控制单元300还可使用由冷却液温度检测器15检测的温度。例如，如果双离合器变速器(DCT)安装在混合动力车辆中，则当换档控制单元300控制变速器离合器(CL2)的压力时，换档控制单元300可通过参考发动机冷却液温度，设定供给至变速器离合器(CL2)的压力，因为该压力可受到发动机冷却液温度的影响。此外，当在步骤S110中请求了换档速度改变时，在步骤130中，换档控制单元300以与第二换档速度相应的速度控制电动机20，并且执行上述压力控制。随后，在步骤S150中，如图6中所示，换档控制单元300计算ΔRPM，即变速器离合器(CL2)的输入速度和输出速度之间的速度差。变速器离合器(CL2)的输入速度等于电动机20的速度。当在步骤S150中计算出ΔRPM时，在步骤S160和S170中，换档控制单元300通过使用PID控制单元304来控制电动机20的速度，以便使ΔRPM为0(零)，从而使变速器离合器(CL2)的两端的速度彼此同步。因此，根据本发明的示例性实施方式的混合动力车辆的换档控制方法可缩短换档速度改变时间，并解决需求转矩的问题。本发明通过经至少一个变速器离合器的压力控制来执行用于换档的转矩控制，并且通过经电动机的速度控制来执行用于速度同步的变速器离合器两端的速度控制，能够实现这些结果。已作为本发明的示例性实施方式的示例，说明了从第一换档速度至第二换档速度的换档控制。对于本领域技术人员明显的是，通过上述内容，将容易地执行从一个换档速度至另一换档速度的其它换档控制(例如，从第二换档速度至第一换档速度，等)。虽然已结合当前被认为实际的示例性实施方式说明了本发明，但是应该理解的是，本发明并不限于所公开的实施方式，而是相反，意在涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内多各种改型和等同配置。