混合动力车辆在变速器升档期间减小扭矩的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了混合动力车辆在变速器升档期间减小扭矩的方法和装置，该混合动力车辆的动力传动系统具有可以单独或共同提供扭矩至多级变速器的发动机以及电机。在升档期间控制包括发动机和马达的动力传动系统以减小提供至变速器的请求的扭矩水平。通过用于减小扭矩水平的请求并检查发动机的运转状态而发起该方法。如果发动机未开启，则减小来自马达的扭矩。如果发动机开启，则首先减小来自马达的扭矩随后减小来自发动机的扭矩至请求的扭矩水平。
【专利说明】混合动力车辆在变速器升档期间减小扭矩的方法和装置【技术领域】
[0001]本发明涉及用于混合动力车辆动力传动系统的控制，该动力传动系统具有可以单独地或共同地提供扭矩至多级变速器的发动机和电机(或马达/发电机)。
【背景技术】
[0002]混合动力车辆可以具有很多不同的动力传动系统配置。在一种配置中，两个扭矩产生器可以提供扭矩至变速器。电机可以用于提供扭矩并向电池充电而内燃发动机也可以用于提供扭矩。可以通过分离离合器选择性地连接或分离电机和发动机而共同地或单独地提供扭矩至变速器。
[0003]当变为较高档时,提供至阶梯传动比变速器(step ratio transmission)的扭矩通常减小以抵消惯性扭矩。该事件称为变速器升档期间的扭矩减小或升档扭矩减小。在变速器升档期间如果不减小扭矩，则车辆乘客将会感觉到明显的扭矩激增。在具有内燃发动机的车辆中，通常通过延迟点火而减小扭矩。在柴油发动机中通过减小提供至发动机的燃料的数量而减小发动机扭矩。可以提供阶梯传动比变速器用于具有上述配置的混合动力车辆。然而，因为从两个源提供扭矩至变速器并且可以通过电机提供扭矩，所以仅通过减小发动机扭矩来减小扭矩的常规方法是无效的。
[0004]本发明将解决上述问题以及涉及在阶梯传动比变速器的升档运转期间控制混合动力车辆的动力传动系统来减小扭矩的其它问题。
【发明内容】
[0005]根据本发明的一个方面，公开了一种在升档期间通过减小提供至变速器的请求的扭矩的水平而控制包括发动机和马达的动力传动系统的方法。通过用于减小扭矩水平并检查发动机的运转状态的请求而发起该方法。如果发动机未开启，则减小来自马达的扭矩。如果发动机是开启的，则首先 减小来自马达的扭矩然后减小来自发动机的扭矩至请求的扭矩水平。
[0006]根据本发明的另一方面，本发明涉及用于混合动力车辆的动力传动系统的控制系统，提供在变速器升档期间接收请求提供至变速器的请求扭矩水平减小的信号的控制器。控制器接收指示发动机是开启还是关闭的信号。如果发动机未开启，则控制器减小马达提供的扭矩。如果发动机开启，则控制器首先减小马达提供的扭矩并且然后减小来自发动机的扭矩至请求的水平。
[0007]根据本发明的又一方面，公开了一种用于混合动力车辆的动力传动系统。动力传动系统包含发动机和选择性地连接至发动机的马达。阶梯传动比变速器接收来自马达的扭矩和来自发动机的扭矩。控制器接收来自变速器的请求暂时减小请求的扭矩水平用于升档的信号。作为响应，控制器检查发动机的运转状态。如果发动机未开启，则控制器减小来自马达的扭矩。如果发动机开启，则控制器首先减小来自马达的扭矩并且然后减小来自发动机的扭矩以达到请求的扭矩水平。
[0008]根据本发明的其它方面，本发明涉及一种方法、控制系统或动力传动系统，可以基于电池荷电状态调节来自马达的扭矩减小的水平。可以基于马达的运转效率范围调节来自马达的扭矩减小的水平。可以基于发动机的运转效率范围调节来自发动机的扭矩减小的水平。可以校准来自马达的扭矩以避免马达在预定的低转速/高扭矩运转区域运转。如果电池荷电状态高于预定水平，则可以将来自马达的扭矩校准为被减小。
[0009]根据本发明的一个实施例，进一步包含:基于发动机的运转效率范围调节来自发动机的扭矩。
[0010]根据本发明的一个实施例，进一步包含:对减小来自马达的扭矩进行校准以避免马达在预定的低转速/高扭矩运转区域运转。
[0011]根据本发明的一个实施例，进一步包含:如果电池的荷电状态高于预定水平则对减小来自马达的扭矩进行校准。
[0012]根据本发明的一个实施例，进一步包含:基于电池的荷电状态调节来自马达的扭矩。
[0013]根据本发明的一个实施例，进一步包含:基于马达的运转效率范围调节来自马达的扭矩。
[0014]根据本发明的一个实施例，进一步包含:基于发动机的运转效率范围调节来自发动机的扭矩。
[0015]根据本发明的一个实施例，进一步包含:对减小来自马达的扭矩进行校准以避免马达在预定的低转速/高扭矩运转区域运转。
[0016]根据本发明的一个实施例，进一步包含:如果电池的荷电状态高于预定水平，则对减小来自马达的扭矩进行校准。
[0017]这样，在变速器升档运转期间通过减小来自发动机和马达的扭矩，本方法、控制系统和动力传动系统相对于现有技术而提供优点。
[0018]阅读附图和下面的说明性实施例的【具体实施方式】，将会更好地理解本发明的这些方面和其它方面。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是混合动力电动车辆的动力传动系统的动力传动系统部件的示意图；
[0020]图2是显示发动机关闭时升档扭矩减小的一个实施例的图表；
[0021]图3是显示发动机和马达都是启用的并且电动马达向电池充电时升档扭矩减小的图表；
[0022]图4是显示当发动机和马达都开启而扭矩减小指令被开启直到达到马达扭矩减小极限时升档扭矩减小的图表；
[0023]图5是升档扭矩减小算法的框图；以及
[0024]图6是升档扭矩减小算法的流程图。
【具体实施方式】
[0025]下文提供了本发明说明的实施例的具体实施例；公开的实施例为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。本申请中所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员实施本发明的代表性基础。
[0026]现在参考图1，概要地说明了用于混合动力车辆的动力传动系统10。内燃发动机12提供有通过低压电池18驱动的低压起动机16。当电动马达20推进车辆时，当起动发动机12时低压起动机16用于克服发动机压缩。因为通过高压电池22驱动马达并且马达没有用于起动发动机，所以低压起动机确保在车辆加速期间没有扭矩降低(drop out)。
[0027]电机20或马达/发电机电连接至当需要扭矩驱动车辆时提供电力至电机20的高压电池22。发动机分离离合器24选择性地可操作地连接在内燃发动机12和电机20之间。发动机分离离合器24允许内燃发动机12和电机20组合地或单独地提供扭矩。变速器泵26可操作地连接至动力传动系统中变速器启动离合器28的上游。变速器启动离合器28提供输入扭矩至阶梯传动比变速器30。阶梯传动比变速器30提供扭矩至差速器32，差速器32进而提供扭矩至车辆的车轮36。
[0028]在具有阶梯传动比变速器30的车辆中，当变为较高档时扭矩减小至阶梯传动比变速器30的输入。这可称为升档扭矩减小。在变档期间升档扭矩减小将减小输入扭矩以抵消否则可能导致明显的扭矩激增的惯性扭矩。
[0029]在动力传动系统10 (比如参考图1公开的)中，通过发动机分离离合器24互相连接内燃发动机12和电动马达20以独立地或共同地提供扭矩至阶梯传动比变速器30。下文将更详细地解释协调通过内燃发动机12和电机20提供至阶梯传动比变速器30的扭矩减小来执行升档扭矩减小的方法。
[0030]动力传动系统10包括用于控制多个车辆系统和子系统的车辆系统控制器(VSC)并在图1中总体上通过框38代表。VSC38包括可以在车辆内10的多个控制器之间分配的多个相互关联的算法。例如，在发动机控制单元(ECU) 40和变速器控制单元(TCU) 42之间分配用于控制模块化混合动力传动装置(MHT)动力传动系统的算法。ECU40电连接至发动机12用于控制发动机12的运转。TCU42电连接至马达20和变速器30用于控制它们的运转。根据一个或多个实施例，ECU40和TCU42彼此以及和其它控制器(未显示)通过使用共用的总线协议(例如控制器局域网(CAN)和局域互联网(LIN))的一个或多个有线或无线车辆连接而通信。尽管说明的实施例将用于控制动力传动系统10的VSC38的功能描述为包含在两个控制器(E⑶40和T⑶42)内，但是动力传动系统10的其它实施例可以包括单个VSC控制器或两个以上的用于控制车辆系统的控制器。
[0031]图2到图4说明在三种说明的动力传动系统运转模式中的升档扭矩减小。参考图2，说明当发动机12关闭而仅通过电动马达20提供扭矩时的升档扭矩减小。在时间A处，指示升档事件的开始。在这个阶段，如线50显示的即将分离的离合器的压力减小而在52处即将接合的离合器的压力增加。随着传动比从较低档变为较高档而释放惯性扭矩。〖2标记惯性阶段的开始。在时间丨2之前来自TCU42 (或VSC38)的扭矩减小指令是停用的。在时间〖2处，变速器控制器启用扭矩减小指令并请求扭矩减小值以抵消惯性扭矩。扭矩减小指令斜坡下降(ramp down)至较低水平并保持直到惯性阶段结束。在时间丨3处，扭矩减小指令是停用的并且线56上的输入轴扭矩恢复至新档位上希望的水平。在这种模式中，因为在图2说明的示例中电机是唯一的扭矩源，马达必须遵守(honor)全部的扭矩减小指令。
[0032]参考图3，说明内燃发动机12开启时的升档扭矩减小。当发动机开启时根据需要可以使用电动马达20向电池22充电。在图3中，指令的马达扭矩为负指示当前从动力传动系统汲取扭矩并用于向电池充电。如之前参考图2描述的，升档事件在时间h处开始并在时间〖3处结束。在图3中，发动机和马达都是启用的并且可以用于遵守来自变速器的扭矩减小指令。图3的底线62显示马达扭矩减小极限。在升档扭矩减小期间马达扭矩减小极限62可以比希望的马达扭矩60负的更多。因为希望的马达扭矩比马达扭矩减小极限负的更少，所以可以仅通过马达20遵守全部的扭矩减小指令。
[0033]参考图4，说明了内燃发动机12开启时的升档扭矩减小。当发动机开启时电机20可用于向电池充电。向电池充电显示为指令的马达扭矩。指令的马达扭矩为负指示当前从动力传动系统汲取扭矩用于向电池22充电。如上文参考图2描述的，升档事件在时间h处开始并在时间&处结束。在这种模式中，发动机和马达都是启用的。然而，在升档扭矩减小期间如图4的底线显示的马达减小极限72比希望的马达扭矩70负的更少。这种情况下，由于马达扭矩减小极限的原因而不能只通过马达20遵守马达扭矩减小指令。结果是，必须通过减小线74显示的内燃发动机12提供的扭矩来实现一部分请求的扭矩减小。
[0034]参考图5，说明了用于计算内燃发动机12和马达20之间的扭矩分割(split)的算法。该算法还计算马达扭矩减小极限。根据一个或多个实施例，该算法包含在TCU42内，并且如此处更加详细描述的可以在硬件和/或软件控制逻辑中执行。
[0035]TCU42接收对应于发动机扭矩请求(Teng _)和马达扭矩请求(Tmtrt _)的输入。基于这些输入根据下面的方程式计算变速器输入轴上的实际扭矩(Tinput ac;t):
[0036]Tinput_act=Tmotreq+Tengreq
[0037]根据上述方程式，变速器输入轴扭矩等于电动马达扭矩请求和发动机扭矩请求的和。在升档期间，变速器控制器请求希望的输入扭矩(Tinput des)用于如图2-4中扭矩减小指令显示的升档事件。根据下面的方程式计算扭矩减小(Ty )的水平:Ty=Tinput—art - Tinput—des°具有扭矩减小的希望的马达扭矩(TmH)可以计算为:Tm(rt—- Traiuc^马达扭矩减小极限(Tmtrt lim)对希望的马达扭矩(Tmtrt des)设置下限。受限的马达扭矩(Tmtrt deslim)作为指令的马达扭矩(Tmtrt Md)直接发送至马达。
[0038]在升档期间的扭矩减小受限于Tnrot lim。不能单独通过马达实现的扭矩减小量(T_indCT)计算为:TMaindCT= (Tnurt des-Tnurt des lJ的绝对值。结果是，必须通过发动机提供一些额外的扭矩减小来满足Tinput—de;s。减少快速发动机扭矩指令(Tmg—fast)以弥补差异(Tmg—
=T -T )
fast eng_req remaindery °
[0039]参考图5，线100-106代表提供至TCU42 (或VSC38)的输入。线100代表在变速器指令用于扭矩减小的请求之前请求的发动机扭矩(Tmg _)。线102代表发起扭矩减小算法之前请求的马达扭矩(Tmtrt raiX线104代表变速器输入轴上的扭矩(Tinput aet)。线106代表在变档事件期间的扭矩减小指令或希望的输入扭矩(Tinput ^)。当变速器没有在换档的过程中时扭矩减小指令是无效的。在节点108处将在升档期间必须从输入轴移除的扭矩量(Traluee)确定为变速器输入轴上的扭矩和希望的输入扭矩106之间的差异(T,eduee=Tinput—act " Tinput des)而作出确定。通过线110代表Tradure (扭矩差异)。在112处扭矩减小算法中确定扭矩减小量和请求的马达扭矩之间的差异。线116上希望的马达扭矩(Tnwt>)与在升档期间通过扭矩减小算法获得的通过马达扭矩的下限(Tmtrt lim)限制的扭矩最小/最大极限的输出之间的差异进行比较。
[0040]基于机械极限、电力极限、效率校准、荷电状态校准和动力传动系统模式指示而确定马达扭矩的下限。这五个元素用于计算马达扭矩减小极限(Tmtrt lim)。马达转速在线120上供应至机械极限122并在线124上供应至电力极限126。机械极限是基于马达转速和机械损失的马达机械扭矩极限。电力极限是基于电池电力极限和系统电力损失的系统电力扭矩极限。电池极限也提供至电力极限以通过限制器(limiter) 128限制机械极限。线130上的马达转速也提供至132处的效率校准。效率校准是定义在运转的马达转速处可使用的希望的最低马达扭矩的校准。效率校准提供至限制器134以防止马达在不希望的运转点上运转。线136上的电池荷电状态信号提供至138处的荷电状态校准。如果电池荷电状态较高，则可能不希望使用马达来减小扭矩。电池荷电状态计算产生作用于Tnrot lim的乘数。当低荷电状态时，乘数接近或等于I使得在140处Tnrot lim具有较大负值的数值。当高荷电状态时，乘数接近或等于零从而使得在140处Tnrot lim接近或等于零。线142上的动力传动系统模式信号也提供至马达扭矩减小极限算法。当动力传动系统处于电动驱动模式时，在144处Tmtrt lim强制为零以防止在扭矩减小期间产生的净输入轴扭矩小于零。当发动机开启时，在144处发动机扭矩将会为正，Tmtrt lim将不会受到影响。
[0041]146处的Tmtrt lim用于在118处限制Tnrot des并在线148上提供用于在150处产生扭矩马达指令Tmtrt emd以指令马达提供减小扭矩水平Tmtrt des lim。在154处确定线152上希望的马达扭矩值Tnrot des和受限的希望马达扭矩之间的差异，再然后在156处限制为它的绝对值以提供线158上的扭矩剩余值八―。从线100上请求的发动机扭矩(Teng _)减去T_indOT以在162处提供信号(Teng fast)至发动机。
Teng—fast 矛口 ^'eng_slow是至发动机的扭矩指令，Tengfast与164处的Tmg slOT通常相同，但是当在这两个值之间存在差异时覆盖Tmg slOT。
[0042]参考图6，以流程图的形式显示了简化的升档扭矩减小算法。程序开始于170处确定变速器是否请求扭矩减小。如果否，算法在172处结束。如果变速器请求扭矩减小，在174处计算希望的扭矩减小(Ty=Tinput ac;t - Tinput des)ο然后在176处计算希望的马达扭矩(Tnrot des=Tm()t _ - Treduce)0然后，在178处作出在当前的运转模式中发动机是否开启的确定。如果发动机未开启，在180处确定马达扭矩是否高于零(Tmtrt lim=0)。然后在182处对马达扭矩应用限制(Tmtrt des lim=Tm()t des (其中Tmtrt des>0))。在184处通过减小电动马达提供的扭矩而遵守扭矩减小请求(Tmtrt Md=Tm(rt des lim)。在178处如果发动机是开启的，在186处计算马达减小极限(TMt lim=f(S0C)，Pbat lim, Tmeeh, Telee) (S0C为荷电状态)。在188处对马达扭矩应用限制(Tmtrt des lim=TMt des(其中Tnrot lim〈Tm(rt des〈0))。然后在190处计算从发动机需要
的 Si 矢巨(Tremainder (Tmot—des ^mot des lim
)的绝对值)。在192作出是否需要发动机扭矩的确定(TMaindOT>0)。然后算法在194处处理以通过电动马达升高到可用的储备(reserve)而遵守扭矩减小请求(Tm(rt—c;md=Tm(rt—de;s—lim)。在196处通过发动机遵守扭矩减小请求的剩余部分(Tmg—=T -T )
fast eng_req remaindery °
[0043]这样，取决于发动机和马达的运转模式以及限制因素(比如电池荷电状态、发动机效率、马达效率和其它潜在的限制因素)而控制来自发动机和马达的提供至阶梯传动比变速器的扭矩，控制系统和动力传动系统相对于现有技术提供优点。
[0044]尽管上文描述了示例实施例，并不意味着这些实施例描述了本装置和方法的所有可能形式。当然，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，且应理解可作出各种改变而不脱离本发明的实质和范围。可以组合多个可执行的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。
【权利要求】
1.一种在升档期间请求时通过减小扭矩而控制包括发动机和马达的动力传动系统的方法，所述方法包含: 减小马达扭矩；以及 当所述发动机开启时随后将发动机扭矩减小为阈值扭矩水平。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:基于电池的荷电状态调节来自所述马达的扭矩。
3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:基于所述马达的运转效率范围调节来自所述马达的扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:基于所述发动机的运转效率范围调节来自所述发动机的扭矩。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:对减小来自所述马达的所述扭矩进行校准以避免所述马达在预定的低转速/高扭矩运转范围中运转。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包含:如果电池的荷电状态高于预定水平，则对减小来自所述马达的所述扭矩进行校准。
7.一种用于车辆的动力传动系统的当请求时减小扭矩的控制系统，所述控制系统包含: 控制器，配置用于: 接收指示发动机是开启还是关闭的信号； 减小马达扭矩；以及 如果发动机开启则随后将发动机扭矩减小至请求的水平。
8.根据权利要求7所述的控制系统，控制器进一步配置用于:基于电池的荷电状态调节来自马达的扭矩。
9.根据权利要求7所述的控制系统，控制器进一步配置用于:基于所述马达的运转效率范围调节来自所述马达的扭矩。
10.一种用于混合动力车辆的动力传动系统，包含: 发动机； 选择性连接至所述发动机的马达； 接收来自所述马达的马达扭矩和来自所述发动机的发动机扭矩的阶梯传动比变速器；以及 控制器，配置用于当请求时减小扭矩: 减小所述马达扭矩，以及 随后减小所述发动机扭矩以达到请求的扭矩水平。
【文档编号】B60W20/00GK103847727SQ201310503947
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年10月23日 优先权日:2012年11月28日
【发明者】马克·斯蒂芬·耶马扎基, 法扎尔·阿拉曼·塞伊德, 丹尼尔·斯科特·科尔文, 克里斯多佛·艾伦·李尔 申请人:福特全球技术公司