用于控制多模式动力机构系统中的换挡的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于控制多模式动力机构系统中的换挡的方法和设备。一种用于操作动力机构系统的方法包括在初始电气可变变速器(EVT)范围与目标EVT范围之间执行变速器换挡。所述变速器换挡包括：过渡至以三个速度自由度进行操作，包括控制第二扭矩机的速度用以同步与目标EVT范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制第一扭矩机和发动机的速度用以达成变速器的输出构件的优选速度。所述变速器换挡进一步包括：响应于输出扭矩请求控制来自第一扭矩机的扭矩输出，并在同步正接近的离合器的速度时启动正接近的离合器。继变速器换挡之后，动力机构系统在目标EVT范围中被操作。
【专利说明】用于控制多模式动力机构系统中的换挡的方法和设备
【技术领域】
[0001]本公开涉及与采用多个扭矩生成装置的多模式动力机构系统相关联的动态系统控制装置。
【背景技术】
[0002]在该部分中的陈述仅提供与本发明相关的背景信息。因此，这种陈述并非旨在构成对现有技术的承认。
[0003]动力机构系统可以被构造成用以将起源于多个扭矩致动器的扭矩通过扭矩变速器装置传输至能够被联接至传动系的输出构件。这种动力机构系统包括混合动力机构系统和增程型电动车辆系统。考虑到燃料经济性、排放、可驾驶性和其它因素，用于操作这种动力机构系统的控制系统响应于操作者指令的输出扭矩请求操作扭矩致动器并将变速器中的扭矩传输元件应用于传输扭矩。示例性扭矩致动器包括内燃发动机和非燃烧扭矩机。非燃烧扭矩机可以包括电机，其作为电动机或发电机操作，用以独立于来自内燃发动机的扭矩输入生成输入至变速器的扭矩。扭矩机可以在被称为再生操作的操作中将通过车辆传动系传输的车辆运动能量变换成可存储在电能量存储装置中的电能量。控制系统监测来自车辆和操作者的各种输入，并提供对混合动力机构的操作控制，包括控制变速器操作范围和齿轮换挡，控制扭矩致动器，并调整电能量存储装置和扭矩致动器间的电动力交换，用以管理变速器的输出，包括扭矩和旋转速度。
[0004]公知的多模式电气可变变速器(EVT)能够被构造成用以在一个或多个固定齿轮范围、一个或多个电动车辆(EV)范围和一个或多个电气可变变速器(EVT)范围中操作。在第一和第二 EVT范围之间的公知换挡出现在同步速度点处。公知的换挡通过以下方式执行:使用EVT范围中的一个来减慢发动机速度至所需的传动比，用以实现包括正接近的(oncoming)离合器的同步启动的换挡。在这种类型的换挡期间可以很好地控制变速器输出扭矩，但是换挡时间可能长并需要发动机速度变化，其对于车辆操作者来说可能是显著的。更进一步，可能需要的是在两个EVT模式之间换挡同时维持恒定的发动机速度，以便提供被操作者感觉为平稳的车辆感觉。例如，在以中速到高速车辆速度从EV驱动模式向发动机运转操作的过渡期间，发动机起动出现在第一较低的EVT范围例如输入分配范围中，且变速器立即过渡至具有复合分配范围的第二较高的EVT范围，用以以较高的车辆速度实现更有效的操作。来自第一扭矩机的所需最大扭矩能够被限定在从输入分配范围向复合分配范围过渡的同步点处，因为第一扭矩机在复合分配布置中必须反作用来自发动机的扭矩和来自第二扭矩机的扭矩。
【发明内容】
[0005]一种动力机构系统包括多模式变速器，所述多模式变速器被构造成用以在多个变速器范围中的一个中在发动机、第一扭矩机和第二扭矩机以及输出构件间传输扭矩。一种用于操作动力机构系统的方法包括在初始电气可变变速器(EVT)范围与目标EVT范围之间执行变速器换挡。所述变速器换挡包括:过渡至以三个速度自由度进行操作，包括控制第二扭矩机的速度用以同步与目标EVT范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制第一扭矩机和发动机的速度用以达成变速器的输出构件的优选速度。所述变速器换挡进一步包括:响应于输出扭矩请求控制来自第一扭矩机的扭矩输出，并在同步正接近的离合器的速度时启动正接近的离合器。继变速器换挡之后，动力机构系统在目标EVT范围中被操作。
[0006]本发明还涉及以下技术方案:
1.一种用于操作动力机构系统的方法，所述动力机构系统包括多模式变速器，所述多模式变速器被构造成用以在多个变速器范围中的一个中在发动机、第一扭矩机和第二扭矩机以及输出构件间传输扭矩，所述方法包括:
在初始电气可变变速器(EVT)范围与目标EVT范围之间执行变速器换挡，包括:
过渡至以三个速度自由度进行操作，包括控制所述第二扭矩机的速度用以同步与所述目标EVT范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制所述第一扭矩机和所述发动机的速度用以达成所述变速器的输出构件的优选速度，
响应于输出扭矩请求控制来自所述第一扭矩机的扭矩输出，以及 在同步所述正接近的离合器的速度时启动所述正接近的离合器；然后 在所述目标EVT范围中操作所述动力机构系统。
[0007]2.如技术方案I所述的方法,进一步包括:继在所述目标EVT范围中操作所述动力机构系统之后，响应于输出扭矩请求，将所述动力机构系统过渡至在电动车辆(EV)范围中操作。
[0008]3.如技术方案2所述的方法，其中，将所述动力机构系统过渡至在EV范围中操作包括执行发动机自动停止操纵。
[0009]4.如技术方案I所述的方法，其中，过渡至以三个速度自由度进行操作包括停用在所述多模式变速器中的正远离的离合器。
[0010]5.如技术方案I所述的方法，进一步包括:紧接在在初始EVT范围与目标EVT范围之间执行变速器换挡之前在电动车辆(EV)范围中操作所述动力机构系统。
[0011]6.一种响应于用以在第一电气可变变速器(EVT)范围与第二EVT范围之间执行换挡的指令来控制多模式变速器的方法，包括:
将所述多模式变速器过渡至以三个速度自由度进行操作；
响应于输出扭矩请求控制来自联接至所述变速器的第一扭矩机的扭矩输出；
控制联接至所述变速器的第二扭矩机的速度用以同步与第二 EVT范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制所述第一扭矩机的速度以及控制联接至所述变速器的发动机的速度，用以达成所述变速器的输出构件的优选速度；
在同步所述正接近的离合器的速度时启动所述正接近的离合器；然后 响应于输出扭矩请求在第二 EVT范围中操作所述变速器。
[0012]7.如技术方案6所述的方法，进一步包括:继在第二 EVT范围中进行操作之后，响应于输出扭矩请求，将所述多模式变速器过渡至在电动车辆(EV)范围中操作。
[0013]8.如技术方案7所述的方法，其中，将所述多模式变速器过渡至在EV范围中操作包括执行发动机自动停止操作。
9.如技术方案6所述的方法，其中，将所述多模式变速器过渡至以三个速度自由度进行操作包括停用在所述多模式变速器中的离合器。
[0014]10.如技术方案6所述的方法，进一步包括:紧接在在第一 EVT范围与第二 EVT范围之间执行变速器换挡之前在电动车辆(EV)范围中操作所述多模式变速器。
[0015]11.一种用于操作动力机构系统的方法，所述动力机构系统包括多模式变速器，所述多模式变速器被构造成用以在第一、第二和第三独立地受到控制的扭矩致动器和输出构件间传输扭矩，所述方法包括:
将所述多模式变速器过渡至以三个速度自由度进行操作；
控制所述扭矩致动器中的一个的速度用以同步与目标变速器范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制两个其它扭矩致动器的速度用以达成所述变速器的输出构件的优选速度，响应于输出扭矩请求控制来自所述扭矩致动器中的所述一个的扭矩输出，并在同步所述正接近的离合器的速度时启动所述正接近的离合器；然后
响应于输出扭矩请求在目标变速器范围中操作所述多模式变速器并控制所述第一、第二和第三独立地受到控制的扭矩致动器。
[0016]12.如技术方案11所述的方法，其中，所述第一、第二和第三独立地受到控制的扭矩致动器包括内燃发动机以及第一和第二电动机/发电机。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]现在将参考附图通过示例方式来描述一个或多个实施例，附图中:
图1示出了依据本公开的包括内燃发动机、变速器和传动系的多模式动力机构系统；图2示出了依据本公开的包括采用具有三个自由度的变速器操作范围的用于实现向目标变速器范围变化的控制方案；并且
图3示出了依据本公开的与执行图2所示控制方案的图1所示动力机构系统相关联的操作参数。
【具体实施方式】
[0018]现在参考附图，其中所示内容只是为了示出某些示例性实施例的目的而不是为了限制它的目的，图1绘出了多模式动力机构(powertrain)系统，其包括内燃发动机(发动机)12、多模式变速器(变速器)10、高电压电气系统、传动系90和控制器5。变速器10机械地联接至分别包括发动机12和第一和第二扭矩机60和62的扭矩致动器，并且被构造成用以在发动机12、第一和第二扭矩机60、62和传动系90之间传输扭矩。如图所不，第一和第二扭矩机60、62是电动机/发电机。传动系90能够包括促进后轮驱动车辆构造的差动系统或促进前轮驱动车辆构造的驱动桥系统。
[0019]发动机12可以是任何适当的燃烧装置，并包括多气缸内燃发动机，其在数个状态中选择性地操作，用以将扭矩经由输入构件14传输至变速器10，并且能够是火花点火或压缩点火发动机。发动机12包括联接至变速器10的输入构件14的曲轴。来自发动机12的动力输出即发动机速度和发动机扭矩能够不同于传至变速器10的输入速度和输入扭矩，原因是由于在发动机12与变速器10之间的输入构件14上放置扭矩消耗部件，例如，扭矩管理装置或被机械地供能的液压泵。发动机12被构造成用以响应于操作条件在正进行的动力机构操作期间执行自动停止和自动起动操作。控制器5被构造成用以控制发动机12的致动器，用以控制燃烧参数，其包括:进气质量空气流、火花点火正时、被喷射的燃料质量、燃料喷射正时、用以控制再循环排气气体的流的EGR阀位置、以及在如此配备的发动机上的进气和/或排气阀正时和定相位。因此，能够通过控制包括空气流扭矩和火花诱导扭矩的燃烧参数，来控制发动机速度。还可以通过控制第一和第二扭矩机60、62的电动机扭矩来控制输入构件14处的反作用扭矩，从而控制发动机速度。
[0020]示出的变速器10是双模式复合分配电子机械变速器，其包括两个行星齿轮组20和30、和三个可接合扭矩传输装置，即离合器Cl 52X2 54和C3 56。两种操作模式是指动力分配操作模式，包括输入分配模式和复合分配模式，如本文中所描述的。可以设想变速器的另一些实施例，包括具有三种或更多种动力分配操作模式的那些。变速器10被构造成用以响应于输出扭矩请求在发动机12、第一和第二扭矩机60、62和输出构件92之间传输扭矩。在一个实施例中，第一和第二扭矩机60、62是采用电能量来生成和反作用扭矩的电动机/发电机。行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22、环形齿轮构件26、和联接至载体构件的行星齿轮24。载体构件可旋转地支撑被设置成与太阳齿轮构件22和环形齿轮构件26两者处于啮合关系的行星齿轮24，并联接至可旋转的轴构件16。行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32、环形齿轮构件36、和联接至载体构件的行星齿轮34。行星齿轮34被设置成与太阳齿轮构件32和环形齿轮构件36两者处于啮合关系，并且载体构件联接至可旋转的轴构件16。
[0021]如本文中所使用的，离合器是指能够响应于控制信号被选择性地施加的扭矩传输装置。离合器中的每个可以是任何适当的扭矩传输装置，其通过示例方式包括单盘或复盘离合器或组件、单向离合器、带式离合器或制动器。在一个实施例中，离合器中的一个或多个可以包括单向离合器装置或可选择的单向离合器装置。控制回路被构造成用以控制离合器中的每个的离合器状态，包括启动和停用离合器中的每个。在一个实施例中，控制回路是液压回路，其被构造成用以以由能够操作地受控于控制器5的液压泵供给的加压液压流体来控制离合器中的每个的离合器状态。离合器C2 54是旋转离合器。离合器Cl 52和C356是制动器装置,其能够被档接至(grounded to)变速器箱体55。
[0022]高电压电气系统包括例如经由高电压电气总线电联接至逆变器模块的高电压电池(电池)等电能量存储装置，并被构造有用于监测电动力流的适当装置，包括用于监测电流和电压的装置和系统。电池能够是任何适当的高电压电能量存储装置，例如高电压电池，并且优选地包括监测系统，其提供对包括电压和电流在内的被供给至高电压电气总线的电动力的测量。
[0023]第一和第二扭矩机60、62在一个实施例中是三相交流电动机/发电机,各自包括定子、转子和旋转速度传感器例如解析器。用于扭矩机60、62中的每个的电动机定子被档接至变速器箱体55的外部，并且包括定子芯体，所述定子芯体具有从其延伸的卷绕的电绕组。用于第一扭矩机60的转子被支承在毂衬齿轮上，该毂衬齿轮机械地附接联接至第一行星齿轮组20的太阳齿轮22的旋转构件。用于第二扭矩机62的转子被固定地附接至联接至第二行星齿轮组30的太阳齿轮32的旋转构件。
[0024]变速器10的输出构件92被可旋转地连接至传动系90，用以将输出动力提供至传动系90，所述输出动力在本实施例中经由差动齿轮装置、驱动桥或另一适当的装置被传输至一个或多个车辆轮子。输出构件92处的输出动力以输出旋转速度和输出扭矩来定特性。[0025]来自发动机12的输入扭矩和来自第一和第二扭矩机60、62的电动机扭矩作为来自存储在电池中的电势或燃料的能量转换的结果而得以生成。电池经由高电压电气总线被直流联接至逆变器模块。逆变器模块优选地包括一对动力逆变器(power inverter)和相应的电动机控制模块，所述电动机控制模块被构造成用以接收扭矩指令并从此处控制逆变器状态，用于提供电动机驱动或再生功能来满足电动机扭矩指令。动力逆变器包括互补的三相动力电子装置，并且各自包括多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)，用于将来自电池的直流动力转换成交流动力，用于通过在高频率进行切换来为第一和第二扭矩机60和62中的相应一个提供动力。IGBT形成被构造成用以接收控制指令的开关模式动力源。三相电机中的每个的每个相位相包括一对IGBT。IGBT的状态被控制用以提供电动机驱动机械动力生成或电动力再生功能。三相逆变器经由直流传输导体接收或供给直流电动力，并将它变换成三相交流动力或从三相交流动力变换成它，所述三相交流动力经由传输导体被传导至或来自于作为电动机或发电机进行操作的第一和第二扭矩机60和62。逆变器模块响应于电动机扭矩指令通过动力逆变器和相应的电动机控制模块向和从第一和第二扭矩机60和62传输电动力。电流越过高电压电气总线向和从电池传送,用以对高电压电池进行充电和放电。
[0026]控制器5经由通信链路15信号地和操作地链接至动力机构系统中的各个致动器和传感器，用以监测和控制动力机构系统的操作，包括综合信息和输入、并执行算法用以控制致动器用以满足与燃料经济性、排放、性能、驾驶性能和硬件的保护有关的控制目的，所述硬件包括高电压电池的单元和第一和第二扭矩机60和62。控制器5是整个车辆控制构造的子组，并且提供对动力机构系统的协调的系统控制。控制器5可以包括分布的控制模块系统，其包括单独的控制模块，所述控制模块包括监控控制模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块和逆变器模块。用户接口优选地被信号地连接至多个装置，通过所述多个装置，车辆操作者指挥和支配动力机构系统的操作，包括支配输出扭矩请求和选择变速器范围。这些装置优选地包括加速器踏板、操作者制动踏板、变速器范围选择器(PRNDL)和车辆速度巡航控制系统。变速器范围选择器可以具有离散数量的操作者可选择位置，包括指示操作者意图的车辆运动的方向，从而指示正向或逆向方向的输出构件92的优选旋转方向。应该理解的是，车辆可以仍然沿操作者意图运动的指示方向之外的方向移动，原因是由于由车辆的位置引起的回滚，例如在斜坡上。变速器范围选择器的操作者可选择位置能够直接地对应于参考表I所描述的单独的变速器范围，或者可以对应于参考表I所描述的变速器范围的子组。用户接口可以包括如所示的单个装置，或者替代地可以包括直接地连接至单独的控制模块的多个用户接口装置。
[0027]前述控制模块经由通信链路15与其它控制模块、传感器和致动器通信，其实现各个控制模块之间的结构化通信。通信协议是特定于应用的。通信链路15和适当的协议提供前述控制模块与提供包括例如防抱死制动、牵引控制和车辆稳定性的功能的其它控制模块之间的牢靠信息传送和多控制模块交接。多个通信总线可以被使用来改善通信速度并提供一定水平的信号冗余度和完整性，并且可以包括直接链路和串行外围接口(SPI)总线。单独的控制模块之间的通信也可以使用无线链路例如短范围无线电通信总线来实现。单独的装置也可以被直接地连接。
[0028]控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下中的任一个或一个或多个的各种组合:专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理器(优选为微处理器)和相关联的内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓存电路、以及用以提供所描述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查询表的任何指令组。控制模块具有被执行用以提供所需功能的一组控制例程。例程比如通过中央处理器被执行，用以监测来自传感装置和其它网络控制模块的输入，并执行控制和诊断例程，用以控制致动器的操作。可以以被称为循环周期的一定间隔来执行例程，例如在正进行的发动机和车辆操作期间每3.125,6.25、12.5、25和100毫秒。替代地，可以响应于事件的发生来执行例程。
[0029]多模式动力机构被构造成用以在包括多个变速器范围和发动机状态在内的多个动力机构状态中的一个中进行操作，用以生成和传输扭矩至传动系90。发动机状态包括ON状态、OFF状态和燃料截止(FCO)状态。当发动机在OFF状态中操作时，它未被供给燃料，未引燃，并且不回转。当发动机在ON状态中操作时，它被供给燃料，引燃并回转。当发动机在FCO状态中操作时，它回转，但是未被供给燃料并且未引燃。发动机ON状态可以进一步包括全气缸状态(ALL)和气缸停用状态(DEAC)，在所述全气缸状态中，所有气缸被供给燃料并引燃，在所述气缸停用状态中，气缸的一部分被供给燃料并引燃，而剩余气缸未被供给燃料并且未引燃。变速器范围包括多个空档(Neutral)、固定齿轮(Gear#)、电动车辆(EV#)、和电气可变模式(EVT模式#)范围，其通过选择性地启动离合器Cl 52、C2 54和C3 56来达成。空档范围也被称为电扭矩转换器(ETC)范围，在此其间电动力能够关于输出扭矩、发动机速度、输出速度和扭矩机中的一个的速度向或从电池流动。其它动力机构状态例如过渡范围可以被采用。表1给出了多个动力机构状态，包括用于操作多模式动力机构的发动机状态和变速器范围。
[0030]表1
【权利要求】
1.一种用于操作动力机构系统的方法，所述动力机构系统包括多模式变速器，所述多模式变速器被构造成用以在多个变速器范围中的一个中在发动机、第一扭矩机和第二扭矩机以及输出构件间传输扭矩，所述方法包括: 在初始电气可变变速器(EVT)范围与目标EVT范围之间执行变速器换挡，包括: 过渡至以三个速度自由度进行操作，包括控制所述第二扭矩机的速度用以同步与所述目标EVT范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制所述第一扭矩机和所述发动机的速度用以达成所述变速器的输出构件的优选速度， 响应于输出扭矩请求控制来自所述第一扭矩机的扭矩输出，以及 在同步所述正接近的离合器的速度时启动所述正接近的离合器；然后 在所述目标EVT范围中操作所述动力机构系统。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包括:继在所述目标EVT范围中操作所述动力机构系统之后，响应于输出扭矩请求，将所述动力机构系统过渡至在电动车辆(EV)范围中操作。
3.如权利要求2所述的方法，其中，将所述动力机构系统过渡至在EV范围中操作包括执行发动机自动停止操纵。
4.如权利要求1所述的方法，其中，过渡至以三个速度自由度进行操作包括停用在所述多模式变速器中的正远离的离合器。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括:紧接在在初始EVT范围与目标EVT范围之间执行变速器换挡之前在电动车辆(EV)范围中操作所述动力机构系统。
6.一种响应于用 以在第一电气可变变速器(EVT)范围与第二EVT范围之间执行换挡的指令来控制多模式变速器的方法，包括: 将所述多模式变速器过渡至以三个速度自由度进行操作； 响应于输出扭矩请求控制来自联接至所述变速器的第一扭矩机的扭矩输出； 控制联接至所述变速器的第二扭矩机的速度用以同步与第二 EVT范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制所述第一扭矩机的速度以及控制联接至所述变速器的发动机的速度，用以达成所述变速器的输出构件的优选速度； 在同步所述正接近的离合器的速度时启动所述正接近的离合器；然后 响应于输出扭矩请求在第二 EVT范围中操作所述变速器。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括:继在第二EVT范围中进行操作之后，响应于输出扭矩请求，将所述多模式变速器过渡至在电动车辆(EV)范围中操作。
8.如权利要求7所述的方法，其中，将所述多模式变速器过渡至在EV范围中操作包括执行发动机自动停止操作。
9.如权利要求6所述的方法，其中，将所述多模式变速器过渡至以三个速度自由度进行操作包括停用在所述多模式变速器中的离合器。
10.一种用于操作动力机构系统的方法，所述动力机构系统包括多模式变速器，所述多模式变速器被构造成用以在第一、第二和第三独立地受到控制的扭矩致动器和输出构件间传输扭矩，所述方法包括: 将所述多模式变速器过渡至以三个速度自由度进行操作； 控制所述扭矩致动器中的一个的速度用以同步与目标变速器范围相关联的正接近的离合器的速度，并同时地控制两个其它扭矩致动器的速度用以达成所述变速器的输出构件的优选速度，响应于输出扭矩请求控制来自所述扭矩致动器中的所述一个的扭矩输出，并在同步所述正接近的离合器的速度时启动所述正接近的离合器；然后 响应于输出扭矩请求在目标变速器范围中操作所述多模式变速器并控制所述第一、第二和第三独立地受到控制的扭·矩致动器。
【文档编号】B60W30/19GK103847743SQ201310641000
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】B.M.康伦, J-J.F.萨, A.G.霍尔姆斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司