控制混合动力车辆中用户请求的换挡的方法和系统的制作方法

控制混合动力车辆中用户请求的换挡的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及控制混合动力车辆中用户请求的换挡的方法和系统，公开了一种混合动力车辆，该车辆具有发动机、通过上游离合器连接至发动机的电机、通过下游离合器连接至电机的变速箱以及控制器。控制器配置用于响应于用户指令的变速器换挡而基于变速箱输出转速和换挡之后的变速器传动比控制电机转速至指定转速，从而同步变速箱两边的转速用于换挡。提供了一种控制混合动力车辆的方法，该方法响应于用户指令的自动变速箱换挡而基于换挡之后的变速器传动比控制电机转速至目标转速，其中目标转速与变速箱输出转速同步。
【专利说明】控制混合动力车辆中用户请求的换挡的方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明中的多个实施例涉及混合动力车辆以及控制混合动力车辆中用户请求的阶梯传动比(Step ratio)自动变速器的换挡的方法。
【背景技术】
[0002]具有阶梯传动比自动变速器的一些传统车辆提供有用于挡位选择和换挡的额外用户输入，使变速器成为手自一体变速器。例如，用户可以指令超越变速器的自动行驶(D挡)模式的换挡，变速器具有P挡(泊车挡)、R挡(倒车挡)、N挡(空挡)、D挡(行驶挡)、L挡(低速挡)作为挡位选择。用户可以使用方向盘上的换挡拨片、使用设置进入棘爪用于顺序换挡的自动变速器变速杆或本领域中已知的其它方式提供这种输入。用户输入通常允许用户指令变速器从当时所处的挡位顺序升挡或降挡。
[0003]当处于自动模式(比如D挡)时，使用换挡计划控制变速器的换挡。变速器控制器预测换挡并控制发动机转速使得至变速器的输入转速与变速器的输出转速同步，从而允许变速器中的换挡离合器接合并完成换挡。当自动换挡计划或控制器没有预测到换挡时基于用户指令的换挡提供高质量的连续换挡可能存在挑战。同样，在用户指令换挡后满足快速响应来完成换挡的用户期望存在挑战性。由于变速器两边不同步的转速、同步变速器两边转速的时间、发动机响应的时间以及发动机转速控制的精确度，导致可能出现时间延迟。可能还存在的挑战是提供平顺的换挡来满足车辆驾驶性能的期望。

【发明内容】

[0004]在一个实施例中，提供的混合动力车辆具有发动机、通过上游离合器连接至发动机的电机、通过下游离合器连接至电机的变速箱以及控制器。控制器配置用于响应于用户指令的变速器换挡而基于变速箱输出转速和换挡之后的变速器传动比控制电机转速至指令转速，从而同步变速箱两边的转速用于换挡。
[0005]在另一个实施例中，提供一种控制混合动力车辆的方法，该车辆具有通过上游离合器选择性连接至电机的发动机，其中该电机通过下游离合器选择性连接至自动变速箱。响应于用户指令的变速箱换挡，基于换挡之后的变速器传动比将电机转速控制至目标转速，其中目标转速与变速箱输出转速同步。
[0006]根据本发明的一个实施例，进一步包含指令变速箱中的换挡离合器随着电机转速接近目标转速而减小滑动。
[0007]根据本发明的一个实施例，进一步包含将压力控制从变速箱中用于当前传动比的第一换挡离合器切换至变速箱中用于换挡之后的传动比的第二换挡离合器。
[0008]根据本发明的一个实施例，下游离合器是用于变矩器的下游离合器，并且其中目标转速进一步基于变矩器的状态。
[0009]根据本发明的一个实施例，进一步包含换挡期间控制发动机以保持发动机扭矩输出至变速箱。[0010]根据本发明的一个实施例，进一步包含换挡期间控制下游离合器以保持下游离合器的位置。
[0011]根据本发明的一个实施例，用户指令的变速箱换挡是升挡，并且其中控制电机转速至目标转速包括减小电机转速。
[0012]根据本发明的一个实施例，减小电机转速包括减小电机扭矩输出至负值使得电机用作发电机。
[0013]根据本发明的一个实施例，用户指令的变速箱换挡是降挡，并且其中控制电机转速至目标同步转速包括增加电机转速。
[0014]根据本发明的一个实施例，进一步包含在换挡期间提供来自发动机的扭矩以基本满足行驶扭矩的需求并且提供来自电机的扭矩以基本满足换挡扭矩的需求。
[0015]在又一个实施例中，提供了一种计算机可读的存储装置，该装置具有代表可通过控制器执行以控制混合动力车辆的指令的存储数据。该装置具有用于测量电机输出转速的指令、用于测量具有换挡离合器的自动变速箱的输出转速的指令、用于测量连接电机和变速箱的离合器装置的位置的指令、以及用于接收用户指令变速箱从一个传动比至另一个传动比换挡的指令。该装置还具有响应于接收到用户指令的换挡而使用控制序列(controlsequence)通过基于变速箱的输出转速、另一个传动比以及离合器装置的位置而控制电机的输出转速至目标转速的使变速箱换挡的指令，目标转速与变速器的输出转速同步。
[0016]根据本发明的另一个方面，提供一种计算机可读的存储装置，该装置具有代表可通过控制器执行以控制混合动力车辆的指令的存储数据，该存储装置包含:用于测量电机的输出转速的指令；用于测量具有换挡离合器的自动变速箱的输出转速的指令；用于测量连接至电机和变速箱的离合器装置的位置的指令；用于接收用户指令的从一个传动比至另一个传动比的变速箱换挡的指令；用于使变速器换挡的指令，响应于接收到用户指令的换挡，使用控制序列通过基于变速箱的输出转速、另一个传动比和离合器装置的位置而控制电机的输出转速至目标转速，目标转速与变速器的输出转速同步。
[0017]多个实施例具有关联的非限制性优点。例如，用户指令换挡事件之后通过电机来满足换挡扭矩需要，可以迅速同步变速器两边的转速。电机还对转速控制提供较高精度。改善的电机控制能力使变速器产生更平顺的输出转速，对用户而言就是更平顺的换挡和改善的驾驶性能。为了完成用户指令的换挡，电机输出转速控制成与变速器的输出转速同步的转速。使用变速器的输出转速、完成指令换挡之后变速器的传动比以及连接电机和变速器的启动离合器和/或变矩器的状态来确定电机同步转速。如果车辆处于混合动力运转模式，则控制发动机以产生基本上稳态的扭矩输出，从而满足车辆的行驶扭矩需要。换挡事件期间控制变速器内的换挡离合器以完成换挡。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1是能执行实施例的混合动力车辆的示意图；
[0019]图2是根据实施例的说明控制混合动力车辆的方法的流程图；
[0020]图3是根据实施例在用户请求升挡期间用于混合动力车辆的正时图表；以及
[0021]图4是根据实施例在用户请求降挡期间用于混合动力车辆的正时图表。【具体实施方式】
[0022]根据需要，本说明书中公开了本发明具体的实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以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。所以，此处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以多种形式实施本发明的代表性基础。
[0023]图1说明了根据实施例的混合动力车辆10的示意图。车辆10包括发动机12和电机，该电机在图1中显示的实施例中是马达/发电机(M/G) 14且可替代地可以是牵引马达。M/G14配置用于传输扭矩至发动机12或者至车轮16。
[0024]使用第一离合器18(也称为分离离合器或上游离合器)将M/G14连接至发动机12。离合器18还可包括配置用于当分离离合器18接合时帮助减缓发动机12和M/G14之间传输的扭矩改变的缓冲机构(比如一系列盘和弹簧)。第二离合器22 (也称为启动离合器或下游离合器)将M/G14连接至变速器24，并通过启动离合器22将所有输入扭矩传输至变速器
24。尽管离合器18、22描述和说明为液压离合器，但是还可使用其它类型的离合器比如机电式离合器。可替代地，可用具有旁通离合器的变矩器代替离合器22，如下文进一步的描述。在不同的实施例中，下游离合器22指用于车辆10的连接M/G14和变速器24的多个连接装置，并且包括传统的离合器、变矩器以及具有旁通(锁止)离合器的变矩器。
[0025]发动机12输出轴(或曲轴)连接至分离离合器18，该分离离合器再连接至M/G14的输入轴。M/G14输出轴连接至启动离合器22，该启动离合器再连接至变速器24。彼此顺序地串联设置车辆10的多个部件。启动离合器22将车辆的原动机(mover)连接至传动系26，该传动系包括变速器24、差速器28、车轮16以及它们的互连部件。在其它实施例中，本说明书描述的方法可应用到本领域已知的具有其它系统架构的混合动力车辆上。
[0026]在车辆10的一个实施例中，下游离合器22是具有旁通离合器的变矩器。来自M/G14的输入是变矩器的泵轮侧，而从变矩器至变速器24的输出是涡轮侧。变矩器22使用它的液压耦合而传输扭矩，且取决于泵轮侧和涡轮侧之间的滑动量而可发生扭矩放大。可以选择性地接合用于变矩器的旁通或锁止离合器以创建泵轮侧和涡轮侧之间的机械连接用于直接扭矩传输。可滑动和/或打开旁通离合器以控制通过变矩器从M/G14传输至变速器24的扭矩量。变矩器还可包括锁止离合器。
[0027]在车辆10中，例如可以在较高车速时锁定用于变矩器的启动离合器22或旁通离合器以增加燃料效率。与发动机12的扭矩和转速相比，M/G14的扭矩和转速可以被更加精确地控制并且具有更快的响应时间。在车辆10的纯电动运转模式期间，在变速器24换挡事件期间，可以控制M/G14的扭矩和转速。在发动机12和M/G14都运转的混合动力运转模式期间，在变速器24换挡事件期间，可以一起控制M/G14的扭矩和转速以及发动机12的扭矩和转速。
[0028]发动机12是直接喷射发动机。可替代地，发动机12可以是另一种类型的发动机或原动机，比如进气道喷射发动机或燃料电池或者使用多种燃料源(比如柴油、生物燃料、天然气、氢等)。在一些实施例中，车辆10还包括例如通过带或齿轮传动可操作地连接至发动机12的起动机马达30。起动机马达30可用于不需要来自M/G14的额外扭矩而提供扭矩以起动发动机12,比如用于冷起动或者一些高速起动事件。
[0029]M/G14与电池32连通。电池32可以是高压电池。例如当车辆动力输出超过驾驶员需求时，M/G14可通过再生制动等方式在再生模式中向电池32充电。M/G14还可以处于发电机配置，通过负扭矩输出来调节发动机12提供至传动系26的扭矩量或控制变速器24的输入侧的转速。当M/G14输出转速减小时，关联的负M/G14扭矩输出提供电池32充电。在一个示例中，比如对于具有从电网再充电电池能力的插电式混合动力车辆(PHEV)，电池32配置用于连接至外部电网，该电力网向充电站处的电力插口提供能量。还可使用低压电池向起动机马达或其它车辆部件提供电力，或者可通过直流-直流(DC-DC)转换器提供低压电力。
[0030]变速器24是阶梯传动比自动变速箱并且以常规方式连接至驱动轮16，并且可以包括差速机构28。车辆10还提供有一对非驱动车轮；然而，在替代实施例中，可以使用分动箱和第二差速机构以主动驱动所有车轮。
[0031]M/G14和离合器18、22可以设置在马达发电机壳体34内，它们可以集成进变速器24的壳体内，或者可替代地它们可以设置在车辆10中独立的壳体内。阶梯传动比自动变速器24具有齿轮箱以提供用于车辆10的多个传动比。变速器24可以包括离合器和行星齿轮组或者本领域中已知的离合器和齿轮系的其它布局。变速器24可以是六速自动变速器或者本领域中已知的其它多级自动变速器。
[0032]使用操作换挡计划(比如产生换挡计划)的变速器控制单元(IOU) 36或其它控制单元来控制变速器24，该换挡计划连接和分离元件(比如变速箱内的换挡离合器)以控制变速器输出和变速器输入之间的比率。变速器24描述成具有两个换挡离合器44、46，但是可以预想具有任何数量的换挡离合器。例如，在变速器24中换挡离合器44与低速挡关联而换挡离合器46与高速挡位关联。对于升挡，分离离合器44并接合离合器46。对于降挡，分离离合器46并接合离合器44。在本领域中自动变速器中换挡离合器的使用和控制是公知的。T⑶36还用于控制M/G14、离合器18和22、以及马达发电机壳体34内的任何其它部件。
[0033]发动机控制单元(E⑶)38配置用于控制发动机12的运转。车辆系统控制器(VSC)40在T⑶36和E⑶38之间传输数据并且还与多个车辆传感器通信。用于车辆10的控制系统42可以包括任何数量的控制器，并且可以集成为单个控制器或者具有多个模块。可以通过控制器局域网(CAN)或其它系统连接一些或所有控制器。控制系统42可以配置用于在任何数量的不同状况下(包括以响应于用户指令换挡提供一致质量的换挡的方式)控制变速器24的多个部件、马达发电机机总成34、起动机马达30和发动机12的运转。
[0034]在正常的动力传动系统状况下(没有子系统/部件故障)，VSC40解释驾驶员的需求，并随后基于驾驶员需求和动力传动系统的极限确定车轮扭矩指令。VSC40从用户换挡输入(比如提供数据以控制变速器24和车辆10的自动变速器变速杆48)接收信号。变速杆48可以向用户提供PRNDL或类似的输入。车辆10还具有用户输入50以提供用户指令的自动变速器24换挡或挡位变换。输入50可以是方向盘上的换挡拨片，或者可以与变速器变速杆48关联的顺序换挡输入。因此，变速器24是通常作为自动变速器运转但是能让用户使用输入50超越TCU36并指令挡位变换的手自一体变速器。当用户指令变速器24挡位变换时，TCU36从用户输入50接收电信号并控制变速器24中的换挡离合器44、46以及原动机12、14来完成换挡。VSC40还可以接收来自加速器踏板和制动器踏板的信号以确定车辆加速或减速需求。[0035]T⑶36和VSC40协作提供变速器24的传动比和换挡。变速器换挡控制是传输扭矩的主动齿轮从一个挡位改变成另一个挡位的过程。这通常具有两个阶段，扭矩控制阶段和转速控制阶段。扭矩控制阶段将扭矩从老的换挡离合器切换至新的换挡离合器。转速控制阶段使变速器24在新挡位上的输入转速和输出转速一致使得可以接合并锁定新的换挡离合器并实现新的传动比。变速器24的输入通过变矩器22与M/G14输出轴的转速液压或机械相关，M/G14输出轴的转速是车辆中发动机12和电机14两者的输出转速。M/G14输出轴的转速也称为泵轮转速。从而在转速控制阶段，可以控制发动机12的扭矩和电机14的扭矩使得泵轮转速快速接近目标同步转速以锁止新的换挡离合器。在用户指令的可能在任何时间发生的挡位变换中，泵轮转速和泵轮扭矩可能与完成换挡所需要的大不相同，并且由于是通过用户直接指令的所以希望更快换挡。
[0036]对于变速器24将要完成的换挡，与旧传动比关联的第一换挡离合器44打滑并随后分离，并且与希望的新传动比关联的第二换挡离合器46打滑并随后接合。对于将要接合的第二离合器，变速器24的输入转速需要处于或约为同步转速或目标转速。当变速器24的输入转速处于同步转速时，第二换挡离合器在输入和输出侧处的转速大约相等，从而允许离合器锁止。当换挡离合器两边的转速不是大体相等时，可能难于接合换挡离合器并完成换挡。
[0037]使用变速器24的输出转速和希望的新传动比确定同步转速。转速比是传动比的倒数。变速器24的输入转速乘以转速比得出变速器24的输出转速。当变速器24的输入转速大约为同步转速时，输入转速乘以希望的新传动比处的转速比大约为变速器24的输出转速，并且变速器24中换挡离合器两边的打滑等于或接近零。可以在VSC40或TCU36的校准或查值表中提供用于变速器24的多个传动比或转速比的同步转速。
[0038]在行驶模式(D挡)运转期间，TCU36基于换挡计划预测换挡点并控制发动机12或者发动机12和M/G14使得变速器24的输入转速达到同步转速以提供良好控制的平顺换挡。VSC40和TCU36使用变速器24的输入和输出转速并在换挡之前使转速一致以改善换挡质量并提供更平顺的换挡。当换挡质量较低时，可能延迟换挡或者可能在传动系中存在用户明显感觉到的扰动。
[0039]当用户提供换挡指令以超越变速器24的D挡运转时，换挡指令可能发生在车辆运转期间的任何时间，包括换挡计划中包括的换挡时间点之外的其它时间。当变速器的输入和输出转速不一致时用户可能会指令换挡。用户可能指令自动换挡计划未预期的换挡，比如踩加速踏板(power on)的升挡或降挡或者释放加速踏板(power off)的升挡或降挡。变速器24的输入转速可能与用于指令的换挡和新传动比的同步转速大不相同，并且由于需要时间将变速器24的输入轴转速变成同步转速所以在能够完成换挡之前可能发生延迟。
[0040]车辆10中用户指令的挡位变换期间，电机14的扭矩是控制泵轮转速的主源而发动机12的扭矩可以提供行驶需要的扭矩。踩加速踏板的升挡或降挡是指令的压下加速器踏板而正的输出扭矩至传动系26的换挡。释放加速器踏板的升挡或降挡是指令的释放加速器踏板而负的输出扭矩至传动系26的换挡。在这四类换挡中，M/G14主要负责换挡相关的扭矩控制而发动机12的扭矩平衡行驶需要的扭矩。针对每个不同类型的换挡校准M/G14扭矩模型(profile)。这改善了换挡质量和一致性。只要M/G14的扭矩设置成负，则它向电池充电，从而这样改善了燃料经济性和排放。此外，可以使用火花延迟大幅减小发动机扭矩减小。
[0041]VSC40确定每个动力源何时需要提供扭矩以及提供多少扭矩以满足驾驶员的扭矩需求并达到发动机12和M/G14的运转点(扭矩和转速)。VSC40可以解释包括任何正或负的发动机12或M/G14扭矩以及道路负载扭矩的总车辆扭矩。
[0042]尽管使用术语“压力”描述离合器18、22、44和46的运转，从而暗示是液压离合器，但是还可以使用其它类型的装置，比如适当的机电式离合器或变矩器。在液压离合器的情况下，离合器盘上的压力与扭矩容量(torque capacity)相关。同样，非液压离合器中作用在盘上的力也与扭矩容量相关。所以，为了名称的一致，除非以其它方式特别定义的，否则本说明书描述的离合器18、22的运转采用“压力”，但是应理解还包括在非液压离合器中非液压的力施加至离合器盘的情形。
[0043]当锁定或接合离合器18、22、44和46中的一者时，离合器任一侧上传动系部件的转速相等。滑动是离合器的一侧与其它侧的转速差异，这样当离合器中的一者滑动时，一侧的转速不同于其它侧的转速。例如，如果M/G14输出旋转转速为1500rpm而启动离合器22滑动lOOrpm，则启动离合器22的变速器24 —侧的转速为1400rpm。当下游离合器22是变矩器的旁通离合器时，当它完全打开时由于离合器两边存在转速差异(即使没有扭矩通过旁通离合器传输)也可以认为它在滑动。
[0044]在一些实施例中，通过包括变矩器和锁止离合器或旁通离合器的变矩器单元代替离合器22。当变矩器两边存在一定的转速差异时变矩器具有扭矩放大效应。在扭矩放大期间，由于变矩器两边的扭矩放大，变矩器的输出扭矩大于输入扭矩。例如当车辆10从静止启动并且至变矩器的输入轴开始旋转而变矩器的输出轴仍然静止或刚刚开始旋转时存在扭矩放大。
[0045]锁止离合器或旁通离合器用于锁定变矩器使得下游扭矩传输装置22的输入和输出扭矩彼此相等，并且装置22的输入和输出转速彼此相等。锁定的离合器消除变矩器两边的滑动和传动系低效率(例如当变矩器两边的转速比高于约0.8时)并且可以增加车辆10的燃料效率。
[0046]图2是根据实施例说明的控制车辆10的方法的流程图。可以通过具有阶梯传动比自动变速器的其它混合动力车辆实施该方法。此外，在本发明的精神和范围内，可以重新设置或省略流程图中的步骤并且可以增加其它步骤。
[0047]控制系统42使用算法100确定车辆10的变速器24是否处于自动行驶模式，或者在102处用户是否使用输入50指令换挡。如果变速器24处于自动模式(比如D挡)，则算法100前进至104并使用自动换挡计划运转变速器24。在自动换挡计划期间，在换挡期间发动机12可以是车辆10的主要扭矩源，而在混合动力运转模式期间M/G14作为辅助扭矩源。
[0048]如果用户使用输入50指令变速器24换挡(本质上超越自动控制)，则算法100从102前进至框106。控制系统42可以通过用户在车辆10中输入换挡请求至用户输入50而确定用户已经指令换挡。如果用户已经激活车辆10中的用户输入50 (其中例如通过将变速杆移进与加/减挡关联的棘轮或者在使用拨片换挡器请求换挡之前激活它们而预测用户换挡请求)，则控制系统42也可以确定用户控制已经开始并前进至106。
[0049]在106处，算法100确定车辆10是否以混合动力运转模式或纯电动运转模式运转。对于混合动力运转模式，发动机12和M/G运转。发动机12提供扭矩输出至车辆10，而M/G14用作马达以提供扭矩至车辆10或作为发电机用于向电池32充电。如果车辆10以混合动力模式运转，则算法100前进至框108。如果车辆10以纯电动模式运转，则车辆10前进至框110。
[0050]在框108处，控制系统42进入用于变速器24的扭矩控制阶段。控制系统42指令变速器24中换挡离合器的变化。控制系统42分离与当前传动比关联的换挡离合器44、46以开始滑动。控制系统42也可以开始向变速器中与希望的传动比关联的换挡离合器46、44施加压力从而能控制该滑动。
[0051]在112处，控制系统42进入转速控制阶段。控制系统42从多个车辆系统和测量仪器接收信号。控制系统42确定变速器24的输出转速、M/G14的输出转速或泵轮转速以及下游离合器装置22 (比如启动离合器)或变矩器及其关联的锁止离合器或旁通离合器的状态。在换挡期间，启动离合器22的位置不改变。如果变矩器22的锁止离合器或旁通离合器是接合的或锁定的，则在换挡期间它保持接合或锁定。如果变矩器22的锁止离合器或旁通离合器打开并且扭矩通过变矩器传输，则在换挡事件期间它保持打开。
[0052]控制系统42计算用于完成指令换挡的M/G14输出轴的同步转速。如果变矩器22的启动离合器或锁止离合器或旁通离合器是接合的或锁定的，则控制系统42使用变速器24的输出转速以及请求的换挡之后的挡位的传动比来确定同步转速。如果变矩器22的锁止离合器或旁通离合器是打开的，则扭矩当前通过变矩器传输，控制系统42使用变速器24的输出转速、请求的换挡之后的挡位以及变矩器的状态(即换挡期间变矩器两边的滑动)来确定用于M/G14输出轴的同步转速。通过比较变矩器的泵轮和涡轮转速而确定变矩器两边的滑动。
[0053]控制系统42然后前进至框114以指令M/G14使得泵轮转速是在110处确定的同步转速。指令发动机12的扭矩输出为基本上恒定的水平或保持稳态。这允许发动机12基本上提供车辆10上满足行驶需要的扭矩，比如需要满足车辆加速和减速的需要的扭矩。
[0054]在114处，控制M/G14的转速使得泵轮转速是同步转速。对于踩加速器踏板的升挡或释放加速器踏板的升挡，M/G14的扭矩输出减小至负值，从而减小M/G14的输出转速和泵轮转速。在该转速减小期间M/G14用作发电机并且向电池32充电。对于踩加速器踏板的降挡或释放加速器踏板的降挡，如果需要则增加M/G14的扭矩，从而M/G14的转速和泵轮转速增加。在该转速增加期间M/G14用作马达。M/G14通常提供满足换挡质量要求或换挡需求所需的扭矩。由于与发动机12相比M/G14具有更快的响应时间，所以M/G14用于满足换挡需求，从而减少完成换挡的时间、提供更平顺的换挡并且改善了自动变速器24的用户指令换挡的换挡质量。
[0055]控制系统42在114处还继续增加与指令的传动比关联的换挡离合器46、44的压力使得换挡离合器两边的滑动减小。
[0056]算法100然后在116处确定泵轮转速是否处于同步转速以及转速控制阶段是否完成。如果转速控制阶段没有完成，则算法100返回至108。如果转速控制阶段完成，则算法100前进至框118。
[0057]在118处，控制系统42指令与指令的新传动比关联的换挡离合器46、44接合。由于转速同步，换挡离合器可以迅速接合以平顺换挡。控制系统42还指令发动机12和M/G14满足车辆的行驶需求。可以调节发动机12和M/G14的扭矩输出水平使得它们各自的贡献在总的动力传动系统扭矩中改变。算法随后前进至框120并且算法100结束。控制系统42可以使变速器24恢复以自动换挡计划运转。
[0058]再次参考框106，如果车辆以纯电动模式运转则在指令换挡之后算法100前进至框110。在框110处，控制系统42进入变速器24的扭矩控制阶段。控制系统42指令变速器24中换挡离合器的变化。控制系统42分离与当前传动比关联的换挡离合器44、46以开始滑动该离合器。控制系统42也可以开始向变速器中与指令的新传动比关联的离合器46、44施加压力从而能控制该换挡离合器两边的滑动。
[0059]在122处，控制系统42进入转速控制阶段。控制系统42从多个车辆系统和测量仪器接收信号。控制系统42确定变速器24的输出转速、M/G14的输出转速或泵轮转速以及变矩器22的启动离合器或锁止离合器或旁通离合器的状态。在换挡期间，启动离合器22的位置不改变。如果变矩器22的锁止离合器或旁通离合器是接合的或锁定的，则在换挡期间它保持接合或锁定。如果变矩器22的锁止离合器或旁通离合器是打开的那么扭矩通过变矩器传输，则在换挡事件期间它保持打开。
[0060]控制系统42计算用于完成指令换挡的M/G14的输出轴的同步转速。如果变矩器22的启动离合器或锁止离合器或旁通离合器是接合的或锁定的，则控制系统42使用变速器24的输出转速以及用于新指令的挡位的传动比来确定同步转速。如果变矩器22的锁止离合器或旁通离合器是打开的，则扭矩当前通过变矩器传输，控制系统42使用变速器24的输出转速、指令挡位的传动比以及变矩器的状态(即换挡期间变矩器两边的滑动)来确定用于M/G14输出轴的同步转速。
[0061]控制系统42然后前进至框124以指令M/G14使得泵轮转速是在110处确定的同步转速。由于车辆处于纯电动模式，发动机12没有运转。控制M/G14的输出轴转速至同步转速。对于踩加速器踏板的升挡或释放加速器踏板的升挡，M/G14的扭矩输出减小至负值，从而减小马达输出转速和泵轮转速。在该转速减小期间M/G14用作发电机并且向电池32充电。对于踩加速器踏板的降挡或释放加速器踏板的降挡，如果需要则增加M/G14的扭矩，从而M/G14的转速和泵轮转速增加。在该转速增加期间M/G14用作马达。M/G14提供满足车辆10行驶需求所需的扭矩，比如满足车辆加速或减速需求所需的扭矩。M/G14还提供需要满足换挡质量要求或换挡需要的扭矩。M/G14的快速响应提供了迅速完成换挡以及更平顺的换挡，并增加自动变速器24的指令换挡的换挡质量。
[0062]控制系统42在124处还继续向与指令的传动比关联的换挡离合器46、44增加压力使得换挡离合器两边的滑动减小。
[0063]算法100然后在126处确定M/G14的输出转速是否处于同步转速以及转速控制阶段是否完成。如果转速控制阶段没有完成，则算法100返回至110。如果转速控制阶段完成，则算法100前进至框128。
[0064]在128处，控制系统42指令与指令的新传动比关联的换挡离合器46、44接合。由于转速同步，换挡离合器可以迅速接合以平顺换挡。控制系统42也指令M/G14满足车辆的行驶需要。算法100然后前进至框120并结束。控制系统42可以使变速器24恢复以自动换挡计划运转。
[0065]图3a_f说明使用算法100的用户指令车辆10升挡的正时图表。图3a显示相对于时间的变速器24选择的挡位200。对应于算法100中的框102，在时间202处用户指令自动离合器升挡(从较低挡位204到较高挡位206)。如图3c中变速器24增加的输出转速208显示的，这是踩加速器踏板的升挡。
[0066]如图3e所示，由于发动机12以发动机扭矩210运转，车辆10处于混合动力运转模式。如果发动机12没有运转并且车辆10处于纯电动模式，则除了图3e中没有发动机扭矩输出之外，正时图表将会基本相同。
[0067]图3f显示了扭矩控制阶段并且从关联于挡位204的当前换挡离合器212过渡为关联于挡位206的新的换挡离合器214，图3f说明离合器压力。对应于算法100中的框108，在时间202处减小至离合器212的压力使得离合器开始滑动而开始增加至离合器214的压力以准备离合器接合。
[0068]图3b显示了 M/G14的输出轴216的转速或泵轮转速。在时间202之前，转速216增加以对应输出转速208。线218显示了同步转速。如算法100中框112讨论的基于输出转速208、传动比206计算同步转速218。假设在该示例中离合器22是接合并锁定的这样在计算中不必包括变矩器的放大效应。
[0069]对应于算法100中的框114，如图3d显示的在时间202处开始控制M/G14的扭矩输出220至222处的负值使得M/G14用作为发电机。这使得M/G14的输出转速和泵轮转速减小(如图3b中224显示的)。注意在时间202处泵轮转速216与同步转速218大不相同，从而在换挡期间控制M/G14达到同步转速以提供具有一致性和高质量的快速换挡。在226处斜坡调节(ramp)Μ/G扭矩220使得泵轮转速接近同步转速218。在紧邻时间230之前的区域228处泵轮转速近似为同步转速。注意在时间202至时间230之间发动机扭矩210保持基本恒定的输出。换挡离合器212、214分别具有受控的压力以控制每者的滑动。注意新换挡离合器214的压力在时间202和时间230之间的时间段中相对较早处增加至接合附近。完成这些事件指示完成算法100的框116中的转速控制阶段。
[0070]M/G14的转速216在228处基本上达到同步转速218之后，算法100前进至框118，如压力增加232显示的增加至换挡离合器214的压力以接合并锁定该离合器。在时间230处完成换挡事件。控制M/G14使得变速器24的输出转速208在换挡事件期间(即时间202至时间230)保持平滑线并为用户提供平顺换挡。在时间230之后，增加M/G14的转速以提供输出转速208。注意，由于换挡离合器214和变矩器22的启动离合器或锁止离合器或旁通离合器都是接合的使M/G14的输出轴转速与输出转速208同步，所以线216在时间230之后还是同步转速。在时间230之后，控制M/G14和发动机12以提供显示的输出转速208。
[0071]图4-a说明使用算法100的用户指令的车辆10降挡的正时图表。图4a显示相对于时间的变速器24选择的挡位300。对应于算法100中的框102，在302处用户指令自动离合器降挡(从较高挡位304到较低挡位306)。如图4c中变速器24增加的输出转速308显示的，这是踩加速器踏板的降挡。
[0072]如图4e所示，由于发动机12以发动机扭矩310运转，所以车辆10处于混合动力运转模式。如果发动机12没有运转并且车辆10处于纯电动模式，则除了图4e中没有发动机扭矩输出之外，正时图表将会基本相同。
[0073]图4f显示扭矩控制阶段并且从关联于挡位304的当前换挡离合器312过渡为关联于挡位306的新换挡离合器314，图4f说明离合器压力。对应于算法100中的框108，在时间302处，减小至离合器312的压力使得离合器开始滑动，并且至离合器314的压力开始增加以准备离合器接合。
[0074]图4b显示M/G14的输出轴316的转速或泵轮转速。在时间302之前，转速316增力口，转速316与输出转速308相关。线318显示同步转速。如算法100中框112讨论的基于输出转速308、传动比306计算同步转速318。在该示例中假设离合器22是接合并锁定的，这样计算中不必包括变矩器的放大效应。
[0075]对应于算法100中的框114，在时间302处开始控制M/G14的扭矩输出320 (如图4d显示的)至322处的较高正值。这使M/G14输出转速和泵轮转速增加(如图4b中324显示的)。注意在时间302处的泵轮转速316与时间302处的同步转速318大不相同，从而在换挡期间控制M/G14达到同步转速以提供具有一致性和高质量的换挡。在326处斜坡调节Μ/G的扭矩320使泵轮转速316接近同步转速318。在紧邻时间330之前的区域328处泵轮转速近似为同步转速。注意在时间302至时间330之间发动机扭矩310保持基本恒定的输出。控制换挡离合器312、314分别具有各自受控的压力以控制每者的滑动。注意新换挡离合器314的压力在时间302和时间330之间的时间段中较晚处增加至接合附近。完成这些事件指示完成算法100的框116中的转速控制阶段。
[0076]泵轮转速316在328处基本达到同步转速318之后，算法100前进至框118，并且增加至换挡离合器314的压力以接合并锁定该离合器。在时间330处完成换挡事件。控制M/G14使得输出转速308在换挡事件期间(即时间302至时间330)保持平滑线并提供符合用户的平顺换挡。在时间330之后，增加M/G14的转速以与输出转速308 —致。注意，由于换挡离合器314和变矩器22的启动离合器或锁止离合器或旁通离合器都是接合的使M/G14的转速与输出转速308同步，所以线316在时间330之后是同步转速。在时间330之后，控制M/G14和发动机12以提供如图所示的输出转速308。
[0077]注意，与图4f中的离合器312、314相比，在时间202和时间230之间的时间段中更早处以更陆的压力斜坡调节(pressure ramps)来控制图3f中的换挡离合器212、214。这是因为对于踩加速器踏板的升挡，在换挡开始时同步转速通常低于泵轮转速，而对新换挡离合器进行更陡的压力斜坡调节有助于在换挡期间的较早处将泵轮转速降低至同步转速。相反，对于踩加速器踏板的降挡，在换挡开始时同步转速通常高于泵轮转速，对新换挡离合器进行相对平缓或延迟的压力斜坡调节有助于在换挡期间的较早处将泵轮转速升高至同步转速。
[0078]多个实施例具有关联的非限制性优点。例如，用户指令换挡事件之后通过电机来满足换挡扭矩需求，可以迅速同步变速器两边的转速。电机还提供较高精度的转速控制。改善的电机控制能力使变速器产生更平顺的输出转速，对用户而言就是更平顺的换挡和改善的驾驶性能。为了完成用户指令的换挡，电机输出转速控制成与变速器的输出转速同步的转速。使用变速器的输出转速、完成指令换挡之后变速器的传动比以及连接电机和变速器的启动离合器和/或变矩器的状态来确定电机同步转速。如果车辆处于混合动力运转模式，则控制发动机以产生基本上稳态的扭矩输出，从而满足车辆的行驶扭矩需求。换挡事件期间控制变速器内的换挡离合器以完成换挡。
[0079]虽然上文描述了示例实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解可作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。此外，可组合多个执行实施例的特征以形成本发明没有明确说明或描述的进一步的实施例。已经对一个或多个希望的特征描述了提供优点的和/或优于其它实施例或现有技术实的一个或多个实施例，本【技术领域】中的普通技术人员应理解取决于具体的应用或实施可以在多个特征中作出妥协以实现希望的综合系统属性。这些属性包括但不限于:成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。这样，对于一个或多个特性描述的可取性低于其它实施例的任何实施例没有在本发明的范围之外。
【权利要求】
1.一种混合动力车辆，包含: 发动机； 通过上游离合器连接至所述发动机的电机； 通过下游离合器连接至所述电机的变速箱；以及 控制器，配置用于响应于用户指令的变速器换挡而基于变速箱输出转速和所述换挡之后的变速箱传动比控制所述电机的转速至指定转速，从而同步所述变速箱两边的转速用于所述换挡。
2.根据权利要求1所述的车辆，进一步包含变矩器，其中所述下游离合器是用于所述变矩器的旁通离合器。
3.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述指定转速进一步基于所述变矩器的状态。
4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于在所述换挡期间保持所述下游离合器的位置。
5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于控制所述发动机以在所述换挡期间保持发动机扭矩输出至所述变速箱。
6.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述变速箱是阶梯传动比自动变速箱。
7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述变速箱包含至少两个换挡离合器。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述车辆进一步包含与所述变速箱和控制器通信的用户换挡输入，其中所述控制器配置用于从所述用户换挡输入接收用于所述用户指令的换挡的信号。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述用户指令的换挡通过所述控制器超越所述变速箱的自动换挡控制。
10.一种控制混合动力车辆的方法，所述车辆具有通过上游离合器选择性连接至电机的发动机，所述电机通过下游离合器选择性连接至自动变速箱，所述方法包含，响应于所述用户指令的变速箱换挡而基于所述换挡之后的所述变速箱的传动比控制所述电机的转速至目标转速，其中所述目标转速与所述变速箱的输出转速同步。
【文档编号】B60W10/08GK103978975SQ201410048985
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年2月12日 优先权日:2013年2月13日
【发明者】戴征宇, 姜洪 申请人:福特全球技术公司