用于并联式插电混合动力汽车的变速器换挡控制方法和系统与流程

本申请涉及并联式插电混合动力汽车的变速器换挡控制方法和系统，能够更佳地控制汽车行驶时的噪声振动等级(nvh)并改善纯电动驱动向发动机-电机混合驱动切换时的动力响应特性。

背景技术：

随着环境污染加剧、石油需求增多和对车辆排放处理设备的要求的提高，混合动力车辆受到制造商和消费者越来越多的关注。典型地，混合动力车辆采用燃料发动机和电机提供动力。通过采用电机提供一部分动力，这样的混合动力车辆同仅依靠燃料发动机的车辆相比，所需的燃料较少。其结果是，混合动力车辆产生的碳排放量减少，且运行成本较低。

然而，当车辆从纯电动驱动切换至发动机+电动的混合驱动模式时，需要考虑车速造成的输入轴上的速差变化对发动机离合器的影响、操作者踩踏加速踏板位置导致了车辆行驶舒适性体验影响、以及挡位不匹配切换时导致的噪声振动等级过高等多种不利影响。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明提出了一种专门针对并联式插电混合动力汽车的变速器换挡控制方法和系统，采用本发明的方法和系统，综合考虑了电机挡位、车速、加速踏板位置、以及目标发动机转速等多种因素来相应地切换汽车的变速器中针对电机的挡位和针对发动机的挡位。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于并联式插电混合动力汽车的变速器挡位控制方法，所述汽车包括燃料发动机、动力电机以及变速器，所述发动机的动力和所述电机的动力并联地选择性接入到所述变速器的输入端，为与所述变速器的输出端相连的驱动轮提供驱动力，在仅所述发动机提供驱动力的纯发动机驱动模式中，所述变速器针对所述发动机具有6个前进挡，由低速挡至高速挡分别为1、2、3、4、5、6挡，在仅所述电机提供驱动力的纯电机驱动模式中，所述变速器针对所述电机具有4个前进挡，由低速挡至高速挡分别为1、2、3、4挡，在所述发动机与所述电机共同提供驱动力的混合驱动模式中，所述发动机的前进挡与所述电机的前进挡依预定的规则组合被独立地切换，

其中，在汽车行驶时所述变速器从所述纯电机驱动模式切换至所述混合驱动模式的过程中，所述方法包括：

确定所述变速器的针对电机的挡位；

确定当前车速；

确定汽车的加速踏板被踩压的状态；

依据所确定的电机挡位、当前车速和加速踏板被踩压的状态来选择将所述变速器切换至针对发动机的挡位以及是否维持所述变速器的电机的当前挡位，其中，在所述变速器处于电机1挡的情况下，禁止所述变速器切换至发动机1或2挡；并且在当前车速为中速或低速时，维持所述变速器的电机当前挡位并将所述变速器切换至发动机3挡。

需要指出的是在本申请的上下文中，电机i挡(i＝1、2、4或4)或发动机m挡(m＝1、2、3、4、5或6)分别指的是变速器处于针对电机的第i前进挡或针对发动机的第m前进挡。

可选地，在汽车行驶时所述变速器从所述纯电机驱动模式切换至所述混合驱动模式的过程中，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机1挡的情况下，且当前车速为高速时，如果所述加速踏板被确定为轻踩，则先将所述变速器切换至电机4挡、再将所述变速器切换至发动机3挡；如果所述加速踏板被确定为重踩，则维持电机1挡不变且将所述变速器切换至发动机3挡。

可选地，在汽车行驶时所述变速器从所述纯电机驱动模式切换至所述混合驱动模式的过程中，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机4挡的情况下，如果当前车速为中速或高速，则维持电机4挡不变并将所述变速器切换至发动机3挡。

可选地，在汽车行驶时所述变速器从所述纯电机驱动模式切换至所述混合驱动模式的过程中，所述方法还包括：

如果当前车速为低速，则先将所述变速器切换至电机1挡、再将所述变速器切换至发动机3挡。

优选地，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机4挡的情况下，如果当前车速为高速，则维持电机4挡不变并将所述变速器切换至发动机3或4或5挡。

可选地，在汽车行驶时所述变速器从所述纯电机驱动模式切换至所述混合驱动模式的过程中，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机2或3挡的情况下，如果当前车速为中速，则维持电机2或3挡不变并将所述变速器切换至发动机3挡。

优选地，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机2或3挡的情况下，如果当前车速为低速，则先将所述变速器切换至电机1挡、再将所述变速器切换至发动机3挡。

优选地，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机2或3挡的情况下，如果当前车速为高速，则先将所述变速器切换至电机4挡、再将所述变速器切换至发动机3挡。

优选地，所述方法还包括：

在所述变速器处于电机2或3挡的情况下，如果当前车速为高速并且所述加速踏板被确定为轻踩，则先将所述变速器切换至电机4挡、再将所述变速器切换至发动机3挡。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于并联式插电混合动力汽车的变速器挡位控制系统，所述发动机的动力和所述电机的动力并联地选择性接入到变速器内，为所述汽车的驱动轮提供驱动力，在仅所述发动机提供驱动力的纯发动机驱动模式中，所述变速器针对所述发动机具有6个前进挡，由低速挡至高速挡分别为1、2、3、4、5、6挡，在仅所述电机提供驱动力的纯电机驱动模式中，所述变速器针对所述电机具有4个前进挡，由低速挡至高速挡分别为1、2、3、4挡，在所述发动机与所述电机共同提供驱动力的混合驱动模式中，所述发动机的前进挡与所述电机的前进挡依预定的规则组合被独立地切换，

其中，在汽车行驶时所述变速器从所述纯电机驱动模式切换至所述混合驱动模式的过程中，所述变速器挡位控制系统执行前述方法。

附图说明

从后述的详细说明并结合下面的附图将能更全面地理解本发明的前述及其它方面。需要指出的是，各附图的比例出于清楚说明的目的有可能不一样，但这并不会影响对本发明的理解。在附图中：

图1示意性示出了采用了根据本发明的换挡控制系统的并联式插电混合动力汽车的框图；

图2示意性示出了用于本发明的换挡控制系统的并联式插电混合动力汽车的变速器的简化图；并且

图3a至3c分别示意性示出了针对不同电机挡位的根据本发明的从纯电机驱动模式到混合驱动模式的挡位控制方法。

具体实施方式

在本申请的各附图中，结构相同或功能相似的特征由相同的附图标记表示。

图1示意性示出了根据本发明的换挡控制系统所应用的并联式插电混合动力汽车的框图。从图中可以看出，该混合动力汽车主要包括变速器70、燃料发动机30、动力电机50、车辆控制单元400以及驱动轮500，其中，燃料发动机30和动力电机50并联地将动力输入到变速器70中，然后，变速器70受控制变换挡位再将动力输出至汽车的驱动轮500，变速器70的动力切换以及挡位变换可以由根据本发明的换挡控制系统410来控制完成，而换挡控制系统410可以作为单独的系统、也可以作为车辆控制单元400的一部分。

在本发明中，变速器70为齿轮变速器，其针对燃料发动机30具有6个前进挡以及1个倒车挡并且针对动力电机50具有4个前进挡。本领域技术人员应当清楚，变速器70也可以采用cvt变速器、双离合变速器等其它任何合适的形式来实现，此外，针对燃料发动机30和动力电机50的挡位数设置也可以依据需要相应增减。

图2示意性示出了本发明的换挡控制系统410所应用控制的变速器70的简化图。

如图所示，变速器70包含输入轴1，输出轴2，中间轴3，电机轴4，和中间轴5(这里合起来称作“五个传动轴”)。中间轴5可包含空心部，以使得中间轴5可被输出轴2穿过。中间轴5可被称作“齿轮组轴”，“中空轴”，或“套轴”。变速器70可包含套轴(即中空轴)10a、11a、12a、13a和15a。套轴10a、11a、12a和13a由输入轴1支承。套轴5和15a由输出轴2支承。由发动机30输出的动力可被传递到离合器40和变速器70的轴，并且再被传递至车轮500。由电机50输出的动力可被输出到变速器70的轴，并且又被传递至车轮500。

所述五个传动轴中的每个可被安装于，或至少部分地内置于，变速器箱体，位于使得这些传动轴上的齿轮与这里描述的至少一个其它齿轮啮合的位置。这里描述的每个齿轮可包括直齿轮，斜齿轮(例如斜齿圆柱齿轮)等等，但并不局限于此。

输入轴1经离合器40耦联于发动机30。在根据本发明的换挡控制系统410的控制下，离合器40可具有脱开状态，其中发动机30从离合器40完全脱离，并且因而与输入轴1解除耦联。离合器40可具有完全接合状态，其中发动机30(例如飞轮)与离合器40完全接合(例如经过离合器盘)，并且因而完全耦联于输入轴1。

变速器70还包含布置在输入轴1上的主动齿轮10、同步器7、主动齿轮11、主动齿轮12、同步器26和主动齿轮13。主动齿轮10、主动齿轮11、主动齿轮12和主动齿轮13中的每个被配置成通过同步器7或26与输入轴1结合，并且被输入轴1可旋转地支承或分别被套轴10a、11a、12a和13a可旋转地支承。布置在给定轴上的任何齿轮或同步器由该给定轴携带并且由该给定轴支承。如后面进一步描述，主动齿轮10可被用作二挡主动齿轮。主动齿轮13可被用作三挡主动齿轮。主动齿轮11可被用作四挡主动齿轮。主动齿轮12可被用作五挡主动齿轮。同步器26包含主动齿轮8以提供倒挡，如后面进一步描述。主动齿轮8可被布置在同步器26的滑动套轴上，但并不局限于此。这样，主动齿轮8可被用作倒挡主动齿轮。

如图2所示，同步器7可沿着输入轴1轴向移动。同步器7可具有(i)第一结合位置，其中同步器7保持主动齿轮10(而非主动齿轮11)与输入轴1同步，(ii)第二结合位置，其中同步器7保持主动齿轮11(而非主动齿轮10)与输入轴1同步，以及(iii)中位(空位)，其中主动齿轮10和主动齿轮11都不与输入轴1同步。同步器7可背离相邻齿轮沿着输入轴1轴向移动到其中位，从而齿轮不再与输入轴1同步。由于同步器7可交替结合主动齿轮10和主动齿轮11，同步器7也被称作二四挡同步器。

类似地，同步器26还可沿着输入轴1轴向移动。同步器26可具有(i)第一结合位置，其中同步器26保持主动齿轮12(而非主动齿轮13)与输入轴1同步，(ii)第二结合位置，其中同步器26保持主动齿轮13(而非主动齿轮12)与输入轴1同步，以及(iii)中位(空位)，其中主动齿轮12和主动齿轮13都不与输入轴1同步。同步器26可背离相邻齿轮沿着输入轴1轴向移动到其中位，从而齿轮不再与输入轴1同步。当同步器26处于其中位时，主动齿轮8可被变速器70使用以提供倒挡。

变速器70还包含布置在输出轴2上的减速齿轮14、被动齿轮15、同步器9、中间轴5、被动齿轮18和被动齿轮19。另外，变速器70包含布置在中间轴5上的被动齿轮16和被动齿轮17。如后面进一步描述，被动齿轮15可被用作二挡被动齿轮。被动齿轮19可被用作三挡被动齿轮。被动齿轮16可被用作四挡被动齿轮。被动齿轮18可被用作五挡被动齿轮。

同步器9可沿着输出轴2轴向移动。同步器9可具有(i)第一结合位置，其中同步器9保持被动齿轮15(而非齿轮16)与输出轴2同步，(ii)第二结合位置，其中同步器9保持主动齿轮16(而非主动齿轮15)与输出轴2同步，以及(iii)中位(空位)，其中被动齿轮15和齿轮16都不与输出轴2同步。同步器9可轴向移动沿着输出轴2和背离相邻齿轮到其中位，从而齿轮未被与输出轴2同步。在第二结合位置，同步器9可直接结合齿轮16，或者同步器9可直接结合中间轴5以间接将齿轮16与输出轴2同步，其中齿轮16设在中间轴5上。

变速器70包含布置在中间轴3上的被动齿轮20、被动齿轮21、被动齿轮22和被动齿轮23。当同步器26处于中位时，被动齿轮23可沿着中间轴3滑动，或沿着由中间轴3承载的套轴31滑动，从而啮合主动齿轮8以提供倒挡。图2示出了主动齿轮8的相对位置8a，以使得被动齿轮23可滑动到与主动齿轮8啮合。被动齿轮23可以移动并保持在预期位置。这样，主动齿轮8用作倒挡被动齿轮。由于同步器26结合主动齿轮12或主动齿轮13，或允许被动齿轮23啮合主动齿轮8，因此同步器26也被称作三五倒挡同步器。

变速器70还包含布置在耦联于电机50的电机轴4上的主动齿轮24。电机50驱动电机轴4和主动齿轮24。主动齿轮24驱动中间轴3上的被动齿轮20。传递到中间轴3的动力随后被传递到变速器70的元件。如图2所示，主动齿轮24经电机传动装置20a啮合被动齿轮20。电机传动装置20a可配置为齿轮组或者由带轮/链轮形成的联动机构。

表1列举了图1所示的各个齿轮和同步器，并且指出了它们分别结合或啮合的齿轮-直接或间接(例如齿轮20和24借助于电机传动装置20a间接啮合)。

表1

概括起来，根据示例性实施方式的变速器70提供输入轴1上的二挡主动齿轮(齿轮10)、三挡主动齿轮(齿轮13)、四挡主动齿轮(齿轮11)、五挡主动齿轮(齿轮12)、倒挡主动齿轮(齿轮8)、二四挡同步器(同步器7)和三五倒挡同步器(同步器26)。三五倒挡同步器(同步器26)与倒挡主动齿轮(齿轮8)集成在一起。此外，变速器70提供输出轴2上的二挡被动齿轮(齿轮15)、三挡被动齿轮(齿轮19)、四挡被动齿轮(齿轮16)、五挡被动齿轮(齿轮18)、倒挡被动齿轮(齿轮23)、主减速齿轮(齿轮14)和同步器(同步器9)。三个齿轮(齿轮20、21、22)和倒挡被动齿轮(齿轮23)设置在中间轴3上。倒挡被动齿轮(齿轮23)由中间轴3经套轴31或花键可滑动地承载。两个齿轮(齿轮16、17)设置在中间轴5上。传动齿轮(齿轮24)设置在电机轴4上。末级被动齿轮(齿轮25)和差速器半轴6a和6b设置在变速器70的差速器60上。一挡到六挡通过结合调节齿轮和同步器实现。

表2概括了纯发动机驱动模式下的发动机30和纯电机驱动模式下的电机50的各挡位与同步器7、9、26位置之间的关系。标记“x”表示同步器7、9、26占据的位置。

表2

在变速器70中，发动机1挡至6挡依次为低速挡至高速挡。例如，在纯发动机驱动模式中，在变速器70处于前进一挡时，离合器40处于接合状态以将发动机30耦联于输入轴1，同步器7结合主动齿轮11，同步器26处于其中位，同步器9结合被动齿轮15。从发动机30输出的动力被依次传递经过输入轴1上的主动齿轮11，中间轴5上的被动齿轮16，中间轴5上的被动齿轮17，中间轴3上的被动齿轮22，中间轴3上的被动齿轮21，输出轴2上的被动齿轮15，输出轴2上的减速齿轮14，然后再相应地传输至驱动轮500。在纯发动机驱动模式中时变速器70的其它5个前进挡位依上述类似过程实现，在此不做冗述。

在变速器70中，电机1挡至4挡依次为低速挡至高速挡。例如，在纯电机驱动模式中，在变速器70处于前进一挡时，同步器7处于其中位，同步器26处于其中位，同步器9结合被动齿轮15。此外，离合器40可被脱开，以使得发动机30不耦联输入轴1，或发动机30不输出动力。从电机50输出的动力被依次传递经过电机轴4上的主动齿轮24，中间轴3上的被动齿轮20，中间轴3上的被动齿轮21，输出轴2上的被动齿轮15，输出轴2上的减速齿轮14，然后再相应地传输至驱动轮500。在纯电机驱动模式中时变速器70的其它3个前进挡位依上述类似过程实现，在此不做冗述。

需要指出的是在本申请中，变速器70的发动机挡位和电机挡位是分别可以独立进行调整的，即这两种挡位的调整互不干扰，但需遵照预定的规则。

表3概括了本发明的变速器70在混合驱动模式下发动机30与电机50可以采用的挡位组合与同步器7、9、26位置之间的关系。标记“x”表示同步器7、9、26占据的位置。

表3

例如，在混合驱动模式中，在变速器70处于前进一挡时，离合器40处于接合状态以将发动机30耦联于输入轴1；同步器7结合主动齿轮11；同步器26处于其中位；以及同步器9结合被动齿轮15。从发动机30输出的动力被依次传递经过输入轴1上的主动齿轮11，输出轴2上的被动齿轮16，中间轴5上的被动齿轮17，中间轴3上的被动齿轮22，中间轴3上的被动齿轮21，输出轴2上的被动齿轮15，输出轴2上的减速齿轮14，然后再相应地传输至驱动轮500。另外，从电机50输出的动力被依次传递经过电机轴4上的主动齿轮24，经过电机传动装置20a，中间轴3上的被动齿轮20，中间轴3上的被动齿轮21，输出轴2上的被动齿轮15，输出轴2上的减速齿轮14，然后再相应地传输至驱动轮500。

在这种混合动力汽车正常行驶时，为了节省燃料消耗，总是尽可能先采用纯电动驱动模式行驶，然后在行驶的过程中根据需要(例如加速踏板的位置变化等)切换至混合驱动模式，这个切换过程应尽量做到驾驶者无法感觉到、自然顺畅，并且不会在切换过程中对发动机的相关部件造成不必要的损害或导致噪音异常升高等。

为此目的，以下分别参照图3a至3c介绍根据本发明的从纯电机驱动模式到混合驱动模式的挡位控制方法。

图3a示出了变速器70处于电机1挡时为引入发动机30的动力的变速器70的控制过程。该控制过程可以由根据本发明的换挡控制系统410来指令变速器70执行。

如图3a所示，在需要引入发动机30的动力的情况下，在行驶中的汽车的变速器70处于电机1挡时，为了防止由于速差过大导致离合器40的过多磨损，禁止任何将变速器70切换至发动机1或2挡的动作。

然后，确定当前的车速。依据所确定的车速，分为三种情况：低速、中速和高速。需要指出的是在本申请的上下文中规定：低速指的是车速低于40公里/小时或20公里/小时的速度区间，中速指的是车速在20或40公里/小时与80公里/小时之间的速度区间，高速指的是车速在80公里/小时以上的速度区间。需要指出的是，在本申请中所提到的低速、中速和高速可以依据具体车况而变，并不限于上述速度区间范围，例如可以将20与40公里/小时之间的任何一个速度数值作为低速与中速的分界值，和/或将40与80或90或100公里/小时之间的任何一个速度数值作为中速与高速的分界值。

针对低速情况：可以将变速器70直接切换至发动机3挡，从而将发动机30的动力并联引入到变速器70中与电机50(1挡)一起为驱动轮500提供动力。针对中速情况：也可以将变速器70直接切换至发动机3挡。针对高速情况：确定当前加速踏板的位置。如果加速踏板位置较低(即通常燃料发动机汽车中所指的大油门情况)，则可以将变速器70直接切换至发动机3挡。如果加速踏板位置较高(即通常燃料发动机汽车中所指的小油门情况)，则在这种情况下，若直接将变速器70直接切换至发动机3挡会导致发动机30的转速过高而影响整车的噪音振动等级并影响驾驶者的驾驶体验。因此在这种小油门的情况下，需要先将变速器70切换至电机4挡，然后再将变速器70切换至发动机3挡。

图3b示出了变速器70处于电机4挡时为引入发动机30的动力的变速器70的控制过程。该控制过程可以由根据本发明的换挡控制系统410来指令变速器70执行。

如图3b所示，在需要引入发动机30的动力的情况下，在行驶中的汽车的变速器70处于电机4挡时，首先确定当前的车速。依据所确定的车速，分为三种情况：低速、中速和高速。

针对低速情况：如果将变速器70直接切换至发动机3挡的话，会导致发动机30的转速很低(可能低至怠速)。为了避免这种情况出现，须先将变速器70切换至电机1挡，然后再将变速器70切换至发动机3挡，这样导致汽车运行起来更加平顺。针对中速情况：可以将变速器70直接切换至发动机3挡。针对高速情况：可以将变速器70直接切换至发动机3挡或4挡或5挡，这可以视具体情况而定。

图3c示出了变速器70处于电机2或3挡时为引入发动机30的动力的变速器70的控制过程。该控制过程可以由根据本发明的换挡控制系统410来指令变速器70执行。

如图3c所示，在需要引入发动机30的动力的情况下，在行驶中的汽车的变速器70处于电机2或3挡时，首先确定当前的车速。依据所确定的车速，分为三种情况：低速、中速和高速。

针对低速情况：如果将变速器70直接切换至发动机3挡的话，会导致发动机30的转速很低(可能低至怠速)。为了避免这种情况出现，须先将变速器70切换至电机1挡，然后再将变速器70切换至发动机3挡，这样导致汽车运行起来更加平顺。针对中速情况：可以将变速器70直接切换至发动机3挡。针对高速情况：在这种情况下，若直接将变速器70直接切换至发动机3挡会导致发动机30的转速过高而影响整车的噪音振动等级并影响驾驶者的驾驶体验(尤其是小油门情况更甚)。因此，需要先将变速器70切换至电机4挡，然后再将变速器70切换至发动机3挡。

从以上描述可以看出，无论变速器70的针对电机50处于哪个挡位，需要引入发动机30的动力时，优先考虑将变速器70切换至发动机3挡。并且，根据不同的情况，可以事先将变速器70的针对电机50的挡位降挡或升挡。这样，可以降低离合器的磨损、减小噪音振动等级、提高行驶的平顺性并改善驾驶者的驾驶体验。应当清楚的是，在采用如图3a至3c所示的控制过程实现变速器70的挡位切换后，可以接着根据车速以及动力需求，在依据表三进一步分别切换变速器70的针对发动机30和电机50的挡位。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。