以离散齿轮比操作无级变速器的制作方法

1.本公开涉及混合动力车辆的控制。


背景技术：

2.在某些混合动力传动系统配置中，发动机转速可能与车辆速度不成比例。


技术实现要素：

3.一种车辆包括发动机、无级变速器和控制器。所述控制器响应于手动地使所述无级变速器升挡的请求并且所述发动机开启，以对应于预定数量的挡位的预定数量的离散齿轮比中的一个来操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速减小至少预定量，并且所述预定数量的离散齿轮比中的所述一个对应于允许所述转速减小至少所述预定量的所述挡位中的最高挡位。
4.一种控制车辆的方法包括：响应于手动地使所述车辆的无级变速器换挡的请求并且所述车辆的发动机开启，以预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速改变至少预定量。
5.一种车辆包括发动机、无级变速器和控制器。所述控制器响应于手动地使所述无级变速器换挡的请求并且所述发动机开启，以预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速改变至少预定量。
附图说明
6.图1是混合动力电动车辆的示意图。
7.图2是用于控制变速器的算法的流程图。
具体实施方式
8.本文描述了实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可能被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构细节和功能细节不应被解释为是限制性的，而是仅仅作为教导本领域普通技术人员的代表性基础。如本领域一般技术人员将理解，参考任何一个附图示出并描述的各个特征可以结合一个或多个其他附图中示出的特征以产生未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修改。
9.某些手动换挡模式可以允许驾驶员在挡位之间循环。然而，在一些功率分流混合动力应用中，变速器是电子无级变速器，这意味着不存在物理多级挡位。因此，可以经由控制策略来实施虚拟挡位以模拟多级换挡的感觉。为了给出多级换挡的虚拟感觉，本文设想的一些策略需要发动机开启并且结合车轮扭矩变化使用来自发动机的可听噪声以给出换挡的感觉。
10.例如，经由设置在方向盘或前控制台上的拨片或操纵杆的移动来请求降挡通常导致发动机转速和车轮扭矩增加，并且对于升挡反之亦然。因为功率分流混合动力车具有电池容量，所以可能存在驾驶员在处于纯电动驾驶状态(发动机关闭)时将请求进入手动换挡模式的情况。这可能会引起两个问题：当发动机关闭时如何选择初始挡位，以及当发动机开启时如何选择初始挡位。如下面更详细地讨论的，当发动机关闭时，初始挡位选择可以基于与每个挡位相关联的车辆速度范围。当发动机开启时，初始挡位选择可以基于发动机转速。
11.如果当发动机已经开启时单独使用车辆速度或变速器输出轴转速来选择适当的挡位，则在手动请求换挡时可能不会发生驾驶员预期的发动机转速变化，因为在功率分流动力传动系统操作期间，发动机转速可能不与车辆速度成比例。
12.参考图1，功率分流混合动力车辆10包括车辆系统控制器(vsc)11、电池12、变速驱动桥14和变速驱动桥控制模块15以及马达-发电机子系统，它们受控制器局域网(can)的控制。发动机16由模块11控制，通过扭矩输入轴18将扭矩分配到变速器14。模块11以已知的方式尤其接收由驾驶员经由拨片、操纵杆等输入的手动换挡请求信息(msri)、prnd状态、加速踏板位置信息(apps)和制动踏板位置信息(bpps)。
13.变速器14包括行星齿轮装置20，所述行星齿轮装置包括环形齿轮22、中心齿轮24和行星齿轮架总成26。环形齿轮22将扭矩分配到阶梯传动比齿轮，所述阶梯传动比齿轮包括啮合齿轮元件28、30、32、34和36。变速驱动桥的扭矩输出轴38通过差速器和车桥机构42可驱动地连接到牵引车轮40。
14.齿轮30、32和34安装在副轴上，齿轮32接合马达驱动的齿轮44。电动马达46驱动齿轮44，所述齿轮用作副轴齿轮装置30、32、34的扭矩输入。
15.电池12通过功率流动路径48将电力输送到马达46。发电机50以已知的方式电连接到电池12和马达46，如52、54处所示。
16.当在发动机16关闭的情况下电池12用作唯一动力源时，扭矩输入18和齿轮架总成26由超越联轴器53制动。当发动机16开启并且动力传动系统处于并联驱动模式时，机械制动器55锚固发电机50的转子和中心齿轮24，中心齿轮24用作反作用元件。
17.传动系因此有两个动力源。第一动力源是使用行星齿轮装置20连接在一起的发动机16和发电机子系统的组合。另一个动力源仅涉及电驱动系统，其包括马达46、发电机50和电池12，其中电池12用作发电机50和马达46的能量储存介质。
18.在操作员的控制下使用发动机节气门以已知的方式将燃料输送到发动机16。递送到行星齿轮装置20的发动机功率可以表示为teωe，其是发动机扭矩te和发动机转速ωe的乘积。从行星环形齿轮22递送到副轴齿轮30、32、34的功率可以表示为trωr，其是环形齿轮扭矩tr和环形齿轮转速ωr的乘积。从变速器14输出的功率可以表示为tsωs，其是轴38的扭矩ts和轴38的转速ωs的乘积。
19.发电机50在用作马达时可以向行星齿轮装置20递送动力。替代地，它可以由行星齿轮装置20驱动。类似地，马达46与副轴齿轮30、32、34之间的动力分配可以沿任一方向分配。来自电池12的驱动电力或到电池12的充电电力是双向的。
20.通过控制发电机转速，可以将发动机输出功率分成两个路径。机械功率流动路径trωr是从发动机16到齿轮架26到环形齿轮22到副轴。电力功率流动路径是从发动机16到发电机50到马达46到副轴。发动机功率被分流，由此在所谓的正分流操作模式期间发动机转
速与车辆速度分离。在这种状况下，发动机16将功率递送到行星齿轮装置20，所述行星齿轮装置将功率递送到副轴齿轮30、32、34，所述副轴齿轮继而驱动车轮40。行星齿轮装置功率的一部分被分配到发电机50，所述发电机向电池12递送充电功率。此时发电机50的转速大于零或为正，并且发电机扭矩小于零。电池12驱动马达46，所述马达将动力分配到副轴。这种布置是“正功率分流”。
21.如果发电机50由于行星齿轮装置20的机械性质而用作行星齿轮装置20的动力输入以驱动车辆，则操作模式可以被称为“负功率分流”。发电机转速和发电机扭矩也都是负的。
22.当马达46用作发电机并且电池12正在充电时，发电机50向行星齿轮装置20递送动力。然而，如果来自齿轮装置30、32、34的在车轮40处的所得扭矩不满足驾驶员需求，则可能在一些条件下，马达46可以将动力分配到副轴齿轮装置30、32、34。然后，马达46必须弥补差值。
23.如果发电机制动器55被激活，则建立并联操作模式：发动机16开启并且发电机50被制动的状况。电池12为马达46供电，所述马达为副轴齿轮装置30、32、34提供动力，同时来自发动机16的动力递送到行星齿轮装置20到副轴齿轮装置30、32、34。
24.第一动力源可以仅递送用于前向推进的扭矩，因为在副轴齿轮装置30、32、34中没有倒挡。发动机16需要发电机控制或发电机制动器以允许将动力传递到车轮40以进行前进运动。
25.如前所述，第二动力源是电池16、发电机50和马达子系统。在该驱动模式下，发动机16由超越联接器53制动。电动马达46从电池12汲取电力，并且以前进或后退运动独立于发动机16实现推进。发电机50可以从电池12汲取电力并且抵抗单向联轴器53的反作用进行驱动。在该模式下，发电机50用作马达。
26.如前所述，两个动力源被集成，使得它们合作无间以满足驾驶员对动力的需求，而不会超过系统的动力极限，包括电池极限，同时保持动力传动系统效率和性能。所述系统将确定驾驶员对扭矩的需求，并且可以实现两个动力源之间的最佳动力分配。
27.参考图1和图2，响应于对手动换挡的请求，在操作56处确定发动机状态。如果发动机16开启，则在操作58处使用发动机转速和车辆速度来选择挡位。如果发动机16关闭，则在操作60处使用车辆速度来选择挡位。
28.当不处于手动换挡模式时，变速器14用作如上所述的电子无级变速器。然而，一旦驾驶员请求手动换挡，就可以实例化预定数量(例如，六个、八个等)的不同虚拟多级挡位。也就是说，一旦驾驶员进入手动换挡模式，就可以控制变速器14以允许输入轴18与输出轴38之间的例如八个不同的比率(α、β、γ、δ、ε、ζ、η、θ)(而不是无限数)中的一个。如果当请求手动换挡时发动机16开启，则可以选择八个比率中的一个，使得发动机转速改变(对于降挡而增加或对于升挡而减小)至少预定量(例如，每分钟200转、每分钟500转等)。预定量还可以取决于当前发动机转速：发动机转速越低，预定量越低。如果当驾驶员请求手动换挡时发动机转速为每分钟2000转，则预定量可以是每分钟150转。如果当驾驶员请求手动换挡时发动机转速为每分钟3500转，则预定量可以是每分钟400转。
29.在一个示例中，当车辆10以每小时50英里行驶时，发动机16可以具有每分钟3300转的转速。如果驾驶员手动请求降挡，从而将车辆10置于手动换挡模式，则系统控制器11可
以检查包括车辆速度、发动机转速和挡位数据的表。系统控制器11可以选择八个挡位中的将产生至少每分钟300转的发动机转速增加的最高挡位。如果实施挡位中的每一个将导致发动机转速的相关联的变化，则在车辆10以每小时50英里行驶的情况下，如下表所定义，系统控制器11将选择挡位5。(在不同的发动机转速的情况下，对于八个挡位中的每一个，δrpm可能是不同的。)
30.虚拟挡位δrpm110028303680452053306-2907-3108-500
31.表1，虚拟挡位与δrpm
32.如果驾驶员替代地手动请求升挡，则系统控制器11可以选择八个挡位中的将产生至少每分钟300转的发动机转速减小的挡位：挡位7。
33.如果当请求手动换挡时发动机16关闭，则可以再次选择八个比率中的一个。在这些情况下，车辆速度用于做出该选择。
34.虚拟挡位车辆速度(rpm)10
–
10211
–
20321
–
30431
–
40541
–
50651
–
60761
–
70871
–
90
35.表2，虚拟挡位与车辆速度
36.一旦选择了挡位，系统控制器11就可以指示变速驱动桥控制模块15经由变速器14实施选定的挡位，使得输入轴18和输出轴38以由选定的挡位限定的比率操作。
37.描述了可以使用一个或多个处理策略(诸如，事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实施的代表性控制策略和/或逻辑。因此，示出的各种步骤或功能可以按所述的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，可以重复执行设想的步骤或功能中的一个或多个。类似地，处理次序不一定是实现本文中描述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。
38.本文所公开的过程、方法或算法可以能够输送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，所述处理装置、控制器或计算机可以包括任何现有的可编程
电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以作为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令来存储，所述形式包括但不限于：永久存储在不可写存储介质(诸如只读存储器(rom)装置)上的信息以及可变更地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、光盘(cd)、随机存取存储器(ram)装置以及其他磁性和光学介质)上的信息。所述过程、方法或算法也可以以软件可执行对象来实施。替代地，可以使用合适的硬件部件或者硬件、软件和固件部件的组合全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置。
39.尽管上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。例如，还可以设想除图1所建议的混合动力车辆配置之外的混合动力车辆配置。此外，词语控制器和多个控制器可以互换使用。
40.在说明书中使用的词语是描述词语而非限制性词语，并且应理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。如先前描述，各个实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的其他实施例。尽管各个实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员应认识到，可以折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例不在本公开的范围外，并且对于特定应用可为期望的。
41.根据本发明，提供了一种车辆，其具有：发动机；无级变速器；和控制器，所述控制器被编程为响应于手动地使所述无级变速器升挡的请求并且所述发动机开启，以对应于预定数量的挡位的预定数量的离散齿轮比中的一个来操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速减小至少预定量，并且所述预定数量的离散齿轮比中的所述一个对应于允许所述转速减小至少所述预定量的所述挡位中的最高挡位。
42.根据一个实施例，所述预定量取决于所述转速，使得随着所述转速减小，所述预定量减小。
43.根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于手动地使所述无级变速器升挡的请求，以所述预定数量的离散齿轮比中的另一个来操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速增加至少所述预定量，并且所述预定数量的离散齿轮比中的所述另一个对应于允许所述转速增加至少所述预定量的所述挡位中的最低挡位。
44.根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于所述请求并且所述发动机关闭而起动所述发动机。
45.根据一个实施例，所述控制器还被编程为以所述预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述无级变速器，使得所述发动机的初始转速取决于所述车辆的速度。
46.根据一个实施例，所述初始转速随着所述车辆的所述速度增加而增加。
47.根据本发明，一种控制车辆的方法包括：响应于手动地使所述车辆的无级变速器换挡的请求并且所述车辆的发动机开启，以预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速改变至少预定量。
48.在本发明的一个方面，所述预定量取决于所述转速，使得随着所述转速减小，所述预定量减小。
49.在本发明的一个方面，所述离散齿轮比中的每一个对应于一定挡位，并且响应于所述请求是升挡请求，所述预定数量的离散齿轮比中的所述一个对应于允许所述转速减小至少所述预定量的所述挡位中的最高挡位。
50.在本发明的一个方面，所述离散齿轮比中的每一个对应于一定挡位，并且响应于所述请求是降挡请求，所述预定数量的离散齿轮比中的所述一个对应于允许所述转速增加至少所述预定量的所述挡位中的最低挡位。
51.在本发明的一个方面，所述控制器还被编程为响应于所述请求并且所述发动机关闭而起动所述发动机。
52.在本发明的一个方面，所述控制器还被编程为以所述预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述变速器，使得所述发动机的初始转速取决于所述车辆的速度。
53.在本发明的一个方面，所述初始转速随着所述车辆的所述速度增加而增加。
54.根据本发明，提供了一种车辆，其具有：发动机；无级变速器；和控制器，所述控制器被编程为响应于手动地使所述无级变速器换挡的请求并且所述发动机开启，以预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述无级变速器，使得所述发动机的转速改变至少预定量。
55.根据一个实施例，所述预定量取决于所述转速，使得随着所述转速减小，所述预定量减小。
56.根据一个实施例，所述离散齿轮比中的每一个对应于一定挡位，并且响应于所述请求是升挡请求，所述预定数量的离散齿轮比中的所述一个对应于允许所述转速减小至少所述预定量的所述挡位中的最高挡位。
57.根据一个实施例，所述离散齿轮比中的每一个对应于一定挡位，并且响应于所述请求是降挡请求，所述预定数量的离散齿轮比中的所述一个对应于允许所述转速增加至少所述预定量的所述挡位中的最低挡位。
58.根据一个实施例，所述控制器还被编程为响应于所述请求并且所述发动机关闭而起动所述发动机。
59.根据一个实施例，所述控制器还被编程为以所述预定数量的离散齿轮比中的一个操作所述变速器，使得所述发动机的初始转速取决于所述车辆的速度。
60.根据一个实施例，所述初始转速随着所述车辆的所述速度增加而增加。