专利名称：多模式混合动力变速器内的转换控制方法
技术领域：
本发明涉及对多模式混合动力变速器系统的控制。
背景技术：
这部分陈述的内容仅仅提供关于本发明所公开的背景信息，可能不构成现有技 术。已知的动力系架构包括扭矩生成装置，该扭矩生成装置包括内燃机和扭矩机，该 扭矩机通过变速器装置向输出构件传递扭矩。一个典型的动力系包括多模式混合动力变速 器，其具有从原动机动力源和扭矩机接收牵引扭矩并向输出构件传递扭矩的输入构件。输 出构件可操作地连接机动车辆的传动系，用于向该传动系传递牵引扭矩。扭矩机可包括电 机，其作为电动机或发电机操作，并独立于来自内燃机的扭矩输入而产生变速器的扭矩输 入。扭矩机可将通过车辆传动系传递的车辆动能转变为势能，该势能可通过称之为再生制 动的过程存储在能量存储装置中。控制系统监控来自车辆和操作者的不同输入并提供传动 系的可操作控制，其包括控制变速器操作状态和换档、控制扭矩生成装置、和调整在能量存 储装置和扭矩机之间的功率交换以管理变速器的输出，其包括扭矩和转速。当动力系应用 在车辆上时，已知的多模式混合动力变速器可使用差速齿轮、扭矩传递离合器以及扭矩机 来将动力传送至可连接到传动系的输出构件。已知的变速器装置具有影响变速器能量效率且因此影响燃料经济性的旋转损失。 变速器旋转损失可由相邻的未应用摩擦离合器盘之间的摩擦引起。在一些变速器中可使用可选择单向离合器装置(SOWC)以减少旋转损失。当应用 时，已知的可选择单向离合器装置(SOWC)可在相邻的同轴转动装置之间传递扭矩。每个相 邻的转动装置具有滚道。一个滚道定向为与另一个转动装置的滚道径向同心并相对，或者 两个滚道彼此轴向相对。多个可控扭矩传递装置，例如，滚筒、锲块、摇杆或压杆，连接到其 中一个滚道并定位为与另一个滚道相对。相对的滚道包括相应于可控扭矩传递装置的多个 表面接收部件特征。通过控制可控扭矩传递装置与表面接收部件特征之间的相互作用和连 接而应用已知的可选择单向离合器装置，以便锁定相邻的转动装置的转动，以在相邻的转 动装置之间传递扭矩。当沿第一方向转动时，已知的可选择单向离合器装置可锁定相邻的 转动装置的转动。因此，当其中一个相邻的转动装置沿第一方向转动时，扭矩被传递到另 一个相邻的转动装置。当相邻的转动装置沿相反于第一方向的第二方向转动时，没有扭矩 传递，允许转动装置空转。在一个实施例中，可选择单向离合器装置可包括可控扭矩传递 装置，其可被控制到第一位置，从而与表面接收部件特征相互作用和连接，以便当沿一个方 向转动时锁定相邻的转动装置的转动；且还可被控制到第二位置，从而与表面接收部件特 征相互作用和连接，以便当沿相反于第一方向的第二方向转动时锁定相邻的转动装置的转 动。已知的可选择单向离合器装置可被控制到其他位置，从而与表面接收部件特征相互作 用和连接，以便当沿第一方向和第二方向转动时均锁定相邻的转动装置的转动。已知的可 选择单向离合器装置可被控制到其他位置，以便当沿第一方向和第二方向转动时均解锁相邻的转动装置的转动。已知的可选择单向离合器装置要求在应用可控扭矩传递装置之前， 相邻的转动装置基本上同步转动。
发明内容
多模式混合动 力变速器构造为通过选择性地应用两个可选择单向离合器以两个 连续可变模式中的一个模式来在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动 力。用于操作多模式混合动力变速器的方法包括在初始连续可变模式下操作混合动力变速 器，其包括应用第一可选择单向离合器和使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭 矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。命令混合动力变速器转换至 在目标连续可变模式下操作，其包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系控 制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。当 第一和第二扭矩机的转速为基本同步速度时，执行多步骤过程，将第一可选择单向离合器 转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并将使用第一运动学关系控 制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关 系，以便达到优选输出扭矩。本发明涉及以下方案。方案1 一种操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构 造为通过可选择地应用两个可选择单向离合器以两个连续可变模式中的一个模式来在输 入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该方法包括在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一可选择单向离合器和 使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以 达到优选输出扭矩；命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用第二可选择单 向离合器和使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的 电机扭矩，以达到优选输出扭矩；以及当第一和第二扭矩机的转速为基本同步速度时，执行多步骤过程，将第一可选择 单向离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并将使用第一运 动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第 二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。方案2 方案1的方法，其中，执行多步骤过程包括在单向状态下应用第一可选择单向离合器；沿第一方向控制第一扭矩机的转速；当第一扭矩机的转速达到小于同步速度的预定标称负速度时，在单向状态下应用 第二可选择单向离合器；沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝着同步速度调整第一扭矩机的转 速；沿相反于第一方向的第二方向控制第一扭矩机的转动方向；和在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。方案3 方案2的方法，还包括在全闭状态下应用第二可选择单向离合器以及在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。方案4 方案3的方法，还包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系以确定在第一和第二扭矩机、输入构件和输出构件之间的扭矩传递以实现在目标连续可 变模式下操作混合动力变速器。方案5 方案4的方法，还包括使用第二运动学关系以确定从第一和第二扭矩机 输出的优选电机扭矩，所述优选电机扭矩与输入构件上的输入扭矩、优选输出扭矩以及输 入构件和输出构件的转速的变化相对应。方案6 方案3的方法，还包括在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操 作之后，禁止再生制动操作。方案7 方案6的方法，还包括仅仅在以目标连续可变模式操作混合动力变速器 之后，允许再生制动操作，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。方案8 方案1的方法，还包括第一和第二可选择单向离合器均可在全开状态、第 一和第二单向状态以及全闭状态中的一种下操作。方案9 方案8的方法，还包括在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操 作之后，在第一单向状态下应用第一可选择单向离合器和在第二单向状态下应用第二可选 择单向离合器。方案10 方案9的方法，还包括在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操 作之后，允许再生制动操作。方案11 方案1的方法，其中，第一和第二可选择单向离合器均可在第一和第二单 向状态下操作，并还包括通过以全闭状态操作第一可选择单向离合器和以全闭状态操作 第二可选择单向离合器来实现在固定档位操作状态下的操作。方案12 —种操作混合动力变速器的方法，所述混合动力变速器包括第一和第二 扭矩机、第一和第二可选择单向离合器、输入构件和输出构件，混合动力变速器通过应用第 一可选择单向离合器能在第一连续可变模式下操作，通过应用第二可选择单向离合器能在 第二连续可变模式下操作，该方法包括使用第一运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便在第 一连续可变模式下达到优选输出扭矩；命令从以第一连续可变模式操作转换到以第二连续可变模式操作；在单向状态下应用第一可选择单向离合器；沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝向预定标称负转速调节第一扭矩机 的转速；在单向状态下应用第二可选择单向离合器，并沿第一方向控制第一扭矩机的转动 方向并朝向同步速度调节第一扭矩机的转速；当第一扭矩机的转速基本上等于零转每分时，使用第二运动学关系控制输入扭矩 以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便达到优选输出扭矩；以及，然后在第二连续可变模式下操作混合动力变速器。方案13 方案12的方法，还包括在单向状态下应用第二可选择单向离合器之后， 停用第一可选择单向离合器为全开状态。方案14 一种用于操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为通过可选择地应用包括第一离合器和可选择单向离合器的扭矩传递离合器以两 个连续可变模式中的其中一个模式在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传 递动力， 该方法包括在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一离合器和包括使用第 一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优 选输出扭矩；命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用可选择单向离 合器并包括使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的 电机扭矩，以达到优选输出扭矩；和当第一离合器和可选择单向离合器的离合器元件的转速基本同步时，执行多步骤 过程，以将第一离合器转换为停用状态，将可选择单向离合器转换为应用状态，并从使用第 一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使 用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。方案15 方案14的方法，还包括在单向状态下应用可选择单向离合器之后，停用 弟"■罔合器。
现在将参考附图通过例子描述一个或多个实施例，其中图1为根据本发明的示例性变速器的实施例的示意图；图2A-2F和3A-3F为根据本发明的用于图示地描绘示例性变速器的操作和控制的 示意性杆图；图4为根据本发明的数据图；和图5为根据本发明的示例性变速器的另一个实施例的示意图。
具体实施例方式现参考附图，其中图示仅仅为了示例某些示例性实施例的目的而不是为了限制于 此，图1示意性地描述了根据本发明的多模式混合动力变速器10，其包括双模式混合变速 器。应当理解的是，这里所述的原理可应用在其他多模式混合动力变速器上，该变速器具 有可控扭矩机，该可控扭矩机构造为控制电机扭矩和扭矩传递离合器装置的元件的转速， 其包括诸如双模式、三模式和四模式混合动力变速器系统。应当理解的是，扭矩机可以是电 机、液压机械、和构造为将存储的能量转变为机械动力和扭矩的其他机械。通过定义，术语 “模式”用来描述混合动力变速器的操作，其中变速器输出构件的转速基于输入构件的转速 和机械地与之连接的一个或多个扭矩机的转速之间的关系确定，且不是变速器输入构件的 转速的固定比值。多模式变速器包括多个操作状态和相应的动力关系，其中变速器输出动 力基于输入构件的转速和扭矩机的转速之间的关系的其中一个确定。示例性的双模式混合动力变速器10包括第一和第二差速齿轮(PGl和PG2) 24和 28，在一个实施例中包括行星齿轮。存在第一和第二扭矩机(MGA和MGB) 56和72 ；第一和 第二离合器装置C160，60’和C2 62，62’ ；以及输入构件12和输出构件64。在一个实施例 中，输入构件12与内燃机的输出轴连接，输出构件64与传动系连接。示例性的双模式混合动力变速器10可在至少两个连续可变模式其中之一下操作，以便在输入构件12、第一和第 二扭矩机56和72以及输出构件64之间传递机械动力。混合动力变速器10通过应用第一 离合器装置Cl 60，60’在第一连续可变模式下操作。混合动力变速器10通过应用第二离 合器装置C2 62，62’在第二连续可变模式下操作。在第一个实施 例中，第一和第二离合器 装置Cl 60和C2 62包括类型I单个单向离合器装置，在第二实施例中，第一和第二离合器 装置Cl 60’和C2 62’包括类型II单个单向离合器装置。类型I和类型II单个单向离合 器装置在下文描述。在一个实施例中，第一和第二扭矩机56和72包括三相AC电动机/发电机机械， 每个包括定子58和74、转子57和73、和相应位置传感系统。电机定子58和74固接至变 速箱68的外部，且每个包括具有从其延伸的卷绕电绕组的定子铁心。在实施例中，用于第 一扭矩机56的转子57优选支撑在轮毂上，轮毂转动地可操作地与输入节点连接，输入节点 包括第一差速齿轮组24的元件，并为太阳轮。在实施例中，用于第二电机72的转子73转 动地可操作地与输入节点连接，输入节点包括第二差速齿轮组28的元件，并为太阳轮。可 替换地，可使用其他扭矩机，例如液压_机械式扭矩机。第一和第二扭矩机56和72均可操 作以产生在标称正和负转速范围内的动力。第一和第二扭矩机56和72均可操作以转变存 储的能量来产生可传递到变速器10的牵引扭矩输出，范围从零扭矩输出到最大牵引扭矩 容量。第一和第二扭矩机56和72均可操作以将牵引/制动扭矩输入作用到混合动力变速 器10的输出构件64以便产生可存储在能量存储装置中的能量，范围从零到最大反作用扭 矩容量。当应用第一离合器Cl 60，60’时，第一离合器Cl 60，60’可操作以将第二差速齿 轮组28的元件(在这个实施例中为齿圈元件)固定转动地固接到变速箱68。当应用第二 离合器C2 62，62’时，第二离合器C2 62，62’可操作以将第一扭矩机56的转子57固定转 动地连接到第二差速齿轮组28的齿圈元件。第一和第二离合器Cl 60，60’和C2 62,62' 均优选包括可选择单向离合器。类型I SOWC在三种操作状态中的一个下操作，包括全开或停用状态、以及包括单 向状态和全闭或锁定状态的应用状态。当类型ISOWC处于全开状态时，经过离合器元件没 有连接且离合器元件自由转动而不将扭矩传递给其他元件。当类型I SOWC以单向状态应 用时，经过离合器元件存在可选择的连接。当沿第一方向转动时，扭矩可传递经过离合器元 件，而当沿第二、相反的方向转动时，没有扭矩传递经过离合器元件。当类型I SOWC以全闭 状态应用时，离合器元件被固定连接且当沿第一方向和第二、相反的方向中的任一方向转 动时，扭矩可传递经过离合器元件。类型II SOWC在四种操作状态中的一个下操作，包括 全开或停用状态、以及包括第一和第二单向状态及全闭或锁定状态的应用状态。当类型II SOWC用于全开状态时，经过离合器元件没有连接且两个离合器元件自由转动而不将扭矩传 递给其他元件。当类型II SOWC以第一单向状态应用时，当沿第一方向转动时，经过离合器 元件存在可选择的连接，以经过离合器元件传递扭矩，而当沿第二、相反的方向转动时，没 有扭矩传递经过离合器元件。当类型II SOWC以第二单向状态应用时，当沿第一方向转动 时，没有扭矩传递经过离合器元件，而当沿第二、相反的方向转动时，经过离合器元件存在 可选择的连接，以传递扭矩。当类型II SOWC以全闭状态应用时，离合器元件被固定连接且 当沿第一方向或第二、相反的方向中的任一方向转动时，扭矩传递经过离合器元件。
在操作中，多模式混合动力变速器，例如，参考图1描述的混合动力变速器10，构 造为通过选择地应用离合器(其中至少一个是可选择单向离合器)在输入构件和输出构件 以及第一和第二扭矩机之间以两个连续可变模式的其中一个模式传递动力。混合动力变速 器10以初始连续可变模式操作，包括应用第一离合器和使用第一运动学关系控制输入扭 矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩。命令混合动力变速器10转换 为以目标连续可变模式操作。以目标连续可变模式操作包括应用第二可选择单向离合器和 使用第二运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭 矩。当第一和第二扭矩机的转速基本 同步时，执行多步骤过程，以将第一离合器转换到停用 状态，将第二可选择单向离合器转换到应用状态，和将使用第一运动学关系控制输入扭矩 以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。 现在参考图1描述的多模式混合动力变速器10来描述该操作。通过多模式混合动力变速器10的扭矩传递是使用用于在输入构件12、第一和第 二扭矩机56和72、以及输出构件64之间的速度和扭矩传递的运动学关系来控制的。在控 制模块装置中将运动学关系作为控制方案执行，优选包括算法代码和标定项。控制模块执 行算法代码以控制在输入构件12上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机56和72的电机扭 矩以达到在输出构件64上的优选输出扭矩，并控制在输入构件12上的输入速度以及第一 和第二扭矩机56和72的电机速度以达到在输出构件64上的优选输出速度。控制方案包 括缩减为控制算法的预定扭矩和速度关系，在正在进行的操作期间，在控制模块中可以执 行控制算法以基于在输入构件12上的输入动力和在输出构件64上的优选输出动力来控制 第一和第二扭矩机56和72的操作。在输出构件64上的输出动力特征在于以下项输出转 速N。和输出扭矩T。，优选对应于操作者扭矩请求并且响应于操作者扭矩请求。运动学关系包括如下对应于第一连续可变模式的第一扭矩关系
权利要求
一种操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为通过可选择地应用两个可选择单向离合器以两个连续可变模式中的一个模式来在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该方法包括在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一可选择单向离合器和使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输出扭矩；以及当第一和第二扭矩机的转速为基本同步速度时，执行多步骤过程，将第一可选择单向离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并将使用第一运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。
2.权利要求1的方法，其中，执行多步骤过程包括在单向状态下应用第一可选择单向离合器；沿第一方向控制第一扭矩机的转速；当第一扭矩机的转速达到小于同步速度的预定标称负速度时，在单向状态下应用第二 可选择单向离合器；沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝着同步速度调整第一扭矩机的转速；沿相反于第一方向的第二方向控制第一扭矩机的转动方向；和在目标连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
3.权利要求2的方法，还包括在全闭状态下应用第二可选择单向离合器以及在目标 连续可变模式下操作混合动力变速器，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
4.权利要求3的方法，还包括应用第二可选择单向离合器和使用第二运动学关系以 确定在第一和第二扭矩机、输入构件和输出构件之间的扭矩传递以实现在目标连续可变模 式下操作混合动力变速器。
5.权利要求4的方法，还包括使用第二运动学关系以确定从第一和第二扭矩机输出 的优选电机扭矩，所述优选电机扭矩与输入构件上的输入扭矩、优选输出扭矩以及输入构 件和输出构件的转速的变化相对应。
6.权利要求3的方法，还包括在命令混合动力变速器在目标连续可变模式下操作之 后，禁止再生制动操作。
7.权利要求6的方法，还包括仅仅在以目标连续可变模式操作混合动力变速器之后， 允许再生制动操作，以产生扭矩并向输出构件传递该扭矩。
8.权利要求1的方法，还包括第一和第二可选择单向离合器均可在全开状态、第一和 第二单向状态以及全闭状态中的一种下操作。
9.一种操作混合动力变速器的方法，所述混合动力变速器包括第一和第二扭矩机、第 一和第二可选择单向离合器、输入构件和输出构件，混合动力变速器通过应用第一可选择 单向离合器能在第一连续可变模式下操作，通过应用第二可选择单向离合器能在第二连续 可变模式下操作，该方法包括2使用第一运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便在第一连 续可变模式下达到优选输出扭矩；命令从以第一连续可变模式操作转换到以第二连续可变模式操作； 在单向状态下应用第一可选择单向离合器；沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向并朝向预定标称负转速调节第一扭矩机的转速；在单向状态下应用第二可选择单向离合器，并沿第一方向控制第一扭矩机的转动方向 并朝向同步速度调节第一扭矩机的转速；当第一扭矩机的转速基本上等于零转每分时，使用第二运动学关系控制输入扭矩以及 第一和第二扭矩机的电机扭矩，以便达到优选输出扭矩；以及，然后 在第二连续可变模式下操作混合动力变速器。
10. 一种用于操作多模式混合动力变速器的方法，所述多模式混合动力变速器构造为 通过可选择地应用包括第一离合器和可选择单向离合器的扭矩传递离合器以两个连续可 变模式中的其中一个模式在输入构件和输出构件以及第一和第二扭矩机之间传递动力，该 方法包括在初始连续可变模式下操作混合动力变速器，包括应用第一离合器和包括使用第一运 动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩，以达到优选输 出扭矩；命令混合动力变速器转换至在目标连续可变模式下操作，包括应用可选择单向离合器 并包括使用第二运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机 扭矩，以达到优选输出扭矩；和当第一离合器和可选择单向离合器的离合器元件的转速基本同步时，执行多步骤过 程，以将第一离合器转换为停用状态，将可选择单向离合器转换为应用状态，并从使用第一 运动学关系控制在输入构件上的输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩转换为使用 第二运动学关系，以便达到优选输出扭矩。
全文摘要
一种多模式混合动力变速器，包括可选择单向离合器以及第一和第二扭矩机，该多模式混合动力变速器转换为在目标连续可变模式下操作，包括应用可选择单向离合器和使用第二运动学关系控制输入扭矩以及第一和第二扭矩机的电机扭矩。执行多步骤过程，以将第一离合器转换为停用状态，将第二可选择单向离合器转换为应用状态，并转换至使用第二运动学关系以便达到优选输出扭矩。
文档编号F16H61/14GK101956820SQ20101028535
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者H·杨, J·M·马圭尔, S·H·斯维尔斯 申请人:通用汽车环球科技动作公司