专利名称:一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法
技术领域:
本发明涉及一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,特别涉及一种利用电动马达暨发电机的辅助控制内燃机引擎转速,达到与变速箱的输入轴转速同步以及控制内燃机引擎的输出轴所输出扭力为零的一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法。
背景技术:
请参阅图1以及图2A所示,图1为本发明复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法的动力装置示意图;图2A为传统升档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图。其中图2A的纵轴代表转速,横轴代表时间。在换档时间点20前该变速箱的档位为在低档位且该内燃机引擎11的引擎输出轴111以及该变速箱14的输入轴141为同步转动。传统的排档动作中,以低档位至高档位为例,当该排档装置18从低档位切换到高档位时,由于高档位需要的转速较低,所以在换档时间点20开始之后,首先变速箱输入轴转速22由于车辆惯性的关系会先到达目标转速T。当离合器13于离合器咬合时间点23a开始时,引擎转速21a需要经过一咬合时间24,使引擎输出轴111转速与变速箱输入轴141转速同步,而使得该离合器13可于一同步时间点23b顺利咬合。
请参阅图1以及图2C所示,图2C为传统降档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图。其中图2C的纵轴代表转速,横轴代表时间。在换档时间点20前该变速箱的档位为在低档位且该内燃机引擎11的引擎输出轴111以及该变速箱14的输入轴141为同步转动。传统的排档动作,以高档位至低档位为例,当该排档装置18从高档位切换到低档位时,由于低档位需要的转速较高,所以在换档时间点20开始后,首先变速箱输入轴转速25由于车辆惯性的关系会先到达目标转速T。当离合器13于离合器咬合时间点27a开始之后,引擎转速26a需要通过一咬合时间28,使引擎输出轴111转速与变速箱输入轴141转速同步,而使得该离合器13可于一同步时间点27b顺利咬合。由于图2A以及图2C的换档过程,容易造成离合器控制困难及离合器磨耗产生。所以为了解决上述的问题,投入的相关技术也非常的多,在此将现有的技术以及相关的研究列举如下(1)、例如美国专利US5620391、US5508916以及US6220219车辆升档过程,以控制引擎燃油量方式或控制发动机排气制动(Engine Exhaust Brake),以缩短换档时间。车辆升档过程想达到同步效果,汽油引擎则无法正确、快速控制引擎转速(only set Torque=0)。
(2)、例如美国专利US5620391、US5508916、US6220219车辆降档过程,以控制引擎燃油量方式(Fuel Control),缩短换档时间。车辆升档过程想达到此同步效果,控制困难度较高,引擎转速会有加减速情况。
(3)、例如美国专利US5582558、US5571059、US5741202以控制引擎燃油量方式(Fuel Control),在离合器不脱离情况下,进行引擎转速同步动作完成换档。换档时引擎节气阀首先需关至怠速,待入档后同时控制引擎节气阀及离合器位置。
(4)、例如美国专利US6319168、US6019698、US5741202以及US5979257提供一种手自排变速箱(Auto Manual Transition,AMT)换档控制方法,其于离合器与变速箱之间设置一马达暨发电机,当换档时,使变速箱的输入轴与变速箱的输出轴能快速同步以减少同步器、变速箱输入轴以及变速箱输出轴的速差,进而缩短换档时间。然而上述所提供的技术对于离合器的磨耗、以及引擎油耗、污染的问题,并无法有效解决。
综合上述的现有技术,虽然有很多的技术投入,不过对于如何降低离合器的磨耗以及因为换档所造成的油耗和废气污染的问题,还是无法具体解决,因此亟需一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,控制在离合器咬合前控制引擎轴转速,达到与变速箱输入轴转速同步状况,来解决此问题。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其利用控制与内燃机引擎相连接的电动马达暨发电机的转速,以达到换档平顺的目的。本发明的次要目的是提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其利用在升档过程,电动马达暨发电机充当发电机降低引擎转速,达到与变速箱输入轴转速同步的目的。
本发明的另一目的是提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其利用在降档过程,电动马达暨发电机提升动力增加引擎转速,达到与变速箱输入轴转速同步的目的。
本发明的又一目的是提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其利用换档过程依据计算目前引擎转速与目标引擎转速差距,再经由逻辑判断来决定采用电动马达暨发电机控制或引擎燃油控制或两者共同控制的目的。
本发明的再一目的是提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其利用在换档过程通过电动马达暨发电机的辅助控制引擎轴输出扭力为零,减少引擎节气阀门变动的目的。
为了达到上述目的,本发明提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其用于控制该复合动力车的一动力装置换档动作,该动力装置以一内燃机引擎与一电动马达暨发电机以并联方式结合,再经由一离合器连结一变速箱而驱动该复合动力车,该电动马达暨发电机可选择发电以供应一电池所需的电量以及选择提升引擎转速其中之一者,该内燃机引擎可通过控制一油门踏板调节一引擎节气门来控制该内燃机引擎的转速,该控制方法包括有下列步骤(a),控制该内燃机引擎输出扭力为零并脱离该离合器;(b),进行退出原先档位然后进入一新档位的动作;(c),依据该新档位决定该内燃机引擎的一目标转速,并计算目前该内燃机引擎的转速与该目标转速的一差异值;(d),决定控制该电动马达暨发电机选择发电以及选择提升引擎转速其中之一者,使该内燃机引擎的输出轴转速与该新档位下的该变速箱的输入轴转速同步;(e),完成入档;以及(f),控制该离合器与该变速箱的输入轴咬合以恢复引擎输出扭力。
为了达到上述目的,本发明提供一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其用于控制该复合动力车的一动力装置换档动作,该动力装置以一内燃机引擎与一电动马达暨发电机以并联方式结合,再经由一离合器连结一变速箱而驱动该复合动力车,该电动马达暨发电机可选择发电以供应一电池所需的电量以及选择提升引擎转速其中之一者,该内燃机引擎可通过控制一油门踏板调节一引擎节气门来控制该内燃机引擎的转速,该控制方法包括有下列步骤(a),根据该电池的残电量以及该油门踏板的位置以决定控制该电动马达暨发电机选择发电以及选择提升引擎转速其中之一者,来使该内燃机引擎输出扭力为零以及脱离该离合器;(b),进行退出原先档位然后进入一新档位的动作;(c),控制该内燃机引擎的输出轴转速与该新档位下的该变速箱的输入轴转速同步;(d),完成入档;以及(e),控制该离合器与该变速箱的输入轴咬合以恢复引擎输出扭力。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述,但不作为对本发明的限定。
图1为本发明复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法的动力装置示意图;图2A为传统升档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图;图2B为利用本发明的控制方法在升档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图;图2C为传统降档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图;图2D为利用本发明的控制方法在降档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图;图3A、图3B为本发明控制方法的第一较佳实施例流程示意图;图4A、图4B为本发明控制方法的第二较佳实施例流程示意图;及图5A~图5C为本发明控制方法的第三较佳实施例流程示意图。
其中,附图标记1 动力装置11内燃机引擎12电动马达暨发电机13离合器14变速箱15电池
16油门踏板17节气门18排档装置20换档时间点21a、21b、26a、26b引擎转速22、25变速箱输入轴转速23a、27a 离合器咬合时间点23b、27b 同步时间点24、28咬合时间3 控制方法流程31~36步骤341~345 步骤4 控制方法流程41~45步骤411~419 步骤5 控制方法流程51~56步骤511~519 步骤541~545 步骤T 目标转速具体实施方式
图1所示为本发明复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法的动力装置示意图。该排档式变速箱(Gear-shift Transmission)包括手排变速箱(ManualTransmission,MT)、自动离合手排变速箱(Auto-clutch Manual Transmission,AcMT)、自动手排变速箱(Automated Manual Transmission,AMT)以及双离合器自动手排变速箱(Dual Clutch Automated Manual Transmission,DCT),该动力装置1以一内燃机引擎11与一电动马达暨发电机12以并联方式结合,再经由一离合器13连结一变速箱14而驱动该复合动力车,该电动马达暨发电机12可选择发电以供应一电池15所需的电量以及选择提升引擎转速其中之一者,该内燃机引擎11可通过控制一油门踏板16调节一引擎节气门17来控制该内燃机引擎11的转速,该动力装置1可通过操作一排档装置18,来切换档位。
参见图1、图2B所示,图2B为利用本发明的控制方法在升档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图。其中图2B的纵轴代表转速,横轴代表时间。在换档时间点20前该变速箱的档位为在低档位且该内燃机引擎11的引擎输出轴111以及该变速箱14的输入轴141为同步转动。当该排档装置18从低档位切换到高档位时,由于高档位需要的转速较低,所以当换档时间点20开始之后,首先变速箱输入轴转速22由于车辆惯性的关系会先到达目标转速T,而该引擎转速21b可以先通过该马达暨发电机12以发电的方式将该内燃机引擎11的转速降低,使该引擎转速21b于一咬合时间点23a前将转速下降(有别于传统引擎转速21a),使得该内燃机引擎11的引擎输出轴111在该离合器13咬合前,即与变速箱输入轴141转速同步,达到快速、平顺地咬合,减少离合器片磨耗及缩短换档时间。
同理,请参阅图1、图2D所示,图2D为利用本发明的控制方法在降档状态下引擎转速与变速箱输入轴转速与时间关系示意图。其中图2D的纵轴代表转速,横轴代表时间。在换档时间点20前该变速箱14的档位为在高档位且该内燃机引擎11的引擎输出轴111以及该变速箱14的输入轴141为同步转动。当该排档装置18从高档位切换到低档位时,由于低档位需要的转速较高,所以当换档时间点20开始之后,首先变速箱输入轴转速25由于车辆惯性的关系会先到达目标转速T,而该引擎转速26b可以先通过该马达暨发电机12以马达运转的方式将该内燃机引擎11的转速提升,使该引擎转速26b于一咬合时间点27a前将转速升高(有别于传统引擎转速26a),使得该内燃机引擎11的引擎输出轴111在该离合器13咬合前,即与变速箱输入轴141转速同步,达到快速、平顺地咬合,减少离合器片磨耗及缩短换档时间。
为了进一步的了解,本发明的实施方式,请参阅图3A以及图3B配合图1所示,图3A、图3B为本发明控制方法的第一较佳实施例流程示意图。于本实施例中该控制方法流程3包括有下列步骤步骤31,控制该内燃机引擎11输出扭力为一最小扭力并脱离该离合器13;步骤32,进行退出原先档位然后进入一新档位的动作;步骤33,依据该新档位决定该内燃机引擎11的一目标转速,并计算目前该内燃机引擎11的转速与该目标转速的一差异值(slip);步骤34,决定控制该电动马达暨发电机12选择发电降低引擎转速以及选择提升引擎转速其中之一者,使该内燃机引擎11的引擎输出轴111转速与该新档位下的该变速箱14的输入轴141转速同步;步骤35,完成入档;及步骤36,控制该离合器13与该变速箱14的输入轴141咬合以恢复引擎输出扭力。
其中,该步骤34包括有下列步骤步骤341,即判断该新档位为升档或者为降档,若为升档则进行步骤342,即控制该电动马达暨发电机12选择发电供应该电池电量,并根据该差异值降低引擎转速,其中控制方法为首先设定完成同步的时间,此时发电机负载再依完成同步的时间、差异值及该电动马达暨发电机扭力特性计算。若为降档则进行步骤343,即再判断该差异值小于一特定值或该目标转数小于一转速值。若满足该步骤343的条件,则进行步骤344,即控制该电动马达暨发电机12选择提升引擎转速,其中控制方法为首先设定完成同步的时间,此时发电机负载再依完成同步的时间、差异值及该电动马达暨发电机扭力特性计算。反之,若不满足该步骤343的条件,则进行步骤345,即采用该电动马达暨发电机12与该引擎节气门17同时控制方式,根据该差异值以提升引擎转速至与新档位的该变速箱输入轴141转速同步,其中控制方法为首先设定完成同步的时间,此时发电机负载再依完成同步的时间、差异值及该电动马达暨发电机扭力特性计算。在本实施例中,该最小扭力为零。而该特定值代表假使该差异值太大时,单以马达发电机出力若有提速太慢的情况,所以则考虑引擎及马达一起出力来提升速度。该转速值的意义为根据该马达暨发电机12扭力特性决定,因为假如要把引擎提速也需考虑该马达暨发电机12高转速能力。
请参阅图4A以及图4B并配合图1所示,图4A以及图4B为本发明控制方法的第二较佳实施例流程示意图。在本实施例中该控制方法流程4包括有下列步骤步骤41,根据该电池15的残电量以及该油门踏板16的位置以决定控制该电动马达暨发电机12选择发电以及选择提升引擎转速其中之一者,来使该内燃机引擎11输出扭力为一最小扭力以及脱离该离合器13;
步骤42,进行退出原先档位然后进入一新档位的动作;步骤43,控制该内燃机引擎11的引擎输出轴111转速与该新档位下的该变速箱14的输入轴141转速同步;步骤44,完成入档;及步骤45,控制该离合器13与该变速箱14的输入轴141咬合以恢复引擎输出扭力。
其中,该步骤41包括有下列步骤步骤411,进行读取电池残电量(State ofCharge,SOC),以及该油门踏板16位置。然后进行步骤412,即判断该电池残电量小于一容量值以及该油门踏板16位置小于一开度值。如果不满足该步骤412的条件的话,则进行步骤413,即不维持该引擎节气门17的开度。然后再进行步骤414,即降低该引擎节气门17的开度,使该内燃机引擎11输出扭力为该最小扭力以及脱离该离合器13。反之,如果满足该步骤412的条件,则进行步骤415,即维持引擎节气门17的开度,然后在进行步骤416,即判断该油门踏板16位置是否介于一位置范围(f=<油门踏板位置<=e)之间。如果满足该条件416的话,则进行步骤418,即将该引擎节气门17降低至相当于该油门踏板16位置于该位置范围的最小值(相当于f)的位置。然后进行步骤419,即控制该电动马达暨发电机12选择发电状态以及使该内燃机引擎11的输出扭力为该最小扭力,并同步进行该离合器13脱离,其中该电动马达暨发电机12出力值则由引擎转速及引擎节气门位置构成的引擎扭力图(map)查表计算出来。若不满足该条件416的话,则进行步骤417,即控制该电动马达暨发电机12选择发电状态以及使该内燃机引擎11的输出扭力为该最小扭力,并同步进行该离合器13脱离,其中该电动马达暨发电机12出力值则由引擎转速及引擎节汽门构成的引擎扭力图查表计算出来。
如图4B所示,油门踏板的位置e是主要根据马达暨发电机12所能吸收的功能力。若油门踏板位置>=e会超出马达暨发电机12能力。而油门踏板16位置f主要根据引擎效率来决定。而在该位置范围(f<=油门踏板位置<=e)假设油门踏板16于位置f时是引擎效率较佳点。另外,在本实施例中该最小扭力为零,而在换档过程通过该电动马达暨发电机的辅助控制引擎轴输出扭力(最小扭力)为零,可以减少因该引擎节气门17瞬时变化所造成的污染及油耗增加。
利用本发明的精神,换档过程通过电动马达暨发电机的辅助控制引擎转速,可以将本发明的第一较佳实施例与第二较佳实施例结合,形成如图5A至图5C所示,该图为本发明控制方法的第三较佳实施例流程示意图。该控制方法流程5(步骤51至步骤56)的细部流程步骤511~519以及步骤541~545已经于前述的内容描述过,在此不多做赘述。
当然,本发明还可有其他多种实施例,在不背离本发明精神及其实质的情况下,熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,用于控制该复合动力车的一动力装置换档动作,该动力装置以一内燃机引擎与一电动马达暨发电机以并联方式结合,再经由一离合器连结一变速箱而驱动该复合动力车,该电动马达暨发电机可选择发电供应一电池所需的电量以及选择提升引擎转速其中之一者,其特征在于,该控制方法在换档开始时,通过控制该电动马达暨发电机以选择发电降低引擎转速以及选择马达运转以提升引擎转速其中之一者,以辅助控制该内燃机引擎转速。
2.一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,用于控制该复合动力车的一动力装置换档动作,该动力装置以一内燃机引擎与一电动马达暨发电机以并联方式结合,再经由一离合器连结一变速箱而驱动该复合动力车,该电动马达暨发电机可选择发电以供应一电池所需的电量以及选择提升引擎转速其中之一者,该内燃机引擎可通过控制一油门踏板调节一引擎节气门来控制该内燃机引擎的转速,其特征在于,该控制方法包括有下列步骤(a),控制该内燃机引擎输出扭力为一最小扭力并脱离该离合器;(b),进行退出原先档位然后进入一新档位的动作;(c),依据该新档位决定该内燃机引擎的一目标转速,并计算目前该内燃机引擎的转速与该目标转速的一差异值;(d),决定控制该电动马达暨发电机选择发电降低引擎转速以及选择提升引擎转速其中之一者,使该内燃机引擎的引擎输出轴转速与该新档位下的该变速箱的输入轴转速同步;(e),完成入档;以及(f),控制该离合器与该变速箱的输入轴咬合以恢复引擎输出扭力。
3.根据权利要求2所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该步骤(d)包括有下列步骤(d1),判断该新档位为升档或者为降档,若为升档则控制该电动马达暨发电机选择发电供应该电池电量,根据该差异值以降低引擎转速;若为降档,则再判断如果满足该差异值小于一特定值或该目标转数小于一转速值,则控制该电动马达暨发电机选择提升引擎转速;反之,若不满足该差异值小于该特定值或该目标转数小于该转速值,则采用该电动马达暨发电机与该引擎节气门同时控制方式,根据该差异值以提升引擎转速至与新档位的该变速箱输入轴转速同步。
4.根据权利要求2所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该步骤(a)包括有下列步骤(a1),若满足该电池残电量小于一容量值以及该油门踏板位置小于一开度值,则进行维持该引擎节气门的开度;(a3),再判断该油门踏板位置,如果该油门踏板位置介于一位置范围之间,则将该引擎节气门降低至相当于该油门踏板位置于该位置范围的最小值的位置;若该油门踏板位置不在该位置范围之间,则该引擎节气门维持不变;(a4),控制该电动马达暨发电机选择发电状态;及(a5),使该内燃机引擎的输出扭力为该最小扭力,并同步进行该离合器脱离。
5.根据权利要求4所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该位置范围的最小值为根据该内燃机引擎的效率来决定,该位置范围的最大值为根据该电动马达暨发电机的功率来决定。
6.根据权利要求2所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该步骤(a)包括有下列步骤(a2),若不满足该电池残电量小于一容量值以及该油门踏板位置小于一开度值,则不进行维持该引擎节气门的开度,并降低该引擎节气门的开度,使该内燃机引擎输出扭力为该最小扭力以及脱离该离合器。
7.一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,用于控制该复合动力车的一动力装置换档动作,该动力装置以一内燃机引擎与一电动马达暨发电机以并联方式结合,再经由一离合器连结一变速箱而驱动该复合动力车,该电动马达暨发电机可选择发电以供应一电池所需的电量以及选择提升引擎转速其中之一者,该内燃机引擎可通过控制一油门踏板调节一引擎节气门来控制该内燃机引擎的转速,其特征在于,该控制方法包括有下列步骤(a),根据该电池的残电量以及该油门踏板的位置以决定控制该电动马达暨发电机选择发电降低引擎转速以及选择提升引擎转速其中之一者,来使该内燃机引擎输出扭力为一最小扭力以及脱离该离合器;(b),进行退出原先档位然后进入一新档位的动作;(c),控制该内燃机引擎的引擎输出轴转速与该新档位下的该变速箱的输入轴转速同步;(d),完成入档;以及(e),控制该离合器与该变速箱的输入轴咬合以恢复引擎输出扭力。
8.根据权利要求7所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该步骤(a)包括有下列步骤(a1),若满足该电池残电量小于一容量值以及该油门踏板位置小于一开度值,则进行维持该引擎节气门的开度;(a3),再判断该油门踏板位置,如果该油门踏板位置介于一位置范围之间,则将该引擎节气门降低至相当于该油门踏板位置于该位置范围的最小值的位置;若该油门踏板位置不在该位置范围之间,则该引擎节气门维持不变;(a4),控制该电动马达暨发电机选择发电状态;及(a5),使该内燃机引擎的输出扭力为该最小扭力,并同步进行该离合器脱离。
9.根据权利要求8所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该位置范围的最小值为根据该内燃机引擎的效率来决定,该位置范围的最大值为根据该电动马达暨发电机的功率来决定。
10.根据权利要求7所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该步骤(a)包括有下列步骤(a2),若不满足该电池残电量小于一容量值以及该油门踏板位置小于一开度值,则不进行维持该引擎节气门的开度,并降低该引擎节气门的开度,使该内燃机引擎输出扭力为该最小扭力以及脱离该离合器。
11.根据权利要求7所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该步骤(c)包括有下列步骤(c1),依据该新档位决定该内燃机引擎的一目标转速,并计算目前该内燃机引擎的转速与该目标转速的一差异值;以及(c2),判断该新档位为升档或者为降档,若为升档则控制该电动马达暨发电机选择发电供应该电池电量,根据该差异值以降低引擎转速;若为降档,则再判断如果满足该差异值小于一特定值或该目标转数小于一转速值,则控制该电动马达暨发电机选择提升引擎转速;反之,若不满足该差异值小于该特定值或该目标转数小于一转速值,则采用该电动马达暨发电机与该引擎节气门同时控制方式,根据该差异值以提升引擎转速至与新档位的该变速箱输入轴转速同步。
12.根据权利要求1、2或7所述的复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,其特征在于,其中该排档式变速箱可选择为一手排变速箱、一自动离合手排变速箱、一自动手排变速箱以及一双离合器自动手排变速箱其中之一者。
全文摘要
本发明公开了一种复合动力车的排档式变速箱的换档控制方法,该排档式变速箱包含手排变速箱、自动离合手排变速箱、自动手排变速箱以及双离合器自动手排变速箱。该方法可用于一复合动力系统(一内燃机引擎与一马达暨发电机结合)的排档式变速箱升、降档控制。该内燃机引擎与该电动马达暨发电机相连接并经一离合器连结一变速箱而驱动车辆。在换档过程中,通过该电动马达暨发电机的辅助控制该内燃机引擎转速,达到与该变速箱的输入轴转速同步,使该离合器快速、平顺咬合,减少离合器片磨耗及缩短换档时间。在换档过程中,通过该电动马达暨发电机的辅助控制该内燃机引擎的输出轴所输出扭力为零,以减少因引擎节气阀门瞬时变化所造成的污染及油耗增加。
文档编号F16H61/04GK1796831SQ20041010099
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月30日 优先权日2004年12月30日
发明者解潘祥, 陈义仁, 陈立宇 申请人:财团法人工业技术研究院