用于控制多模式混合动力变速器的换档控制方法

专利名称：用于控制多模式混合动力变速器的换档控制方法
技术领域：
本发明总体涉及用于机动车辆的混合动力系及其液压控制。
技术背景 机动车辆包括能操作推进车辆并驱动车载电子器件的动力系。动力系，或传动系， 通常包括通过多速动力变速器给最终传动系统提供动力的发动机。由于往复活塞式内燃 机(ICE)的易得到和相对便宜的成本、轻重量和相对效率，许多车辆由往复活塞式内燃机 (ICE)来驱动。这种发动机包括四冲程压缩点火式柴油发动机和四冲程火花点火式汽油发 动机。混合动力车辆使用替代的动力源来推进车辆，从而最小化因为动力而对发动机的 依赖并增加总体燃料经济性。例如，混合动力电动车辆(HEV)结合电能和化学能，并且将其 转换为机械动力来推进车辆并且驱动车辆系统。HEV通常采用独立运行或与内燃机协同运 行的一个或多个电机来推进车辆。由于混合动力车辆可从除发动机以外的源得到其动力， 所以在车辆停止或由替代的(多个)动力源推进时可关闭混合动力车辆中的发动机。串联混合动力结构，有时被称为扩展范围的电动车辆(REEV)，通常由与发电机驱 动连通的内燃机来表征。发电机将动力提供给操作用于转动最终传动构件的一个或多个电 动马达。在串联混合动力系中发动机与传动构件之间可以没有直接的机械连接。在发动机 与车轮之间缺少机械联结允许发动机以恒定和有效的速率运行，甚至在车速改变时也是如 此。发电机还可运行以启动内燃机。该系统还可允许(多个)电动马达通过使车辆减速并 通过再生制动将能量存储在蓄电池中而回收能量。并联混合动力结构通常由内燃机和一个或多个电动马达/发电机组件来表征，其 全部直接机械地联接到变速器。并联混合动力设计采用结合的电动马达/发电机，从而提 供牵引力并可取代常规的起动器马达和交流发电机两者。马达/发电机电连接到能量存储 装置(ESD)。能量存储装置可以是化学蓄电池。控制单元用于调整能量存储装置与马达/ 发电机之间的电功率交换，以及第一和第二马达/发电机之间的电功率交换。电动无级变速器(EVT)通过组合串联和并联混合动力系结构两者的特征以及常 规非混合动力变速器的元件来提供连续可变速度比。EVT可设计成以固定档(re)模式和 EVT模式两者操作。当以固定档模式操作时，取决于差速齿轮子组的选择布置，变速器输出 构件的旋转速度是来自于发动机的输入构件的旋转速度的固定比率。EVT还配置用于机械 独立于最终传动件的发动机操作，从而允许大扭矩连续可变速度比、电控启动、再生制动、 发动机关闭怠速和双模式操作。EVT可将马达/发电机与差速齿轮装置结合以实现输入与输出之间的连续可变扭 矩和速度比。EVT可使用差速齿轮装置将一部分其所传递的动力传送通过(多个)电动马 达/发电机，它的其余动力被传送通过机械的其他并联路径。所使用的差速齿轮装置的一 种形式是周转圆的行星齿轮装置。然而，例如在不使用行星齿轮的情况下，如通过使用锥齿 轮或其他差速齿轮装置可以设计动力分离变速器。
多个液压致动的扭矩传递机构，例如离合器和制动器，可选择性地接合以选择性 地致动齿轮元件，以便在变速器的输入与输出轴之间建立不同的前进和倒档速度比和模 式。术语“离合器”在下文中用于指代离合器和制动器两者。从一个速度比或模式到另一 个的换档可响应于车辆状况和操作者(驾驶员)需求。“速度比”通常定义为变速器输入速 度除以变速器输出速度。因而，低档范围具有高速度比，高档范围具有相对较低的速度比。 由于EVT并不限于单个速度传动比，因而不同操作状态可称为范围或模式。 范围或模式变化可通过多离合器的同步化和释放过程来控制。在被施用状态与当 前有效范围关联的第一离合器传送扭矩，而在被释放状态与当前无效的第二范围关联的第 二离合器不传送扭矩。从第一范围到第二范围的换档通过将未被施用的第二离合器控制到 零滑移速度并且施用第二离合器(待接合的离合器)从而将EVT置于两离合器均施用状态 中来实现。然后，通过释放第一离合器(待分离的离合器)进入第二范围。

发明内容
提供一种用于调节多模式混合动力变速器的操作的方法。所述变速器选择性地驱 动连接到发动机。所述方法或算法包括停用待分离的离合器，所述待分离的离合器能操作 将变速器置于第一电动无级变速器(EVT)模式。变速器然后置于电动变矩器(ETC)模式， 且致动待接合的离合器，所述待接合的离合器能操作将变速器置于第二 EVT模式。在停用 所述待分离的离合器和致动所述待接合的离合器期间，发动机保持发动机开启状态。从第一 EVT模式过渡至第二 EVT模式可特征在于没有过渡通过固定档(re)或直 接驱动模式。变速器可配置成在从第一 EVT模式过渡至第二 EVT模式期间连续地产生输出 扭矩。所述方法可包括将所述待接合的离合器同步为大致零的离合器滑移速度。这种同 步在致动所述待接合的离合器之前发生。停用所述待分离的离合器可包括在致动所述待接 合的离合器之前将所述待分离的离合器排泄至预定填充水平，且然后在致动所述待接合的 离合器之后释放所述待分离的离合器。所述方法还可包括确定是否命令EVT-EVT模式换档序列，且如果命令EVT-EVT模 式换档序列，则将所述待接合的离合器填充至预定预填充水平。在所述待分离的离合器被 分离时且在致动所述待接合的离合器之前，发动机速度可变化。所述待接合的离合器和所 述待分离的离合器均可以是保持离合器。本发明提供下述技术方案。(1). 一种用于调节多模式混合动力变速器的操作的方法，所述变速器与发动机连 接，所述方法包括停用待分离的离合器，所述待分离的离合器能操作将变速器置于第一电动无级变 速器(EVT)模式，其中在停用所述待分离的离合器期间，发动机处于开启状态；将变速器置于电动变矩器(ETC)模式；以及致动待接合的离合器，所述待接合的离合器能操作将变速器置于第二 EVT模式， 其中在致动所述待接合的离合器期间，发动机保持开启状态。(2).根据⑴所述的方法，其中，从所述第一EVT模式过渡至所述第二EVT模式特 征在于没有过渡通过固定档(re)模式。
(3).根据(1)所述的方法，其中，变速器在从所述第一 EVT模式过渡至所述第二EVT模式期间连续地产生输出扭矩。(4).根据(1)所述的方法，还包括将所述待接合的离合器同步为大致零的离合器 滑移速度，其中，所述同步在致动所述待接合的离合器之前发生。(5).根据(1)所述的方法，其中，所述停用所述待分离的离合器包括在致动所述 待接合的离合器之前将所述待分离的离合器排泄至预定填充水平，以及在致动所述待接合 的离合器之后释放所述待分离的离合器。(6).根据(1)所述的方法，还包括确定是否命令EVT-EVT模式换档序列；以及如果命令EVT-EVT模式换档序列，则将所述待接合的离合器填充至预定预填充水平。(7).根据(1)所述的方法，还包括在所述待分离的离合器被分离时且在致动所 述待接合的离合器之前，改变发动机速度。(8).根据(1)所述的方法，其中，所述待接合的离合器和所述待分离的离合器是
保持离合器。(9). 一种用于控制多模式混合动力变速器的换档序列的方法，所述变速器操作性 地连接到发动机，所述方法包括停用待分离的离合器，所述待分离的离合器能操作以选择第一电动无级变速器 (EVT)模式；致动待接合的离合器，所述待接合的离合器能操作以选择第二 EVT模式；其中，从所述第一 EVT模式过渡至所述第二 EVT模式特征在于没有过渡通过固定 档(re)模式；以及其中，发动机在停用所述待分离的离合器期间处于开启状态并在致动所述待接合 的离合器期间保持所述开启状态。(10).根据(9)所述的方法，其中，停用所述待分离的离合器使变速器过渡至电动 变矩器(ETC)模式。(11).根据(10)所述的方法，还包括在所述待分离的离合器被分离时且在致动 所述待接合的离合器之前，改变发动机速度。(12).根据(11)所述的方法，其中，变速器在从所述第一EVT模式过渡至所述第二 EVT模式期间连续地产生输出扭矩。(13).根据(12)所述的方法，还包括将所述待接合的离合器同步为大致零的离合 器滑移速度，其中，所述同步在致动所述待接合的离合器之前发生。(14). 一种用于在多模式电动无级混合动力变速器中执行从初始电动无级变速器 (EVT)模式换档至目标EVT模式的方法，所述变速器能操作从发动机和至少一个马达/发电 机组件接收动力，所述初始EVT模式通过第一和第二离合器协作地建立，所述目标EVT模式 通过第一离合器和第三离合器协作地建立，所述方法包括将第三离合器填充至预定预填充水平；将第二离合器排泄至预定填充水平，从而使得变速器过渡至电动变矩器(ETC)模 式；以及
同步并接合第三离合器，从而使得变速器过渡至所述目标EVT模式。(15).根据(14)所述的方法，其中，在从初始EVT模式换档至目标EVT模式期间， 发动机处于开启状态。(16).根据(15)所述的方法，其中，从初始EVT模式换档至目标EVT模式特征在于 没有过渡通过空档模式或固定档(re)模式。(17).根据(16)所述的方法，还包括在所述第二离合器被分离时且在同步和接 合所述第三离合器之前，改变发动机速度。(18).根据(17)所述的方法，其中，所述第二离合器和所述第三离合器是保持离
合器O本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将从下面结合附图和所附权利要 求对为实施本发明的优选实施例和其它模式的详细描述中变得显而易见。


图1是具有根据本发明的多模式、电动无级混合动力变速器的示例性车辆动力系 的示意性杠杆图；图2是列出对于图1中所示的变速器的每个操作模式而言被接合的扭矩传递机构 的真值表；和图3是多个操作区域相对于图1中所示的变速器的输入和输出速度的图形图示。
具体实施例方式本文在混合动力型车辆动力系的背景中描述要求保护的发明，所述动力系具有多 模式、多速、电动无级混合动力变速器，所述变速器仅被意在提供可包含和实施本发明的代 表性应用。要求保护的发明并不限于在附图中所示的具体动力系装置中。此外，在此所示 的混合动力系已经被大大简化，应当理解的是，本领域技术人员将认识到与混合动力系或 者关于混合动力型车辆的标准操作的进一步信息。参考附图，其中在整个若干附图中相似的参考标记标识相似的部件，图1示出了 总体上以10标记的示例性车辆动力系统的示意性杠杆图。动力系10包括可重新起动的发 动机12，发动机12经由多模式、电动无级混合动力型动力变速器14选择性地驱动连接到最 终传动系统16或与最终传动系统16动力流连通。杠杆图是机械装置(如自动变速器)的部件的示意图。每个独立的杠杆表示行星 齿轮组，其中行星齿轮的三个基本机械部件均由节点表示。因而，单个杠杆包含三个节点 一个用于太阳轮构件，一个用于行星齿轮行星架构件，一个用于齿圈构件。每个杠杆的节点 之间的相对长度可以用于表示每个相应齿轮组的齿圈-太阳轮比。继而，这些杠杆比用于 改变变速器的传动比以实现合适的比和比级数。各个行星齿轮组的节点和变速器的其它部 件(例如，马达/发电机)之间的机械联接件或互连件由细的水平线表示。扭矩传递装置 (例如离合器和制动器)表示为交叉的指形物。如果所述装置是制动器，则一组指形物被固 接。变速器14被设计成用于从发动机12例如通过输入构件18接收其驱动动力的至 少一部分。变速器输入构件18 (本质上为轴)可以是发动机输出轴(也称为“曲轴”)。可替换地，瞬时扭矩阻尼器(未示出)可实施在发动机12与变速器14的输入构件18之间。 发动机12将动力传递到变速器14，变速器14通过变速器输出构件或轴20分配扭矩以驱动 最终传动系统16并因此推进车辆(未示出)。在图1中所描述的实施例中，发动机12可以是多种形式石油燃料的原动机中的任 一种，例如往复活塞式内燃机，包括火花点火式汽油发动机和压缩点火式柴油发动机。发动 机12容易地适于将其可用动力在运行速度的范围(例如从处于或接近600转每分(RPM) 的怠速到超过6000RPM)提供给变速器14。无论发动机12如何连接到变速器14，输入构件 18都连接到封装在变速器14内的差速齿轮组，这在下面将更详细地解释。仍参考图1，混合动力变速器14使用一个或多个差速齿轮装置，优选地本质上是 三个互连的周转圆的行星齿轮组，其分别以24、26、28来总体表示。每个齿轮组都包括三个 齿轮构件第一、第二和第三构件。在本说明书和在权利要求中当涉及第一、第二和第三齿 轮组时，这些组在附图中可以任何顺序(例如从左到右，从右到左等)被记为“第一”到“第 三”。类似地，在本说明书和在权利要求中当涉及每一齿轮组的第一、第二和第三构件时，对 于每一齿轮组来说这些构件在附图中可以任何顺序(例如从上到下，从下到上，等)被记为 或标识为“第一”到“ 第三”。第一行星齿轮组24具有三个齿轮构件分别为第一构件30、第二构件32和第三 构件34。在优选实施例中，第一构件30包括包围第三构件34的外齿轮构件(可称为“齿 圈”)，第三构件34可包括内齿轮构件(可称为“太阳轮”)。在该例中，第二构件32用作行 星架构件。即，多个行星齿轮构件(可被称为“小齿轮”)转动地安装在第二构件/行星架 32上。每个行星齿轮构件与第一构件/齿圈30和第三构件/太阳轮34啮合地接合。第二行星齿轮组26也具有三个齿轮构件分别为第一构件40、第二构件42和第 三构件44。在如上关于第一行星齿轮组24讨论的优选实施例中，第二行星齿轮组26的第 一构件40是包围第三构件44的外“齿圈”构件，其中第三构件44是内“太阳轮”构件。齿 圈构件40与太阳轮构件44共轴地对准并且可相对于太阳轮构件44转动。多个行星齿轮 构件转动地安装在第二构件42上，第二构件42用作行星架构件，使得每个行星齿轮啮合地 接合齿圈构件40和太阳轮构件44两者。类似于第一齿轮组24和第二齿轮组26，第三行星齿轮组28也分别具有第一构件 50、第二构件52和第三构件54。在该布置中，第一构件50优选地为外“齿圈”，其包围第三 构件54或内“太阳轮”。第二构件52在该具体齿轮组中是行星架，与太阳轮构件54共轴地 对准并且可相对于太阳轮构件54转动。这样，多个行星或小齿轮构件转动地安装在行星架 构件52上。每个小齿轮构件都对准以啮合地接合齿圈构件50和相邻小齿轮构件或者太阳 轮构件54和相邻小齿轮构件。在变速器14的一个实施例中，第一行星齿轮组24和第二行星齿轮组26每个都包 括简单的行星齿轮组，而第三行星齿轮组包括复合的行星齿轮组。然而，如上所述的行星架 构件中的每个可以是单小齿轮(简单的)行星架组件或者是双小齿轮(复合的)行星架组 件。具有长小齿轮的实施例也是可能的。第一行星齿轮组24、第二行星齿轮组26和第三行星齿轮组28相结合使得第一行 星齿轮组24的第二构件32如通过中心轴36联结到(即，连续地连接到)第二行星齿轮组 26的第二构件42和第三行星齿轮组28的第三构件54。这样，这三个齿轮构件32、42、54被刚性地附接以便共同转动。发动机12 (例如通过整体式毂衬38)连续地连接到第一行星齿轮组24的第一构 件30，以便与其共同转动。第一行星齿轮组24的第三构件34例如通过第一套轴46连续 地连接到第一马达/发电机组件56 (在此可互换地称作“马达A”)。第二行星齿轮组26的 第三构件44通过第二套轴48连续地连接到第二马达/发电机组件58 (在此也可互换地称 作“马达B” )。第三行星齿轮组28的第一构件50例如通过整体式毂衬连续地连接到变速 器输出构件20。第一套轴46和第二套轴48可包围中心轴36。
第一扭矩传递装置70 (在此可互换地称作离合器“Cl”)将第二齿轮构件52与固 定构件(在图1中由变速器壳体60来表示)选择性地连接。第二套轴48并从而齿轮构件 44和马达/发电机58通过选择性地接合第二扭矩传递装置72 (在此可互换地称作离合器 “C2”)被选择性地连接到第三行星齿轮组28的第二构件52。第三扭矩传递装置74(在此 可互换地称作离合器“C3”)将第二行星齿轮组26的第一齿轮构件40选择性地连接到变速 器壳体60。第一套轴46并从而第三齿轮构件34和第一马达/发电机56通过选择性地接 合第四扭矩传递装置76 (在此可互换地称作离合器“C4”)也被选择性地连接到第二行星齿 轮组26的第一构件40。第五扭矩传递装置78(在此可互换地称作离合器“C5”)将发动机12的输入构件 18和第一行星齿轮组24的第一齿轮构件30选择性地连接到变速器壳体60。离合器C5是 输入制动离合器，在发动机12关闭时选择性地锁定输入构件18。锁定输入构件18为再生 制动能量提供更多的反作用。如下文所示，参考图2，C5不包含在变速器14的模式/档位 /空档换档操作中。第一扭矩传递装置70和第二扭矩传递装置72 (Cl和C2)可被称为“输出离合器”。 将两个输出离合器分离使变速器14置于空档模式(参见图2)。第三扭矩传递装置74和第 四扭矩传递装置76(C3和C4)可被称为“保持离合器”。保持离合器中的一个必须被接合以 保持行星齿轮组24、26、28的各个构件并允许变速器14相对于输出功率(最终传动件16) 平衡输入功率(来自于发动机12、马达A和马达B)。保持离合器可选择性地操作以禁止复 合行星系统的一个输入的操作。在图1中所示的示例性实施例中，各种扭矩传递装置70、72、74、76、78(C1_C5)都 是摩擦离合器。然而，可采用其他常规的离合器构造，例如本领域技术人员可认识到的齿式 离合器、摇杆式离合器等。离合器C1-C5可被液压致动，从而接收来自泵(未示出)的加压 液压流体。例如通过使用常规的液压流体控制回路，实现对离合器C1-C5的液压致动，如本 领域技术人员能想到的那样。在混合动力系10被用于陆地车辆的在此描述的示例性实施例中，变速器输出轴 20操作性地连接到最终传动系统(或“传动系”)，所述传动系可包括前差速器或后差速器， 或其他扭矩传递装置，其将扭矩输出通过相应的车桥或半轴(未示出)提供给一个或多个 车轮。车轮可以是采用所述车轮的车辆的前轮或后轮，或者它们可以是履带式车辆的驱动 齿轮。本领域技术人员将应当认识到，在不改变本发明的范围的情况下，最终传动系统可 包括任何已知的构造，包括前轮驱动(FWD)、后轮驱动(RWD)、四轮驱动(4WD)或全轮驱动 (AffD)。全部行星齿轮组24、26、28，以及第一马达/发电机56和第二马达/发电机58 (马达A和马达B)优选地关于中间中心轴36或其它轴线被共轴定向。马达A或马达B可采用 环形构造，从而允许一个或两者大体包围所述三个行星齿轮组24、26、28。这种构造可减少 总封装，即混合动力变速器14的直径和纵向尺寸最小化。混合动力变速器14从多个扭矩产生装置接收输入驱动扭矩。“扭矩产生装置”包 括发动机12和马达/发电机56、58，作为能量从存储在燃料箱中的燃料或从存储在电能存 储装置中的电势转换(均未示出)的结果。发动机12、马达A(56)和马达B(58)可独立运行或协同运行(与上述的行星齿轮 组以及选择性地接合的扭矩传递机构结合)，从而转动变速器输出轴20。此外，马达A和马 达B优选地构造成用于选择性地操作为马达和发电机。例如，马达A和马达B能够将电能 转换成机械能(例如，在车辆推进期间)，并且还能够将机械能转换成电能(例如，在再生制 动期间或者在从发动机12提供过多动力期间)。继续参考图1，包括分布式控制器结构的电子控制装置(或“控制器”)在示例性 实施 例中示意性地示出为基于微处理器的电子控制单元(E⑶)80。E⑶80包括带有合适量 的可编程存储器(总的以82表示)的存储介质，所述存储介质被编程为包括但不限于调整 多模式混合动力变速器操作的算法或方法。如下文所述，控制装置可操作以提供对在此示意性描绘并描述的动力系10的协 调系统控制。该控制装置的组成元件可以是总体车辆控制系统的子组。该控制系统可操作 以综合有关信息和输入，并且执行控制方法和算法以控制各种致动器，从而实现控制目标。 控制系统监测目标和参数，包括但不限于燃料经济性、排放物、性能、驾驶性能，以及对传 动系硬件(例如但不限于发动机12、变速器14、马达A、马达B和最终传动件16)的保护。分布式控制器结构(ECU80)可包括变速器控制模块(TCM)、发动机控制模块 (ECM)、变速器功率逆变器模块(TPIM)、蓄电池组控制模块(BPCM)。混合动力控制模块 (HCP)可被集成为用于提供对前述控制器的总体控制和协调。用户接口(UI)操作性地连接到多个装置(未示出)，车辆操作者通常通过所述装 置控制或引导动力系的操作。用户接口的示例性车辆操作者输入包括加速踏板、制动踏板、 变速器档位选择器和车速巡航控制以及本领域技术人员可想到的其它输入。每个前述控制器与其他控制器、传感器、致动器等通信(例如经控制局域网(CAN) 总线或通信结构)。CAN总线允许控制参数和指令在各种控制器之间的结构化通信。所使用 的通信协议是专用的。例如但不限于，一个可用的通信协议是汽车工程师学会标准J1939。 CAN总线和合适的协议提供了前述控制器和提供了例如防抱死制动、牵引控制和车辆稳定 性等功能的其他控制器之间的稳固信息传递和多控制器交互。发动机控制模块操作性地连接到发动机12且与发动机12通信。发动机控制模块 构造成用于经多个离散线路从各种传感器中获取数据并且控制发动机12的各种致动器。 发动机控制模块接收来自混合动力控制模块的发动机扭矩指令、产生期望的车桥扭矩、并 指示被传送到混合动力控制模块的实际发动机扭矩。可由发动机控制模块感测的各种其 他参数包括发动机冷却剂温度、变速器的发动机输入速度、歧管压力、和环境空气温度及压 力。可由发动机控制模块控制的各种致动器包括但不限于燃料喷射器、点火模块和节气门 控制模块。变速器控制模块操作性地连接到变速器14，并且用以获取来自各种传感器的数据并为变速器14提供指令信号。从变速器控制模块到混合动力控制模块的输入可包括每一 离合器C1-C5的估计离合器扭矩，和变速器输出轴20的转动速度。额外的致动器和传感器 可用于将来自变速器控制模块的额外信息提供给混合动力控制模块用于控制目的。前述控制器中的每一个可以是通用数字计算机，通常包括微处理器或中央处理单 元、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可编程只读存储器(EPR0M)、高速时钟、模 拟数字(A/D)和数字模拟(D/A)电路、输入/输出电路和装置(I/O)以及合适的信号调节 及缓冲器电路。每个控制器具有一组控制算法，包括存储在ROM中并被执行成用于为每一 个计算机提供相应功能的常驻程序指令和标定值。在各种计算机之间的信息传递可使用前 述CAN来实现。响应于由用户接口所捕获到的操作者输入，监督式混合动力控制模块控制器和如 上关于图1所述的一个或多个其他控制器确定期望变速器输出扭矩。混合动力变速器14 的选择性地操作的部件被适当地控制并操纵以响应操作者需求。例如，在图1所示的实施 例中，当操作者选择前进驱动范围并操纵加速踏板或制动踏板时，混合动力控制模块确定 变速器的输出扭矩，所述输出扭矩影响车辆如何以及何时加速或减速。最终的车辆加速受 到其他变量的影响，这些变量包括因素如道路负载、道路坡度和车辆质量。混合动力控制模 块监测扭矩产生装置的参数状态，并确定达到期望扭矩输出所需的变速器的输出。在混合 动力控制模块的引导下，变速器14在从慢到快的输出速度范围上运行，以便满足操作者需 求。E⑶80还接收来自传感器的频率信号，用于处理输入构件18的速度Ni和输出构 件20的速度No，以便用于控制变速器14。系统控制器还可接收并处理来自压力开关(未 示出)的压力信号，用于监测离合器施用腔压力。可替换地，可采用用于大范围压力监测的 压力变送器。脉宽调制(PWM)和/或二进制控制信号由控制器80传送到变速器14，用于控 制离合器C1-C5的填充和排泄，以便施用和释放离合器C1-C5。此外，控制器80可接收变速器流体贮槽温度数据，例如来自于热电偶输入(未示 出)，以得到贮槽温度。控制器80可提供从输入速度Ni得到的PWM信号和贮槽温度，用于 经一个或多个调节器控制管线压力。离合器C1-C5的填充和排泄可例如通过响应于PWM和二进制控制信号由螺线管控 制的滑阀来实现。可采用使用可变放气螺线管的调整阀以提供阀塞在阀体内的精确定位并 提供在施用期间对离合器压力的相应精确控制。类似地，可采用一个或多个管线压力调节 器(未示出)，以便根据控制信号形成调节的管线压力。跨越离合器的离合器滑移速度可例 如从变速器输入速度、输出速度、马达A速度和/或马达B速度得出。多模式、电动无级混合动力变速器14配置用于多种变速器操作模式。图2中提供 的真值表示出了扭矩传递机构C1-C4的示例性接合排定表以实现操作状态或模式阵列。在 所述表中描述的各种变速器操作模式表示了对于每一操作模式来说特定离合器C1-C4中 的哪些被接合(致动)，以及哪些被释放(停用)。总体而言，可执行变速器14中的比率变化，使得扭矩扰动最小化，且换档是平稳 的且不引起车辆乘员的反感。此外，离合器C1-C4的释放和施用应当以消耗最小量的能量 且不会负面影响离合器耐用性的方式执行。影响这些考虑的一种主要因素是被控制的离合 器处的扭矩，所述扭矩可能根据诸如加速和车辆负载的性能需求而显著变化。改进的换档可通过在施用或释放时离合器处的零或接近零扭矩状况来完成，所述状况导致跨越离合器的大致零滑移。跨过离合器具有零滑移的离合器可称为同步操作。电动无级操作模式可分为四大类输入分离模式、输出分离模式、复合分离模式和 串联模式。在输入分离模式，一个马达/发电机(例如，马达A或马达B)被齿轮传动连接， 使得其速度与变速器输出成正比地变化，且另一个马达/发电机(例如，马达A或马达B 中的另一个)被齿轮传动连接，使得其速度是输入和输出构件速度的线性组合。在输出分 离模式，一个马达/发电机被齿轮传动连接，使得其速度与变速器输入构件成正比地变化， 且另一个马达/发电机被齿轮传动连接，使得其速度是输入构件和输出构件速度的线性组 合。然而，复合分离模式使得两个马达/发电机均被齿轮传动连接，使得它们的速度是输入 和输出构件速度的线性组合，但与输入构件的速度或输出构件的速度都不成正比。最后，当以串联模式运行时，一个马达/发电机被齿轮传动连接，使得其速度与变 速器输入构件的速度成正比地变化，且另一个马达/发电机被齿轮传动连接，使得其速度 与变速器输出构件的速度成正比地变化。当以串联模式运行时，在输入构件和输出构件之 间没有直接机械动力变速器路径，因而所有动力必须电动传输。在如上所示的四大类电动无级操作模式中的每一个中，马达速度都是输入速度和 输出速度的线性组合。因此，这些模式具有两个速度自由度(为了简便起见缩写为“D0F”)。 数学上，这类模式的扭矩(T)和速度(N)方程具有以下形式 其中a和b是由变速器齿轮装置所确定出的系数。EVT模式类型可从b系数矩阵 的结构中确定。即，如果I^1 = K2 = O或K1 = I^2 = O,那么模式是串联模式。如果bi, ！ = 0或b1>2 = 0，那么模式是输入分离模式。如果b2>1 = 0或b2,2 = 0，那么模式是输出分 离模式。例如如果！^丨！^丨！^丨和、』中的每一个都非零，那么模式是复合分离模式。电动无级变速器还可包含一个或多个固定档(re)模式。通常，re模式是由于闭 合(即致动)比选择电动无级模式所需数目多的一个额外的离合器引起。在re模式中，输 入速度和每个马达速度与输出速度成比例。因此，这些模式具有仅一个速度自由度。数学 上，该类模式的扭矩和速度方程具有以下形式 其中a和b是由变速器齿轮装置所确定出的系数。如果I^1非零，那么在以固定档 模式运行期间，马达A可有助于输出扭矩。如果b1>2非零，那么在以固定档模式运行期间， 马达B可有助于输出扭矩。如果b1>3非零，那么在以固定档模式运行期间，发动机可有助于 输出扭矩。如果b1>3为零，那么模式是纯电动固定档模式。电动无级变速器还可配置用于具有三个速度自由度的一个或多个模式。这些模式 可能包括或可能不包括反作用扭矩源以使变速器能够产生与发动机扭矩或马达扭矩成比 例的输出扭矩。如果具有三个速度自由度的模式能够产生输出扭矩，那么发动机和连接为 反作用于发动机扭矩的任何马达的扭矩将与输出扭矩大体成比例。如果马达不被连接为 反作用于发动机扭矩，那么其扭矩可被指令成用于独立于变速器输入和输出速度控制其速度。在具有三个速度自由度的模式中，通常不可能独立于输出扭矩容易地控制蓄电池 功率。该类型模式产生与系统中每一个反作用扭矩源成比例的输出扭矩。由三个扭矩源中 的每一个所提供的总输出动力的一部分可通过改变马达速度和输入速度来调节。考虑到 流入或流出能量存储装置的功率是发动机、输出和其中一个马达的输出扭矩以及速度的函 数，这些模式此后被称为电动变矩器(ETC)模式。数学上，该类模式的扭矩和速度方程具有 以下形式 其中a和b是由变速器齿轮装置所确定出的系数。如果aia非零，那么当运行在 ETC模式中时，马达A用作反作用构件并且其扭矩与输出扭矩成比例。如果ai>1为零，那么 马达A被断开并且其扭矩不能由输出扭矩来确定。如果非零，那么当运行在ETC模式 中时，马达B用作反作用构件并且其扭矩与输出扭矩成比例。如果为零，那么马达B被 断开并且其扭矩不能由输出扭矩来确定。如果a1>3非零，那么在固定档模式运行期间发动 机可有助于输出扭矩。如果^3为零，那么输入被断开并且其扭矩不能由输出扭矩来确定。 如果2、和 ,3都为零，那么模式是不能产生输出扭矩的空档模式。图2中示出四个空档模式。在空档1中，全部离合器被释放。空档1可以在整个 车辆停止且处于关闭状态时使用，因此在整个动力系10中没有动力分配(电、机械的或其 他形式的)被有效地分配。在空档1中，12伏发动-照明-点火(SLI)蓄电池可用于发动 机起动。在空档2中，仅离合器C3被接合，马达A和马达B可反作用于发动机12以便起动 或充电能量存储装置。类似于空档2，在变速器14处于空档3时，马达A和马达B可反作用 于发动机12以便起动或充电能量存储装置，并且离合器C4作为唯一被接合的扭矩传递装 置。在空档4中，第三离合器C3和第四离合器C4都处于被致动状态。在这种情况下，马达 A被锁定或“固接”，马达B与发动机12齿轮传动连接用于发动机起动。第一行星齿轮组24和第二行星齿轮组26与第一马达/发电机56和第二马达/ 发电机58协作，连同第一离合器Cl和第二离合器C2的选择性地接合，以构建电动变矩器 (ETC)。例如，当变速器14运行在ETC模式时，取决于有效控制排定表，马达A和/或马达 B的电输出可被调节成用于控制从发动机12经变速器差速齿轮装置到输出构件20的扭矩 传递。当起动车辆时，通过接合第一离合器Cl建立ETCl模式。在ETCl模式中，马达A借 助于第一行星齿轮组24和第三行星齿轮组28反作用于发动机12，马达B空转。在ETCl模 式中，通过逐渐增加由马达A产生的电功率(即马达A的反作用力)的量，静止的车辆可被 平稳地起动，同时发动机12保持处于适当的速度。存在使用在此所阐述的变速器构造可用的两个其他可替代ETC模式。ETC2模式， 还称为“复合ETC”，可通过接合离合器C2并分离其余离合器来启动。在ETC2模式中，马达 A借助于第一行星齿轮组24和第三行星齿轮组28反作用于发动机12，同时马达B使发动 机12和马达A反作用到输出构件20。通过协作管理由马达A和马达B所产生的电功率输 出的量来操作发动机扭矩的分配。
第三ETC模式，ETC12模式，可通过接合离合器Cl和离合器C2两者来启动。类 于ETCl模式，马达A借助于第一行星齿轮组24和第三行星齿轮组28反作用于发动机12。 然而，在这种情形下，马达B固接到变速器壳体60。在ETC12模式中，通过逐渐增加由马达 A产生的反作用力(可与马达A产生的电功率成比例)，车辆可被平稳地加速，同时发动机 12保持处于适当的速度。当发动机12处于关闭状态时，变速器14可使用ETC模式离合器控制排定表来改 变由马达A所产生的电能的量，以便逐渐增大马达A和/或马达B的驱动扭矩。例如，当发 动机12处于关闭状态时，如果变速器14被切换至ETCl模式，那么发动机12将经由输入构 件18产生反作用力。在无需启动发动机12的情况下，马达A的驱动输出于是可得到控制， 并且保持连续且不中断的变速器输出扭矩。本文所述的示例性动力系10具有三个固定档(re)、或“直接”操作模式。在变速 器14的该实施例的所有固定档模式中，通过操作发动机12来向前驱动车辆。离合器C1、C3 和C4的选择性地接合将变速器14切换至rei模式中。在rei中，马达A固接，并且发动机 使第一行星齿轮组24驱动到第三行星齿轮组28并从而驱动到输出构件20。通过选择性地 接合离合器C1、C2和C4实现TO2模式。在TO2中，马达B固接，并且发动机12使第一行星 齿轮组24和第二行星齿轮组26驱动到第三行星齿轮组28并从而驱动到输出构件20。类 似地，通过选择性地接合离合器C2、C3和C4实现TO3模式。在TO3中，马达A被锁定，并且 发动机使第一行星齿轮组24驱动到第二行星齿轮组26和第三行星齿轮组28以及输出构 件20。当运行在固定档操作模式时，输出构件速度No与输入构件速度M和所选择的传动 比成正比:Ni = NoXGR0继续参考图2，变速器14也能以四个电动无级变速器(EVT)模式运行。在EVTl和 EVT4中，变速器14运行在输入分离操作模式中，其中变速器14的输出速度No与一个电动 马达/发电机56、58(马达A或马达B)的速度成比例。具体地，通过选择性地接合第一离 合器Cl和第三离合器C3实现EVTl模式。当在EVTl中时，马达A用于借助第一行星齿轮 组24反作用于发动机12，到第三行星齿轮组28，以及输出构件20，同时马达B驱动第二行 星齿轮组26和第三行星齿轮组28。马达A在EVTl下推进车辆。可替换地，通过致动离合 器C2和离合器C3可将变速器14选择性地换档到EVT4模式。在EVT4中，马达A用于借助 第一行星齿轮组24反作用于发动机12，到第二行星齿轮组26和第三行星齿轮组28，以及 输出构件20，同时马达B驱动第二行星齿轮组26和第三行星齿轮组28。马达B在EVT4下 推进车辆。在EVT2和EVT3中，变速器14运行在复合分离模式中，其中变速器14的输出速度 No与单个马达/发电机的速度不成比例，而是两个马达/发电机速度的代数线性组合。更 具体地，通过选择性地接合第一离合器Cl和第四离合器C4实现EVT2。在该模式中，马达A 和马达B操作以借助第一行星齿轮组和第二行星齿轮组反作用于发动机12。可替换地，通 过致动离合器C2和离合器C4可将变速器14选择性地换档到EVT3模式。当运行在EVT3 模式时，两个马达/发电机组件56、58借助全部三个行星齿轮组24、26、28反作用于发动机 12。参考图3，示出变速器输出速度No (沿水平轴线)对于输入速度Ni (沿竖直轴线) 的曲线图。图3仅仅是每一操作模式相对于变速器14的该实施例的输入和输出速度的示例性操作区域的图示。线91示出rei中的同步操作，即输入速度与输出速度的关系，其中离合器Cl、C3 和C4在跨越所述离合器具有基本零滑移速度的情况下运行。这样，线91表示输入速度和 输出速度的关系，在此处，可发生在EVT模式之间的基本同步换档。rei也是从输入到输出 的直接机械联接可通过同时施用离合器Cl、C3和C4来实现的范围(S卩，固定比或正比)。 线93示出TO2中的同步操作，即输入速度与输出速度的关系，其中离合器Cl、C2 和C4在跨越所述离合器具有基本零滑移速度的情况下运行。类似地，线95示出运行在TO3 期间输入与输出速度之间的关系，其中，离合器C2、C3和C4在跨越所述离合器具有基本零 滑移速度的情况下运行。换档比率线91向左是用于第一 EVT模式(EVTl)的示例性操作区域，其中Cl和C3 两者均被施用，而C2和C4被释放。换档比率线91向右并且换档比率线93向左是用于第 二 EVT模式(EVT2)的示例性操作区域，其中Cl和C4被施用，而C2和C3被释放。换档比率线93向右并且换档比率线95向左是用于第三EVT模式(EVT3)的示例 性操作区域，其中C2和C4被施用，而Cl和C3被释放。换档比率线95向右是用于第四EVT 模式(EVT4)的示例性操作区域，其中C2和C3被施用，而Cl和C4被释放。如关于离合器 C1-C5在此处所使用的，术语“被施用”或“被致动”表示跨越相应离合器的大的扭矩传递容 量。相反地，术语“被释放”或“被停用”表示跨越相应离合器的小的或无扭矩传递容量。虽然上述指定的操作区域可通常利于混合动力变速器14的运行，但是这不意味 着暗示出在图3中所描绘的多个EVT操作区域不能重叠或不重叠。然而，通常，可优选操 作在所指定区域，因为每个特定操作模式优选应用特别好地适合于该区域的各个方面(例 如，质量、尺寸、成本、惯性容量等)的齿轮组和马达硬件。类似地，虽然上述指定的各个操 作区域通常优选用于所指示的具体操作模式，但是这不意味着暗示出用于各个EVT模式的 操作区域不能被切换。通常，换档到模式1被认为是“减档”，并且根据关系Ni/No与更大的传动比相关 联。对比而言，换档到模式4被认为是“升档”，并且根据关系Μ/Νο与更小的传动比相关联。 如在下文所讨论的，其他模式到模式的换档次序也是可行的。作为例子，从EVTl到EVT3的 换档也是升档，而从EVT4到EVT2的换档被认为是减档。在动力系10的操作期间，可由ECU 80检测启动换档序列。如果换档序列没有例 如通过操作者指令或车辆操作状况中的变化来启动，那么ECU 80监测变速器14且将继续 其当前操作状态。如果换档序列例如经由操作者踩下(tip-in)来启动，那么E⑶80将确定滑动操 作是否应该为EVT-EVT过渡。即，基于当前车辆操作状况、车辆速度、期望扭矩变化的大小 等，ECU 80将确定最佳换档操作是否为从一个EVT操作模式至另一个EVT操作模式。EVT-EVT换档序列或事件能以多种方式发生。例如，图1所示的示例性动力系10 配置成通过过渡通过固定档模式或如下文更详细描述通过ETC模式来执行EVT-EVT换档。 然而，由于re模式在发动机12和最终传动件16之间产生直接驱动，过渡通过re模式仅在 发动机12运行时可用。如果请求EVT-EVT换档，那么混合动力控制模块将确定发动机12是处于发动机开 启状态还是发动机关闭状态。如果发动机12开启，那么混合动力控制模块将确定在当前操作状况下那种换档序列提供更佳的换档。如果在发动机开启的车辆操作下启动EVT-EVT换 档序列，那么变速器控制模块可通过将与目标EVT模式相关联的待接合的离合器预先填充 至预定预填充水平来作出响应。例如，如果变速器14作出从EVTl模式加档至EVT2模式，那么与初始优选模 式 (EVTl)相关联的待分离的离合器是C3，与目标期望模式(EVT2)相关联的待接合的离合器 是C4。待接合的离合器机构C4的离合器容积可以被填充至80-90%，而不达到扭矩容量或 引起过度的滑移量(否则可能干扰当前操作模式)。该预填充方案可通过减少顺序填充时 间而缩短EVT-EVT操作的总体换档时间。如果变速器控制模块确定优选过渡通过ETC模式，那么变速器控制模块停用待分 离的离合器C3。再次参考图2和3，一旦C3不再传递扭矩，仅离合器Cl保持接合且变速器 14被置于ETCl模式。通过将变速器14置于ETCl模式，发动机12不需要跟随与TOl (线 91所示)相关的固定速度路径，且输入速度Ni可独立于输出速度No变化。为了完成换档事件且将变速器14置于EVT2，于是致动待接合的离合器C4。离合 器C4 (可能已经预填充或者可能没有预填充)被同步为大致零离合器滑移速度且然后被填 充至跨过离合器C4传递扭矩所需的保持压力。因而，该EVT1-EVT2加档特征在于没有过渡 通过rei模式且发动机12的速度并不停留于rei的传动比。与过渡通过一个固定档模式 相比，车辆操作者和乘员可经历改进的换档操作。注意到，在马达A的速度Na处于零或接近零时，发生离合器C3的同步分离，随后是 离合器C4的同步接合。接近零的Na允许变速器14相对于功率输出平衡蓄电池功率，甚至 在增加或减少输入速度Ni时也是如此。此外，在从EVTl过渡至EVT2模式时，变速器14连 续地产生输出扭矩。使用三个离合器可进行类似的EVT-EVT换档事件，其中，变速器控制模块确定在 发动机12运行时需要从EVT3模式换档至EVT4模式。EVT3模式通过接合离合器C4和C2 选择。EVT4模式通过接合离合器C3和C2选择。如果变速器控制模块(或动力系10的控制结构的其它部分)确定过渡通过ETC模 式优于过渡通过re3，那么变速器控制模块停用待分离的保持离合器C4。再次参考图2和 3，一旦C4不再传递扭矩，仅离合器C2保持接合且变速器14被置于ETC2模式。通过将变 速器14置于ETC2模式，发动机12不需要跟随与线95所示)相关的固定速度路径， 且输入速度Ni可独立于输出速度N。变化。为了完成换档事件且将变速器14置于EVT4，然后致动待接合的离合器C3。离合 器C3(可能已经预填充或者可能没有预填充)被同步为大致零离合器滑移速度且然后被填 充至跨过离合器C3传递扭矩所需的保持压力。因而，该EVT3-EVT4加档特征在于没有过渡 通过任何固定档或直接驱动模式且发动机12的速度并不停留于TO3的传动比。虽然已经详细地描述了用于实施本发明的最佳模式和其它模式，但是，本领域技 术人员将认识到在所附权利要求范围内用于实施本发明的各种替换设计和实施例。
权利要求
一种用于调节多模式混合动力变速器的操作的方法，所述变速器与发动机连接，所述方法包括停用待分离的离合器，所述待分离的离合器能操作将变速器置于第一电动无级变速器(EVT)模式，其中在停用所述待分离的离合器期间，发动机处于开启状态；将变速器置于电动变矩器(ETC)模式；以及致动待接合的离合器，所述待接合的离合器能操作将变速器置于第二EVT模式，其中在致动所述待接合的离合器期间，发动机保持开启状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，从所述第一EVT模式过渡至所述第二 EVT模式特 征在于没有过渡通过固定档(re)模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，变速器在从所述第一EVT模式过渡至所述第二 EVT模式期间连续地产生输出扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述待接合的离合器同步为大致零的离合器 滑移速度，其中，所述同步在致动所述待接合的离合器之前发生。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述停用所述待分离的离合器包括在致动所述 待接合的离合器之前将所述待分离的离合器排泄至预定填充水平，以及在致动所述待接合 的离合器之后释放所述待分离的离合器。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括确定是否命令EVT-EVT模式换档序列；以及如果命令EVT-EVT模式换档序列，则将所述待接合的离合器填充至预定预填充水平。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述待分离的离合器被分离时且在致动所 述待接合的离合器之前，改变发动机速度。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述待接合的离合器和所述待分离的离合器是 保持离合器。
9.一种用于控制多模式混合动力变速器的换档序列的方法，所述变速器操作性地连接 到发动机，所述方法包括停用待分离的离合器，所述待分离的离合器能操作以选择第一电动无级变速器(EVT) 模式；致动待接合的离合器，所述待接合的离合器能操作以选择第二 EVT模式；其中，从所述第一 EVT模式过渡至所述第二 EVT模式特征在于没有过渡通过固定档 (FG)模式；以及其中，发动机在停用所述待分离的离合器期间处于开启状态并在致动所述待接合的离 合器期间保持所述开启状态。
10.一种用于在多模式电动无级混合动力变速器中执行从初始电动无级变速器(EVT) 模式换档至目标EVT模式的方法，所述变速器能操作从发动机和至少一个马达/发电机组 件接收动力，所述初始EVT模式通过第一和第二离合器协作地建立，所述目标EVT模式通过 第一离合器和第三离合器协作地建立，所述方法包括将第三离合器填充至预定预填充水平；将第二离合器排泄至预定填充水平，从而使得变速器过渡至电动变矩器(ETC)模式；以及同步并接合第三离合器，从而使得变速器过 渡至所述目标EVT模式。
全文摘要
本发明涉及用于控制多模式混合动力变速器的换档控制方法。一种用于调节多模式混合动力变速器的操作的方法。所述变速器选择性地连接到发动机，所述方法包括停用待分离的离合器，以将变速器置于第一EVT模式。变速器然后被置于ETC模式，且致动待接合的离合器，以将变速器置于第二EVT模式。在停用所述待分离的离合器和致动所述待接合的离合器期间，保持发动机开启状态。从第一EVT模式过渡至第二EVT模式的特征可在于没有过渡通过固定档模式。变速器可配置成在从第一EVT模式过渡至第二EVT模式期间连续地产生输出扭矩。在致动所述待接合的离合器之前，将所述待接合的离合器同步为大致零的离合器滑移速度。在分离所述待分离的离合器时且在致动所述待接合的离合器之前，可改变发动机速度。
文档编号F16H61/04GK101865285SQ201010159089
公开日2010年10月20日 申请日期2010年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者J·-J·F·萨 申请人:通用汽车环球科技运作公司