专利名称：混合动力车辆推进系统的控制方法
技术领域：
本发明涉及混合动力推进系统中的电能转换装置，更具体地涉及一种使用电能装置的转矩传递的系统及方法。
背景技术：
在混合动力系中，电能转换装置例如马达/发电机可以用来吸收和/或提供转矩以改进动力系效率与燃料经济性。在一个示例中，混合动力系可以包括内燃发动机及与多级固定比率变速器串联连接的电动马达。在此配置中，电动马达产生转矩输出，该转矩输出进而减少了内燃发动机的转矩负荷。此外，以减少的转矩负荷操作内燃发动机，可以改进混合动力系的燃料经济性，同时满足驾驶员需求。在6，835，160号美国专利中描述了一种应用此配置的方法。发明人在此认识到上述方法有一些问题。特别是在上述配置中，可以操作电动马达来改进混合动力系的燃料经济性；然而，因为内燃发动机与电动马达都向变速器输入提供转矩，由于提供到变速器输入的转矩量变速器传递转矩的效率下降。在一个特别的示例中，内燃发动机与电动马达都可以提供大量的转矩到变速器的输入，因此造成较早地换挡更加困难以适当地、平滑地、及可靠地传递转矩到最终传动/轮。因此，这可能会导致换挡受延迟，且在较后地换挡时(例如在较高发动机转速下)的变速器效率低于较早地换挡时(例如在较低发动机转速下)的变速器效率。
发明内容
在一个示例中，通过一种`混合动力车辆推进系统可以解决以上问题，该混合动力车辆推进系统包括内燃发动机；具有锁止离合器的转矩变换器；该转矩变换器接收至少来自内燃发动机的转矩；具有输入与输出的多级固定比率变速器，输入连接到转矩变换器；连接到多级固定比率变速器输出的电能转换装置；及用于调节混合动力推进系统的转矩输出的控制系统，控制系统调节电能转换装置的转矩输出以减少变速器输出转矩负荷，并调节多级固定比率变速器以产生在转矩传递中的切换，该转矩传递对应于电能转换装置的调节的转矩输出。因此，通过调节变速器下游的电能转换装置的转矩输出，可以向最终传动/轮提供转矩以满足驾驶员需求，同时减少了在变速器输出上的转矩负荷。在变速器输出上减少的转矩负荷可以有助于在齿轮比之间较早地换挡或切换，以改进变速器转矩传递效率。以此方式，可以改进混合动力系的燃料经济性与效率，同时满足驾驶员需求。此外，在另一个示例中，可以基于在多条推进路径之间的发动机动力分配调节变速器换挡与转矩变换器锁止状态以改进总体混合动力系效率。在特定的工况下，发动机动力的一部分可以分配到一条推进路径中以驱动电动马达(变速器下游)和/或给电池充电，同时发动机动力的剩余部分将在另一条推进路径中通过变速器传递以向驱动轮提供动力。在这些工况下，可以调节变速器换挡与转矩变换器锁止时序以补偿进入到变速器的净输入功率的减少。以此方式，可以改进混合动力系效率与燃料效率，同时满足驾驶员需求。在又一个不例中，提供了一种混合动力推进系统的控制体系，该控制体系对选于择的工况考虑相应的混合动力系转矩源的牵引力能力，并调节变速器换挡与转矩变换器锁止状态以相应地分配功率流。特别地，控制体系可以基于电动转矩源的牵引力能力，包括电池充电状态，调节变速器换挡与转矩变换器锁止状态。以此方式，可以改进混合动力系效率与燃料效率，同时满足驾驶员需求。
图1是本发明的混合动力推进系统的示意图；图2是图1的混合动力推进系统的推进流路图；图3是混合动力推进系统控制例程的流程图；图4是变速器换挡时序调节例程的流程图；图5是转矩变换器锁止时序调节例程的流程图；图6是图1的混合动力推进系统的电力流路框图；图7是图1的混合动力推进系统的机械流路框图；图8是变速器换挡时序图；图9是混合动力·推进系统的框图，示出各种推进路径；及图10是转矩变换器锁止控制例程的流程图。
具体实施例方式图1示出用于车辆的混合动力推进系统的示例实施例。特别地，示例动力系配置可以与已经公开的动力系控制及换挡时序方法一起使用。在此示例中，混合动力推进系统可以包括阿特金森循环(Atkinson cycle)式内燃发动机(ICE) 10,该阿特金森循环式内燃发动机(ICE) 10具有一个或多个汽缸30、多级固定比率变速器14、最终传动/轮18或其他用于向地面传递推进力的合适装置、及两个电能转换装置12与16。第一电能转换装置(CISG) 12可以集成在发动机10的输出且还可以连接到转矩变换器13的叶轮上，转矩变换器13连接到变速器14上，因此提供了起动机/发电机的功能。第二电能转换装置(ERAD) 16可以通过行星齿轮组22连接到变速器14的输出，该行星齿轮组22可以连接到最终/输出传动，因此以电动驱动或混合动力驱动的模式提供了附加的推进能力。此外，电能转换装置12与16可以以电池20通电。注意这里涉及的电能转换装置12与16作为马达和/或发电机。在一些实施例中，电能转换装置12与16可以用作发电机，从而把机械能转换成电能储存在电池中。例如，在一些工况下，如在只有ERAD马达向最终传动/轮提供转矩以满足驾驶员需求的低负荷工况下。此外，ERAD马达可以有利地提供/吸收动力以修改混合动力系的各种工作状态，从而改进动力系效率与驾驶性能(以下参考图3至图7更详细讨论)。应理解，在某些工况下，电能转换装置12与16还可以由电池以外的其他动力源驱动。例如IC发动机10可以产生由电动马达使用的动力。此外，注意在某些实施例中，ERAD马达还可以与行星齿轮配置以外的齿轮配置可操作地连通。在示例配置中，车辆可以由发动机或马达中的至少一个推进。在此具体示例中，示出了后轮驱动系统配置，然而应理解，其他驱动系统配置也可以实施，如前轮驱动或全轮驱动。换言之，IC发动机、CISG马达、及ERAD马达可以仅向前轮提供转矩。或者，三个转矩源可以向所有轮提供转矩。在另一个示例中，ERAD马达可以向前轮提供转矩，CISG马达和IC发动机可以向后轮提供转矩，或相反。在一些实施例中，ERAD马达可以连接到多级固定比率变速器的下游。例如，ERAD马达可以直接连接到变速器输出。如另一个示例，ERAD马达可以连接到最终传动/轮。如又一个示例，ERAD马达可以连接到多级固定比率变速器的下游，且可以通过多个齿轮组如行星齿轮组，提供转矩输出。应理解在各种工况下，不同的转矩源如果不是向所有轮提供转矩输出，就是向所有轮中的至少一个提供转矩输出。此外，在一些实施例中，由多个转矩源产生的转矩可以基于各种工况，通过不同的机械和/或电力路径分配到不同的轮上。图1示出一个示例混合动力推进配置，注意也可以使用多种其他配置。对于完全串联式混合动力推进系统，可以操作发动机以产生由一个或多个马达使用的适合的能量形式。例如，对于完全串联式混合动力电动车辆(HEV)，发动机可以通过马达/发电机产生电力，该电力可以用来驱动用于推进车辆的电动马达。如另一个示例，可以操作发动机向液压或气动系统提供泵功，该液压或气动系统可以用来驱动用于推进车辆的液压或气动马达。还如另一个示例，可以操作发动机向飞轮或类似装置提供动能用于在驱动轮上的后续应用。对于并联式混合动力推进系统，可以相互独立地操作发动机与一个或多个马达。如一个示例，可以操作发动机向驱动轮提供转矩，同时可以选择地操作马达(例如电动马达、液压马达等)以增加或去除传递到轮上的转矩。如另一个示例，可以操作发动机而不操作马达或操作马达而不操作发动机。此外，对于串联式或并联式推进系统，或其组合，可以包括储能装置以使发动机和/或马达产生的能量储存用于后续一个或多个马达使用。例如，可以执行再生制动操作，其中电能转换装置(马达/发电机)用来将驱动轮上的动能转换成适合在储能装置上储存的能量形式。例如，对于HEV，马达或单独的发电机用于将轮上的转矩或由发动机产生的转矩转换成电能，该电能可以储存在储能装置中。类似的方法可以应用到其他类型的混合动力推进系统，包括液压、气动混合动力推进系统，或包括飞轮的那些混合动力推进系统。注意在一些实施例中，单独的马达和/或发电机可以用来协作地产生电力以及输出转矩。在示出的实施例中，在变速器的每侧或变速器元件的每侧提供电能转换装置12与电能转换装装置16。在此示例中，可操作电能转换装置12与16中的一个或多个用来提供或吸收来自动力传动系的转矩，包括或不包括由发电机10提供的转矩。充电电池20的再生制动可以通过图1的配置实现，通过变速器从驱动轮传递转矩到电能转换装置12，其中电能转换装置12可以执行电力发电机的功能或替代地电能转换装置16可以执行电力发电机的功能，此外，还可以包括单独的发电机。其他配置也是可能的。因此，应理解，对于本文描述的步骤与方法可以使用其他适合的混合动力配置或其变体。
继续参考图1，混合动力推进系统可以包括多级固定齿轮比变速器。相应地，可以包括转矩变换器以从电能转换装置和/或内燃发动机传递动力到变速器。转矩变换器可以包括连接到飞轮上的叶轮(或泵)，飞轮由电能转换装置和/或内燃发电机驱动。叶轮可以密封在转矩变换器罩中且可以与涡轮流体连通，该涡轮连接到变速器输入轴。转矩变换器可以通过泵送液压(变速器)液通过旋转的叶轮到涡轮来从电能转换装置和/或内燃发电机传递动力到变速器。液压液的力促使涡轮旋转以在变速器输入轴上产生转矩。当涡轮转速低于叶轮转速时会存在滑差的工况。这种转速差产生摩擦力与热量，摩擦力与热量减少了转矩变换器效率，还导致燃料经济性的降低。此外，当发动机转速增加时，涡轮的转速增加到一个点，在该点上涡轮与叶轮以基本上相同的速度旋转。在此工况下，为所知的耦合点(或耦合速度)，涡轮旋转快于液压液离开涡轮的速度，且离开液体的净角动量与涡轮旋转方向相同以使摩擦力减小。摩擦力的减小导致转矩变换器效率的改进，进而，改进了燃料经济性。然而，当发动机转速增加超过耦合点时，由于发动机转速较大会发生滑差，从而导致摩擦力的量与热量增加。此外，在这样的发动机转速上的滑差会导致转矩变换器效率大大减小。因此，为维持转矩变换器的高效率，接合锁止离合器使叶轮与涡轮物理上连接，以使构件以相同的速度旋转从而不发生滑差。可以基于各种工况控制锁止离合器操作，在以下将详细讨论锁止离合器与转矩变换器控制策略。根据驾驶员需求，可以控制转矩变换器13连同变速器14的操作以向驱动轮提供合适的转矩输出。在一个示例中，通过改变换挡时序正时调节变速器操作以便基于期望的转矩输出，在变速器齿轮之间的换挡可以较早或较后地在发动机的动力区域中发生。例如，在发动机低负荷运行时(即低驾驶员需求)，可以调节换挡时序以便换挡较早地发生以改进燃料经济性，因为在所有的齿轮上可以满足期望的转矩输出。此外，在发动机高负荷运行时(高驾驶员需求)，可以调节换挡时序以便换挡较后地发生以改进转矩输出与发动机性能，因为没有必要在所有的齿轮上满足期望的转矩输出。相应地，通过改变变速器换挡时序可以满足驾驶员需求，同时也改进了燃料经济性。在以下将详细讨论换挡时序控制策略。示例混合动力推进系统可以包括一个或多个电子控制单元(未示出)以控制混合动力系的操作。示例控制器可以包括微处理器单元(CPU)、输入/输出端口、电子存储媒介，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(PRAM)、保活存储器(KAM)、及在其他构件之间的数据总线。控制器可以接收来自遍及车辆分布的传感器的各种信号。例如，多个传感器可以检测到各种工况，包括发动机与变速器工况，电池与马达/发电机工况，驾驶员输入，及其他工况。传感器信号可以在控制器中处理和/或储存，且控制器基于来自传感器信号的计算可以向在不同车辆系统中的致动器发送各种反馈控制信号以控制车辆运行。在某些实施例中，可以通过单个电子控制单元控制车辆运行。此外，在某些实施例中，不同的控制器可以控制不同的车辆系统。例如，可以指定控制器以控制发动机和/变速器操作的各个方面，然而可以指定不同的控制器以控制电池，电力储存及输出。在某些实施例中，车辆可以包括多层次的控制器，该控制器可以收集，储存，及处理输入信号信息，且还产生反馈控制信息。例如，一个或多个控制器可以收集与储存原始信号数据并执行低级信号处理，如信号加强，及各种计算。处理的信号数据可以发送到一个或多个不同的控制器以执行附加的处理与高级分 析，以及产生可操作的反馈。或者，在某些实施例中，信号控制器(或控制器组)可以控制即使不是所有，也是大多数车辆运行的方面。
现详细讨论图1的混合动力系统的动力/能量(或推进)流路。动力/能量流路示出动力系统如何根据驾驶员需求提供动力输出到最终传动/轮(或在某些工况下，动力如何受导向到能量储存源中，例如再生制动流路)。通常，特定车辆速度下的驾驶员需求表现为实现期望的车辆响应(加速/减速)的驱动轮上期望的牵引力(或期望的转矩)，提供了期望的车辆响应的方程:
权利要求
1.一种混合动力车辆推进系统,包括 内燃发动机； 包括锁止离合器的转矩变换器，所述转矩变换器至少从所述内燃发动机接受转矩； 具有输入与输出的多级固定比率变速器，所述输入连接到所述转矩变换器； 连接到所述多级固定比率变速器输出下游的电能转换装置；及 用于调节所述混合动力推进系统的转矩输出的控制系统，所述控制系统调节所述电能转换装置的转矩输出以减少变速器输出转矩负荷，并调节所述多级固定比率变速器以在对应于所述电能转换装置的调节的转矩输出的转矩传递中产生切换。
2.如权利要求I所述的系统，其特征在于，在所述多级固定比率变速器的转矩传递中的切换包括基于所述电能转换装置的转矩输出在第一工况下从所述多级固定比率变速器的当前齿轮比换挡到后续齿轮比，并在不同于所述第一工况的第二工况下调节所述多级固定比率变速器从当前齿轮比换挡到后续齿轮比。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述电能转换装置的转矩输出增加时，所述第一工况以低于所述第二工况的发动机转速发生。
4.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述控制系统对应于所述电能转换装置的所述调节的转矩输出调节所述内燃发动机的转矩输出。
5.如权利要求I所述的系统，其特征在于，还包括向所述转矩变换器提供转矩的第二电能转换装置。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述多级固定比率变速器的转矩传递中的所述切换期间所述控制系统调节所述第一电能转换装置与所述第二电能装置。
7.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述电能转换装置至少向前轮提供转矩。
8.如权利要求I所述的系统，其特征在于，所述电能转换装置至少向后轮提供转矩。
9.一种混合动力车辆推进系统,包括 连接到第一电能转换装置的内燃发动机； 具有输入与输出的转矩变换器，所述输入连接到所述内燃发动机与所述第一电能转换装置中的至少一个； 具有输入与输出的多级固定比率变速器，所述输入连接到所述转矩变换器的输出； 第二电能转换装置，所述第二电能转换装置连接到所述多级固定比率变速器输出的下游；及 用于所述混合动力推进系统的控制系统，所述控制系统在第一推进路径与不同的第二推进路径之间引导发动机输出转矩，所述第一推进路径包括所述第一电能转换装置及所述第二电能转换装置中的至少一个，所述第二推进路径至少包括所述多级固定比率变速器的输入，且当在所述第一与第二推进路径之间的转矩传递变化时，调节所述多级固定比率变速器的转矩传递比与所述转矩变换器的状态中的至少一个。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，在导向到所述第一推进路径的转矩比所述第二推进路径多的第一工况期间，在第一发动机转速下，所述控制系统调节所述多级固定比率变速器从当前齿轮比换挡到后续齿轮比，及在导向到所述第二推进路径的转矩比所述第一推进路径多的第二工况期间，在比所述第一发动机转速高的第二发动机转速下，所述控制系统调节所述多级固定比率变速器从当前齿轮比换挡到后续齿轮比。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，导向到所述第一推进路径的至少某些转矩通过所述第一电能转换装置转换成电能给电池充电。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，导向到所述第一推进路径的至少某些转矩受导向到所述第二电能转换装置以产生所述混合动力车辆的输出转矩。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，在一种工况下，所述控制系统引导转矩到所述第一推进路径中以操作所述第二电能转换装置用来减少跨过所述转矩变换器的转矩差，以便所述控制系统可以调节所述转矩变换器到锁止的状态。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述控制系统引导转矩到所述第一推进路径中，并调节所述第一与第二电能转换装置以调节所述转矩变换器到锁止的状态。
15.如权利要求13所述的系统，其特征在于，在所述工况期间跨过所述转矩变换器的所述转矩差使得所述转矩变换器在没有减少所述转矩差的协助时不能置于锁止状态。
16.一种调节混合动力推进系统的转矩输出的方法，所述混合动力推进系统包括内燃发动机，具有输入与输出的转矩变换器，所述内燃发动机连接到所述转矩变换器的所述输入，具有输入与输出的多级固定比率变速器，所述内燃发动机的输入连接到所述转矩变换器的输出，及连接到所述多级固定比率变速器的所述输出下游的电能转换装置，所述方法包括 在第一工况下，调节所述转矩变换器的状态到锁止状态和解锁状态中的至少一个；及 在不同于所述第一工况的第二工况下，调节所述转矩变换器的状态到锁止状态与解锁状态中的至少一个，其中所述第一工况与所述第二工况基于所述电能装换装置的转矩输出而不同。
17.如权利16所述的方法，其特征在于，还包括 在第三工况下，所述多级固定比率变速器从当前齿轮比换挡到后续的齿轮比；及 在不同于所述第三工况的第四工况下，所述多级固定比率变速器从当前齿轮比换挡到后续齿轮比，其中所述第三工况与所述第四工况基于所述电能转换装置的转矩输出而不同。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述混合动力推进系统还包括连接到所述内燃发动机与所述转矩变换器中的至少一个的第二电能转换装置，所述方法还包括 基于所述第二电能转换装置的转矩输出调节所述转矩变换器的状态到锁止状态与解锁状态中的至少一个。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，基于第一电能转换装置与第二电能转换装置的转矩输出调节所述转矩变换器的状态到锁止状态与解锁状态中的至少一个。
20.如权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述电能转换装置产生输出转矩时，所述第一工况以低于所述第二工况的发动机转速发生。
全文摘要
本发明涉及一种使用电能转换装置的转矩传递的系统及方法，提供一种混合动力车辆推进系统，包括内燃发动机，具有锁止离合器的转矩变换器，该转矩变换器至少从内燃发动机接收转矩，具有输入与输出的多级固定比率变速器，该输入连接到转矩变换器，连接到多级固定比率变速器输出的下游的电能转换装置，及用于调节混合动力推进系统的转矩输出的控制系统，控制系统调节电能转换装置的转矩输出以减少变速器输出转矩负荷，并调节多级固定比率变速器以产生在转矩传递中的切换，该转矩传递中的切换对应于电能转换装置调节的转矩输出。
文档编号B60W10/10GK103253262SQ20131013789
公开日2013年8月21日 申请日期2008年2月21日 优先权日2007年2月21日
发明者伊哈勃·索里曼, 安德鲁·西尔韦里 申请人:福特环球技术公司