用于在多模式动力系统中执行变速器换档的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于在多模式动力系统中执行变速器换档的方法和设备，具体提出一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统包括与多模式变速器联接的内燃机，所述方法响应于命令而执行从第一EVT模式范围到第二EVT模式范围的转换，所述方法包括：执行从第一EVT模式范围到中间变速器范围的第一转换。多模式变速器在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动机。执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换。动力系统在第二变速器范围内操作，以将扭矩传递给变速器的输出构件。
【专利说明】用于在多模式动力系统中执行变速器换档的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及采用变速器装置的多模式动力系统以及用于执行换档的系统控制。
【背景技术】
[0002]本部分的叙述仅提供涉及本发明的背景信息。因此，这类叙述并非意在构成对现有技术的确认。
[0003]动力系统可以被配置为通过扭矩传递装置将源自多个扭矩产生装置的扭矩传递到可以联接到传动系统的输出构件。这类动力系统包括混合动力系统和增程式电动车系统。用于操作这类动力系统的控制系统在考虑燃料经济性、排放物、驾驶性能和其它因素的情况下响应于操作者命令的输出扭矩请求来操作扭矩产生装置并且应用变速器中的扭矩传递元件以便传递扭矩。示例性扭矩产生装置包括内燃机和非燃烧扭矩机器。非燃烧扭矩机器可以包括可作为电动机或发电机操作以便独立于来自内燃机的扭矩输入而产生输入到变速器的扭矩的电机。扭矩机器可以在所谓的再生操作中将通过车辆传动系统传递的车辆动能转化为电能，该电能可存储到电能存储装置中。控制系统监控来自车辆和操作者的各种输入，并且提供对混合动力系的操作控制，包括控制变速器操作状态和换档、控制扭矩产生装置以及调节电能存储装置和电机之间的电功率互换，以管理变速器的输出，包括扭矩和转速。
[0004]已知的变速器装置采用扭矩传递离合器装置来在发动机、扭矩机器和传动系统之间传递扭矩。动力系统的操作包括启用和停用离合器以实现选定操作发动机状态和变速器范围内的操作。
【发明内容】
[0005]一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统包括与多模式变速器联接的内燃机，所述方法响应于命令而执行从第一 EVT模式范围到第二 EVT模式范围的转换，所述方法包括:执行从第一 EVT模式范围到中间变速器范围的第一转换。多模式变速器在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动机。执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换。动力系统在第二变速器范围内操作，以将扭矩传递到变速器的输出构件。
[0006]方案1.一种用于控制动力系统的方法,所述动力系统包括与多模式变速器联接的内燃机，所述方法响应于命令而在多模式变速器中执行从第一 EVT模式范围到第二 EVT模式范围的转换，所述方法包括:
执行从第一 EVT模式范围到中间变速器范围的第一转换；
在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动
机；
执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换；以及 在第二变速器范围内操作，以将扭矩传递给变速器的输出构件。[0007]方案2.根据方案I所述的方法，其中，执行从第一 EVT模式范围到中间变速器范围的第一转换包括:控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令，然后停用即将分离的离合器以在中间变速器范围内操作。
[0008]方案3.根据方案2所述的方法，其中，控制发动机扭矩以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令包括:响应于输出扭矩请求利用快速致动器控制发动机扭矩以立即减小发动机扭矩。
[0009]方案4.根据方案3所述的方法，其中，利用快速致动器控制发动机扭矩包括延迟发动机点火正时。
[0010]方案5.根据方案3所述的方法，其中，利用快速致动器控制发动机扭矩包括延迟燃料喷射正时。
[0011]方案6.根据方案2所述的方法，其中，控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令包括:响应于输出扭矩请求利用慢发动机致动器控制发动机扭矩以在达到最大制动扭矩的点火正时处减小发动机扭矩。
[0012]方案7.根据方案I所述的方法，其中，执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换包括:增加发动机进气量并且延迟点火正时以预加载发动机的扭矩能力并同步即将接合的离合器的元件，然后响应于输出扭矩请求启用即将接合的离合器并调整点火正时以达到最大制动扭矩。
[0013]方案8.根据方案I所述的方法，其中，在第二变速器范围内操作以将扭矩传递给变速器的输出构件包括:在第二变速器范围内操作以在发动机、多个扭矩机器和输出构件之间传递扭矩。
[0014]方案9.一种用于将多模式变速器从第一变速器范围转换到第二变速器范围的方法，包括:
执行从第一变速器范围到中间变速器范围的第一转换；
在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动机，所述发动机被配置为将扭矩传递到变速器的输入构件；
执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换；以及
在第二变速器范围内操作，以在发动机、多个扭矩机器和变速器的输出构件之间传递扭矩。
[0015]方案10.根据方案9所述的方法，其中，所述第一变速器范围包括第一EVT模式范围，而所述第二变速器范围包括第二 EVT模式范围。
[0016]方案11.根据方案9所述的方法，其中，执行从第一变速器范围到中间变速器范围的第一转换包括:控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令，然后停用即将分离的离合器以在中间变速器范围内操作。
[0017]方案12.根据方案11所述的方法，其中，控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令包括:响应于输出扭矩请求延迟发动机点火正时以实现对发动机扭矩的控制从而减小发动机扭矩。
[0018]方案13.根据方案11所述的方法，其中，控制发动机扭矩以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令包括:响应于输出扭矩请求控制发动机空气流以实现对发动机扭矩的控制从而减小发动机扭矩。[0019]方案14.根据方案9所述的方法，其中，执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换包括:增加发动机进气量并且延迟点火正时以预加载发动机的扭矩能力并同步即将接合的离合器的元件，然后响应于输出扭矩请求启用即将接合的离合器并调整点火正时以达到最大制动扭矩。
[0020]方案15.—种用于控制动力系统的方法，所述动力系统包括与多模式变速器联接的内燃机，所述方法包括:
命令多模式变速器中的范围转换；
控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令；
停用即将分离的离合器；
在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动
机；
增加发动机进气量并且延迟点火正时，以预加载发动机的扭矩能力并同步即将接合的离合器的兀件；
响应于输出扭矩请求启用即将接合的离合器并调整点火正时，以达到最大制动扭矩；
以及
在第二变速器范围内操作，以将扭矩传递给变速器的输出构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]现在将参照附图通过举例方式描述一个或多个实施例，在附图中:
图1图示根据本发明的包括内燃机、变速器、传动系统和控制器的多模式动力系统；
图2以流程图形式图示根据本发明的用于控制多模式动力系统的过程，包括在多模式变速器中执行从第一 EVT模式范围到第二 EVT模式范围的转换；以及
图3和4图示根据本发明的参照图2描述的过程的执行，包括与时间相关的多个发动机扭矩命令和变速器范围。
【具体实施方式】
[0022]现在将参照附图，其中，所示附图仅是为了图示特定的示例性实施例，而不是为了限制本发明，图1描绘了非限制性动力系统100，其包括内燃机(发动机)12、多模式变速器(变速器)10、高压电气系统80、传动系统90和控制器5。变速器10分别机械地联接到发动机12以及第一扭矩机器60和第二扭矩机器62，并且被配置为在发动机12、扭矩机器60、62以及传动系统90之间传递扭矩。如图所示，第一扭矩机器60和第二扭矩机器62是电动机/发电机。
[0023]高压电气系统80包括经由高压电力总线84联接到变速器功率逆变器控制模块(TPIM) 82的电能存储装置(ESD) 85，并且被配置有用于监控电功率流的合适装置，包括用于监控电流和电压的装置和系统。ESD 85可以是任意合适的高压电能存储装置(例如高压电池)，并且优选包括测量供应到高压电力总线84的电功率(包括电压和电流)的监控系统。
[0024]发动机12可以是任意适合的燃烧装置，并且包括在若干状态选择性地操作以经由输入构件14将扭矩传递到变速器10的多缸内燃机，并且可以是火花点火或压缩点火发动机。发动机12包括联接到变速器10的输入构件14的曲轴。转速传感器11监控输入构件14的曲轴角度和转速。由于在发动机12和变速器10之间的输入构件14上的扭矩消耗部件(例如扭矩管理装置或液压泵)的布置，从发动机12输出的动力(即转速和发动机扭矩)可以不同于输入到变速器10的输入速度和输入扭矩。发动机12被配置为在动力系统进行操作期间响应于操作条件而执行自动停止和自动起动操作。控制器5被配置为控制发动机12的致动器，以控制燃烧参数，包括控制吸入空气流量、火花点火正时、喷射燃料质量、燃料喷射正时、控制再循环废气流的EGR阀的位置以及如此装配的发动机上的进气阀和/或排气阀的正时和相位。因而，通过控制燃烧参数(包括空气流扭矩和火花引起的扭矩)可以控制发动机速度。还可以通过经由分别控制第一扭矩机器60和第二扭矩机器62的电动机扭矩来控制输入构件14处的反作用扭矩，进而控制发动机速度。
[0025]所示的变速器10是四模式复合分流机电变速器10，其包括三个行星齿轮组20、30和40以及五个可接合扭矩传递装置，即离合器Cl 52、C2 54、C3 56、C4 58和C5 50。可以预期变速器的其它实施例。变速器10分别联接到第一扭矩机器60和第二扭矩机器62。变速器10被配置为响应于输出扭矩请求在发动机12、扭矩机器60、62和输出构件92之间传递扭矩。在一个实施例中，第一扭矩机器60和第二扭矩机器62是采用电能来产生和作用扭矩的电动机/发电机。行星齿轮组20包括太阳齿轮构件22、环形齿轮构件26和联接到托架构件25上的行星齿轮24。托架构件25可旋转地支撑设置为与太阳齿轮构件22和环形齿轮构件26处于啮合关系的行星齿轮24，并且联接到可旋转的轴构件16。行星齿轮组30包括太阳齿轮构件32、环形齿轮构件36和联接到托架构件35上的行星齿轮34。行星齿轮34被安置为与太阳齿轮构件32和环形齿轮构件36处于啮合关系。托架构件35联接到可旋转的轴构件16。行星齿轮组40包括太阳齿轮构件42、环形齿轮构件46和联接到托架构件45上的行星齿轮44。如图所示，第一和第二组行星齿轮44联接到托架构件45。因此，行星齿轮组40是复合太阳齿轮构件-小齿轮-小齿轮-环形齿轮构件齿轮组。托架构件45可旋转地联接在离合器Cl 52和C2 54之间。太阳齿轮构件42可旋转地联接到可旋转轴构件16。环形齿轮构件46可旋转地联接到输出构件92。
[0026]如在本文中使用的，离合器指的是可以响应于控制信号而选择性地被应用的扭矩传递装置，并且可以是任意合适的装置，包括例如单片或多片离合器或组合件、单向离合器、带式离合器以及制动器。液压回路72被配置为利用电动液压泵70供应的加压液压流体来控制每个离合器的离合器状态，所述液压泵70被控制器5可操作地控制。离合器C254和C4 58是液压应用的旋转摩擦离合器。离合器Cl 52、C3 56和C5 50是液压控制的制动器装置，其可以固接到变速器壳体55。在此实施例中，利用液压控制回路72供应的加压液压流体液压地应用离合器Cl 52、C2 54、C3 56和C4 58中的每个。控制器5可操作地控制液压回路72，以启用和停用前述离合器，提供用于冷却和润滑变速器的元件的液压流体，并且提供用于冷却第一扭矩机器60和第二扭矩机器62的液压流体。可通过利用压力传感器进行测量、通过利用车载例程进行估计或利用其它合适的方法来确定液压回路72的液体压力。
[0027]第一扭矩机器60和第二扭矩机器62是三相交流电动机/发电机，它们每个都包括定子、转子和解析器。扭矩机器60、62中的每个的电动机定子被固接到变速器壳体55的外部，并且包括定子芯，该定子芯具有从其延伸的电线圈绕组。用于第一扭矩机器60的转子被支撑在机械地附接到与第一行星齿轮组20联接的套轴18的毂板齿轮上。用于第二扭矩机器62的转子固定地附接到套筒轴毂19，该套筒轴毂19机械地附接到第二行星齿轮30。每个解析器可以能发送信号的方式可操作地连接到变速器功率逆变器控制模块(TPIM)82，并且每个解析器都感测和监控解析器转子相对于解析器定子的旋转位置，由此监控第一扭矩机器60和第二扭矩机器62中相应的一个的旋转位置。此外，从解析器输出的信号可以用于确定第一扭矩机器60和第二扭矩机器62的转速。
[0028]变速器10的输出构件92可旋转地连接到传动系统90，以向传动系统90提供输出动力，该输出动力经由差动齿轮或驱动桥或另一合适的装置传递到一个或多个车轮。由输出转速和输出扭矩限定输出构件92处的输出动力。变速器输出速度传感器93监控输出构件92的转速和旋转方向。每个车轮优选装配有被配置为监控车轮速度以确定车辆速度以及用于制动控制、牵引力控制和车轮加速度管理的绝对和相对车轮速度的传感器。
[0029]来自发动机12的输入扭矩以及来自第一扭矩机器60和第二扭矩机器62的电动机扭矩通过燃料或存储在电能存储装置(ESD)85中的电势的能量转化而产生。ESD 85经由高压电力总线84高压直流联接到TPIM 82，高压电力总线84优选包括允许或禁止ESD 85和TPM 82之间的电流流动的触头开关38。TPM 82优选包括一对功率逆变器和相应的电动机控制模块，电动机控制模块被配置为接收扭矩命令并根据其控制逆变器状态，以便提供电动机驱动或再生功能以满足电动机扭矩命令。功率逆变器包括互补的三相功率电子器件，并且每个包括多个绝缘栅双极晶体管，所述绝缘栅双极晶体管用于通过高频切换将来自ESD 85的直流功率变换为交流功率以便为第一扭矩机器60和第二扭矩机器62中相应的一个提供动力。绝缘栅双极晶体管形成被配置为接收控制命令的开关模式电源。每个三相电机的每个相具有一对绝缘栅双极晶体管。控制绝缘栅双极晶体管的状态，以提供电动机驱动机械功率产生或电功率再生功能。三相逆变器经由直流传输导体27接收或供应直流电功率并且将其转化为三相交流功率或从三相交流功率转化为直流电功率，该三相交流功率经由传输导体传导到第一扭矩机器60和第二扭矩机器62或从第一扭矩机器60和第二扭矩机器62传导出以便作为电动机或发电机操作。TPIM 82响应于电动机扭矩命令通过功率逆变器和相应的电动机控制模块将电功率传输到第一扭矩机器60和第二扭矩机器62或从第一扭矩机器60和第二扭矩机器62传输电功率。经由高压电力总线84将电流传送到ESD 85或从ESD 85传送电流，以对ESD 85进行充电和放电。
[0030]控制器5经由通信链路15以可发送信号的方式可操作地链接到动力系统中的各个致动器和传感器，以监控和控制动力系统的操作，包括合成信息和输入以及执行程序从而控制致动器以满足与燃料经济性、排放物、性能、驾驶性能和硬件(包括ESD 85的电池以及第一扭矩机器60和第二扭矩机器62)保护相关的控制目标。控制器5是整体车辆控制架构的子集，并且提供对动力系统的协调的系统控制。控制器5可以包括分布式控制模块系统，该系统包括单独的控制模块，包括监督控制模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块和TPIM 82。用户界面13优选可发送信息地连接到多个装置，车辆操作者通过所述装置指挥和命令动力系统的操作。所述装置优选包括加速器踏板112、操作者制动器踏板113、变速器换档杆114 (PRNDL)和车辆速度巡航控制系统116。变速器换档杆114可以具有离散数量的操作者可选择位置，包括指示操作者意图车辆行驶的方向，并因此指示输出构件92的优选旋转方向(向前或向后方向)。应该理解，由于车辆位置(例如在山上)导致的后退，因此车辆仍可能沿不同于操作者意图行驶的指示方向的方向移动。用户界面13可以包括如图所示的单个装置，或者替代地可以包括与各个控制模块直接连接的多个用
户接口装置。
[0031]前述控制模块经由通信链路15与其它控制模块、传感器和致动器通信，从而实现不同控制模块之间的结构通信。具体的通信协议是专用的。通信链路15和合适的协议提供前述控制模块和其它控制模块之间的可靠的信息发送和多控制模块交互(interfacing)，从而提供包括例如防抱死制动、牵引力控制和车辆稳定等功能。可以使用多种通信总线，以提高通信速度和提供一定程度的信号冗余和完整性，包括直接链路和串行外围接口(SPI)总线。还可以利用无线链路，例如短程无线电通信总线，来实现各个控制模块之间的通信。也可以直接连接各个装置。
[0032]控制模块、模块、控制系统、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指下列各项中的一种或多种中的任一个或多个组合:专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元(优选是微处理器)以及相关存储器和存储设备(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路和提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、编码、算法和类似用语意指包括校准值和查询表的任意控制器可执行指令组。控制模块具有被执行以提供所描述的功能的一组控制例程。例程被执行(诸如被中央处理单元执行)以监控来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。可以在发动机和车辆正在操作期间按固定间隔执行例程，例如每3.125,6.25、12.5、25和100毫秒。或者，可以响应于事件的发生来执行例程。
[0033]动力系统100被配置为在多个动力系统状态(包括多个变速器范围和发动机状态)之一中操作，以产生扭矩并将扭矩传递到传动系统90。发动机状态包括开状态(0N)、关状态(OFF)和燃料停给状态。当发动机在关状态中操作时，其未被供应以燃料、未点火并且不转动。当发动机在开状态操作时，其被供应以燃料、点火并转动。当发动机处于燃料停给状态时，其转动但是未被供应以燃料并且未点火。变速器范围包括通过选择性启用离合器Cl50、C2 52、C3 54、C4 56和C5 58实现的多个空档(空档)、固定档位(Gear#)、可变模式(EVT模式#)、电动车辆(EV#)和过渡(EV过渡状态#和假档位)范围。假档位范围是可变模式变速器范围，其中，在考虑与输入构件14上的扭矩消耗部件相关的扭矩损失的情况下，来自变速器10的扭矩输出对应于来自发动机12的输入扭矩。在EVT模式档位之间换档时，主要采用假档位范围作为中间变速器范围。表1描述了用于操作动力系统100的多个变速器范围和发动机状态。
[0034]表1
【权利要求】
1.一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统包括与多模式变速器联接的内燃机，所述方法响应于命令而在多模式变速器中执行从第一 EVT模式范围到第二 EVT模式范围的转换，所述方法包括: 执行从第一 EVT模式范围到中间变速器范围的第一转换； 在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动机； 执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换；以及 在第二变速器范围内操作，以将扭矩传递给变速器的输出构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，执行从第一EVT模式范围到中间变速器范围的第一转换包括:控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令，然后停用即将分离的离合器以在中间变速器范围内操作。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，控制发动机扭矩以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令包括:响应于输出扭矩请求利用快速致动器控制发动机扭矩以立即减小发动机扭矩。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，利用快速致动器控制发动机扭矩包括延迟发动机点火正时。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，利用快速致动器控制发动机扭矩包括延迟燃料喷射正时。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令包括:响应于输出扭矩请求利用慢发动机致动器控制发动机扭矩以在达到最大制动扭矩的点火正时处减小发动机扭矩。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换包括:增加发动机进气量并且延迟点火正时以预加载发动机的扭矩能力并同步即将接合的离合器的元件，然后响应于输出扭矩请求启用即将接合的离合器并调整点火正时以达到最大制动扭矩。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在第二变速器范围内操作以将扭矩传递给变速器的输出构件包括:在第二变速器范围内操作以在发动机、多个扭矩机器和输出构件之间传递扭矩。
9.一种用于将多模式变速器从第一变速器范围转换到第二变速器范围的方法，包括: 执行从第一变速器范围到中间变速器范围的第一转换； 在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动机，所述发动机被配置为将扭矩传递到变速器的输入构件； 执行从中间变速器范围到第二变速器范围的第二转换；以及 在第二变速器范围内操作，以在发动机、多个扭矩机器和变速器的输出构件之间传递扭矩。
10.一种用于控制动力系统的方法，所述动力系统包括与多模式变速器联接的内燃机，所述方法包括: 命令多模式变速器中的范围转换； 控制发动机以实现与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令；停用即将分离的离合器； 在中间变速器范围内操作并且以与输出扭矩请求相对应的发动机扭矩命令控制发动机； 增加发动机进气量并且延迟点火正时，以预加载发动机的扭矩能力并同步即将接合的离合器的兀件； 响应于输出扭矩请求启用即将接合的离合器并调整点火正时，以达到最大制动扭矩；以及 在第二变速器范围内操作，以将扭矩传递给变速器的输出构件。
【文档编号】B60W10/06GK103569094SQ201310338305
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2012年8月6日
【发明者】A.H.希普, S.W.麦克格罗根, K.P.佩特尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司