用于在混合动力车辆中控制换档阶段的方法和相应的变速器系统与流程

本发明涉及一种用于在混合动力车辆中控制换档阶段的方法，以及涉及用于混合动力车辆的相应变速器系统(transmissionsystem)，其中术语“混合动力车辆”旨在表示一种车辆，其除了吸热式原动机(此后简称为热力发动机)之外包括一种电动马达，该电动马达布置成除了热力发动机之外或代替热力发动机将扭矩传送到车轮。

背景技术：

通常而言，混合动力车辆可以设置有不同种类的变速器系统，例如纯手动变速器、自动手动变速器(通常用首字母缩略词称为amt)，双离合变速器(通常用首字母缩略词称为dct)或无级变速器(通常用首字母缩略词称为cvt)。

本发明具体涉及一种设置有自动手动变速器(amt)的混合动力车辆。如已知的那样，在这种变速器中，摩擦离合器的打开和关闭操作由控制单元适当地控制，以控制扭矩从热力发动机到车轮的传递。自动手动变速器中的换档阶段的持续时间甚至可以大约等于1秒。这样的持续时间被驾驶员和乘客清楚地感知为车辆的纵向加速度中的变化，这是由于下述事实，即在一定的时间间隔内，在换档阶段期间，热力发动机完全与车轮断开，因此并不会将扭矩传递给车轮(所谓的“扭矩洞”)。

在混合动力车辆上使用的自动手动变速器的情况下，例如将电动马达连接到齿轮箱的副轴上，已知借助于电动马达“填补”扭矩洞。在某时间间隔(在该时间间隔期间摩擦离合器打开并且因此热力发动机不向车轮传递扭矩)，电动马达产生辅助扭矩，以便补偿未由热力发动机传送的扭矩，从而传递到驱动轮的总扭矩保持恒定，因此避免了在设置有amt的车辆中否则将不可避免的不舒适的驾驶感觉和加速度变化。

为了使在换档阶段期间传送的扭矩保持恒定水平，电动马达必须被设计成能够向车轮传送扭矩，该扭矩等于在换档阶段开始时由热力发动机传递到车轮的扭矩。然而，同时需要使用具有较低功率的电动马达和/或以低于由电动马达可传送的最大扭矩水平的扭矩水平来操作电动马达，以便减少电动马达的能量消耗。

技术实现要素：

本发明的目的是在设置有上述类型的自动手动变速器的混合动力车辆中的换档阶段期间最小化由车辆乘员感知的车辆减速，并且同时减少在换档阶段期间电动马达的能量消耗。

根据本发明，借助于如本文要求保护的方法和变速器系统完全实现该目的。

简而言之，本发明基于如下构思：估算由热力发动机传递到车轮的扭矩，一旦由车辆的电子控制系统确立即将开始换档阶段以便从当前接合的档位换档到新档位，就评估电动马达是否能够向车轮传递这样的扭矩值(下文中被称为“初始扭矩值”)，并且取决于电动马达是否能够传递初始扭矩值，分别使用以下方式来执行换档操作：

-第一扭矩控制策略，根据如下：

i)在第一时间间隔内，摩擦离合器逐渐打开，并且同时，由热力发动机传递到车轮的扭矩从初始扭矩值逐渐减小到零，并且由电动马达传递到车轮的扭矩从零逐渐增加到初始扭矩值，以便保持由热力发动机和电动马达传递到车轮的总扭矩恒定，其值等于初始扭矩值；

ii)在第二时间间隔内，在摩擦离合器打开并且电动马达向车轮传递其值等于初始扭矩值的恒定扭矩时，当前档位脱开并且接合新档位；以及

iii)在第三时间间隔内，摩擦离合器逐渐关闭，并且同时，由热力发动机传递到车轮的扭矩从零逐渐增加到初始扭矩值，并且由电动马达传递的扭矩从初始扭矩值逐渐减小到零，以便保持由热力发动机和电动马达传递到车轮的总扭矩恒定，其值等于初始扭矩值；或者

-第二扭矩控制策略，根据如下：

i')在第一时间间隔内，摩擦离合器逐渐打开，并且同时，由热力发动机传递到车轮的扭矩从初始扭矩值逐渐减小到减小的扭矩值，该减小的扭矩值等于由电动马达可以传递到车轮的先前计算的最大扭矩值；

ii')在第二时间间隔内，在摩擦离合器仍逐渐打开时，由热力发动机传递到车轮的扭矩从所述减小的扭矩值逐渐减小到零，其减小梯度高于第一时间间隔的减小梯度，并且由电动马达传递到车轮的扭矩从零逐渐增加到所述减小的扭矩值，以便保持由热力发动机和电动马达传递到车轮的总扭矩恒定，其值等于所述减小的扭矩值；

iii')在第三时间间隔内，在摩擦离合器打开且电动马达向车轮传递其值等于所述减小的扭矩值的恒定扭矩时，当前档位脱开并且接合新档位；

iv')在第四时间间隔内，摩擦离合器逐渐关闭，并且同时，由热力发动机传递到车轮的扭矩从零逐渐增加到减小的扭矩值，以及由电动马达传递到车轮的扭矩从减小的扭矩值逐渐减小到零，以便保持由热力发动机和电动马达传递到车轮的总扭矩为恒定值，其值等于减小的扭矩值；以及

v')在第五时间间隔内，在摩擦离合器仍逐渐关闭时，由热力发动机传递到车轮的扭矩从减小的扭矩逐渐增加到初始扭矩值，其增加梯度低于第四时间间隔的增加梯度。

因此，根据电动马达是否能够向车轮传递与在换档阶段开始时由热力发动机传递到车轮的扭矩相等的扭矩来执行换档阶段，要么在整个换档阶段期间保持传递到车轮的总扭矩为恒定值，其值等于初始扭矩值，要么首先将由热力发动机传递到车轮的扭矩减小到减小的扭矩值，该减小的扭矩值等于电动马达能够传递到车轮的在换档阶段开始时计算出的扭矩值，然后使当前档位脱开并接合新档位，其中传递到车轮的总扭矩值等于上述减小的扭矩值。

因此可以充分利用电动马达的扭矩来填补扭矩洞，从而确保同样高的驾驶舒适性。实际上，如果电动马达能够传送的扭矩小于在换档阶段开始时由热力发动机提供的扭矩，则发生由热力发动机传送的从初始扭矩值到减小的扭矩值的扭矩初始减小以及由热力发动机传送的从减小的扭矩值到初始扭矩值的扭矩最终增加，其梯度低于在电动马达运行时的第二和第四时间间隔中的梯度，由于传送到车轮的扭矩中的变化对于车辆乘员而言更少被感知，因此这允许使车辆的纵向加速度发生变化。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从仅通过参考附图以非限制性示例的方式给出的以下详细描述中变得更加明显，其中：

图1示出根据本发明实施例的变速器系统的示意图；以及

图2和图3是示出在用本发明的方法执行的换档阶段期间由热力发动机和电动马达传送的扭矩分别根据第一扭矩控制策略和第二扭矩控制策略作为时间函数的图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的用于混合动力车辆的变速器系统总体上用10表示。变速器系统10基本上包括热力发动机12、自动手动变速器14和电动马达16。

热力发动机12可以是任何类型的，例如汽油发动机或柴油发动机。热力发动机12的操作由电子控制单元18控制。

变速器14包括机械齿轮箱20，以及可操作地间置于热力发动机12和齿轮箱20之间的摩擦离合器22。齿轮箱20包括主轴24和副轴28，主轴24布置成经由摩擦离合器22扭转地联接到热力发动机的驱动轴26，副轴28通过差动齿轮单元(differentialgearunit)32永久地连接到车辆的前驱动轮30或后驱动轮30。主轴24和副轴28分别承载各自的多个驱动齿轮34和从动齿轮36，它们永久地相互接合以形成相应的多个齿轮组，每个齿轮组限定相应的档位。在所示的实施例中，驱动齿轮34空转地安装在主轴24上，而从动齿轮36固定地安装在副轴28上，但是齿轮的这种布置对于本发明的目的而言不是必要的。

接合套筒38与驱动齿轮34相关联，并且可以在电子控制单元40的控制下通过液压、电气或机电致动器(未示出，但是为根据本身已知的类型)控制，以便根据已知的操作模式每次将驱动齿轮34中的一个与主轴26连接以便接合给定档位。

电动马达16布置成除了热力发动机12之外或代替热力发动机12能够将扭矩传送到车辆的驱动轮30。在所示实施例中，电动马达16连接到齿轮箱20的副轴28，特别是与该轴同轴布置。然而，电动马达16的这种布置对于本发明的目的而言不是必要的，并且因此电动马达甚至可以以不同的方式布置或者直接连接到车轮，而不是连接到副轴28。

在这方面，需要指出的是，在下面的描述和权利要求中，由热力发动机和电动马达传递的扭矩意旨作为当电动马达连接到手动变速器的副轴时传递到手动变速器的副轴的扭矩或者替代性地意旨作为当电动马达直接连接到车轮时传送到车轮的扭矩。

优选地，电动马达16由电机形成，电机能够作为马达操作，该马达作为输入接收电能并且作为输出传送机械能，并且电机能够作为发电机操作，该发电机作为输入接收机械能并且作为输出传送电能。有利地，当作为马达操作时，电机能够根据所接收的命令在两个旋转方向上传送驱动扭矩，并且因此能够在车辆向前移动时以及当车辆向后移动时支持或替换热力发动机12。

电动马达16的操作由电子控制单元42控制。

电子控制单元18,40和42(其也可以完全或部分地集成到一个单个的电子控制单元中)被编程为根据下面参考图2和图3所示的两个扭矩控制策略中的任何一个来执行换档阶段，其中线ct和ce表示当根据第一控制策略执行换档阶段时分别由热力发动机12和电动马达16传递到车轮的作为时间函数的扭矩，而线c't和c'e表示当根据第二控制策略执行换档阶段时分别由热力发动机12和电动马达16传递到车轮的作为时间函数的扭矩。

选择是否在换档阶段期间使用第一或第二扭矩控制策略是基于最大扭矩的值而不是基于临在换档阶段开始(在图2和图3中以t0指示的时间)之前由电动马达16可以传送的值来进行的。在与自动手动变速器14相关联的电子控制单元40接收到用于执行换档操作的控制信号时，计算该扭矩值(以本身已知的方式，因此在此不再详细描述)。

参考图2和图3，在车辆的初始操作条件下(在时间t0之前)，车辆以纯热模式驱动，即驱动扭矩仅由热力发动机12传递并且等于某一确定值c1，以下称为初始扭矩值。因此，在该初始操作条件下，电动马达16不传送扭矩。

如果在时间t0下，由电动马达16可以传递到车轮的最大扭矩的值至少等于在那时由热力发动机12传送的初始扭矩值c1，则根据第一扭矩控制策略(图2)执行换档阶段。另一方面，如果由电动马达16可以传递到车轮的最大扭矩的值等于的值(以下称为减小的扭矩值，并且在图2和图3中用c2指示)低于初始扭矩值，则根据第二扭矩控制策略(图3)执行换档阶段。

第一扭矩控制策略依次包括下面参考图2描述的步骤。

在从时间t0到时间t1的第一时间间隔中，摩擦离合器22逐渐打开，并且同时，由热力发动机12传递到车轮的扭矩ct从初始扭矩值c1逐渐减小到零，并且由电动马达16传递到车轮的扭矩ce从零逐渐增加到初始扭矩值c1，以便保持由热力发动机12和电动马达16传递到车轮的总扭矩ct+ce为恒定值，其值等于初始扭矩值。热力发动机12的扭矩ct的减小梯度以及因此电动马达16的扭矩ce的增加梯度将有利地设定为等于适当高的值，以最小化电动马达在换档阶段期间的总能量消耗。

在从时间t1到时间t2的第二时间间隔中，在摩擦离合器22打开并且电动马达16向车轮传递具有等于上述初始扭矩值c1的恒定值ce的扭矩时，当前档位脱开并且接合新档位。

最后，在从时间t2到时间t3的第三时间间隔中，摩擦离合器22逐渐关闭，并且同时，由热力发动机12传递到车轮的扭矩ct从零逐渐增加到初始扭矩值c1并且由电动马达16传递到车轮的扭矩ce从初始扭矩值c1逐渐减小到零，以便保持由热力发动机12和电动马达16传递到车轮的总扭矩ct+ce为恒定值，其值等于初始扭矩值c1。在这种情况下，热力发动机12的扭矩ct的增加梯度以及因此电动马达16的扭矩ce的减小梯度也将有利地设定为等于适当高的值，以最小化电动马达在换档阶段期间的总能量消耗。

例如，在从t0到t1和从t2到t3的时间间隔中，热力发动机12的扭矩ct的减小/增加梯度可以包括在1.5nm/ms和5nm/ms之间。

尽管在图2中，扭矩减小和增加定律(热力发动机12的扭矩减少和增加定律以及电动马达16的扭矩减少和增加定律)都显示为线性定律，但它们当然可以是不同类型的。

第二扭矩控制策略依次包括下面参考图3描述的步骤。

在开始实际换档阶段之前，即在开始脱开当前接合的档位之前，从时间t0开始，由热力发动机12传递到车轮的扭矩c't从初始扭矩值c1逐渐减小(例如根据线性定律，如图3中所示)到上述减小的扭矩值c2。同时，摩擦离合器22逐渐打开。以t1指示热力发动机12的扭矩c't达到减小的扭矩值c2的时间。

在随后的从时间t1到时间t2的时间间隔中，当摩擦离合器22仍然逐渐打开时，热力发动机12的扭矩c't从减小的扭矩值c2逐渐减小(例如，在这种情况下，根据线性定律)到等于零的最终值(时间t2)，而由电动马达16传递的扭矩c'e根据这样的定律(在所示的示例中，为线性定律)从等于零的初始值逐渐增加到减小的扭矩值c2，以便保持传递到车轮的总扭矩c't+c'e恒定。在从时间t1到时间t2的时间间隔期间，热力发动机12的扭矩c't的减小梯度以及因此电动马达16的扭矩c'e的增加梯度比从时间t0到时间t1的前一时间间隔中的梯度高，以最小化电动马达16的能量消耗。

在时间t2，摩擦离合器22完全打开，并且因此热力发动机12从主轴26断开。从那时到随后的时间t3，脱开当前档位并且通过接合套筒38的适当致动而接合新档位。在从时间t2到时间t3的时间间隔期间，其值仍然等于c2的总扭矩仅由电动马达16传递。

一旦新档位的接合完成，在时间t3，摩擦离合器22开始逐渐关闭，以便将热力发动机12连接到主轴24(时间t5)。在该阶段(其在时间t5结束)期间，由热力发动机12传递到车轮的扭矩c't从零增加到初始值c1。

最初，从时间t3到时间t4，热力发动机12的扭矩c't逐渐增加(例如，根据线性定律)，直到它达到减小的扭矩值c2，并且因此电动马达16的扭矩c'e根据这样的定律从减小的扭矩值c2逐渐减小到零，以便确保总扭矩c't+c'e保持恒定。

最后，在从时间t4到时间t5的时间间隔期间，热力发动机12的扭矩c't逐渐增加(例如，根据线性定律)，直到其达到初始扭矩值c1。

在从时间t3到时间t4的时间间隔期间，热力发动机12的扭矩c't的增加梯度以及因此电动马达16的扭矩c'e的减小梯度高于从时间t4到时间t5的随后的时间间隔期间的梯度，以便最小化电动马达16的能量消耗。

因此，总之，在其期间电动马达16不传送扭矩的时间间隔(即，从时间t0到时间t1以及从时间t4到时间t5)中，热力发动机12的扭矩c't的减小/增加梯度是“低”的，以使得车辆加速度中的变化不太可被察觉并且因此最大化车辆乘员(或多个乘员)的舒适度，而在其期间电动马达16传送扭矩并且电动马达16的扭矩c'e增加(从时间t1到时间t2)或减小(从时间t3到时间t4)以分别补偿热力发动机12的扭矩c't的减小和增加的时间间隔中，扭矩的减小/增大梯度是“高”的，以使得在电动马达16的扭矩c'e的曲线下方限定的面积最小化，从而最小化电能的消耗。

优选地，在从时间t1到时间t2的时间间隔期间的热力发动机12的扭矩c't的减小梯度(其等于电动马达16的扭矩c'e的增加梯度)与在从时间t0到时间t1的时间间隔期间的热力发动机12的扭矩c't的减小梯度的比率包括在5和15之间。换言之，当从热力发动机的扭矩的纯减小阶段移动到“扭矩交叉”的阶段(即热力发动机的扭矩减小并且同时电动马达的扭矩增加的阶段)时，热力发动机12的扭矩c't的减小梯度增加5到15倍。

类似地，在从时间t3到时间t4的时间间隔期间的热力发动机12的扭矩c't的增加梯度(其等于电动马达16的扭矩c'e的减小梯度)与在从时间t4到时间t5的时间间隔期间的热力发动机12的扭矩c't的增加梯度的比率包括在5和15之间。换言之，热力发动机12的扭矩c't的增加梯度在“扭矩交叉”阶段(即当电动马达的扭矩减小并且同时热力发动机的扭矩增加时)比在当电动马达不再传送扭矩时的最后阶段中的热力发动机的扭矩的增加梯度高5到15倍。通过示例的方式，在从时间t0到时间t1以及从时间t4到时间t5的时间间隔中，热力发动机12的扭矩c't的减小/增加梯度可以包括在0.1nm/ms和1nm/ms之间，但是在从时间t1到时间t2以及从时间t3到时间t4的时间间隔中热力发动机12的扭矩c't的减小/增加梯度可以包括在1.5nm/ms和5nm/ms之间。

如从以上描述可以理解到的那样，本发明允许减少车辆乘员所感觉到的换档阶段的感知，其原因在于使用电动马达(当电动马达能够传送其值等于初始扭矩值的扭矩时以及当电动马达不能传递其值等于初始扭矩值的扭矩时)而限定在换档阶段期间传递到车轮的驱动扭矩中的变化，并且同时允许在换档阶段期间减小扭矩补偿所需的电机的能量。

当然，本发明的原理保持不变，实施例和结构细节可以从纯粹通过非限制性示例描述和说明的那些进行广泛地变化，而不会因此脱离在所附权利要求中限定的本发明的范围。