混合动力汽车及其模式切换与换挡协调控制方法及控制器与流程

1.本发明属于汽车技术领域，具体涉及一种混合动力汽车及其模式切换与换挡协调控制方法及控制器。


背景技术：

2.本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。
3.混合动力汽车是将发动机和电动机相结合，是目前汽车行业发展的首选趋势，由于混合动力汽车具有较好的节油性，而且相较于传统汽车对环境的影响较小，近年来逐渐受到用户的欢迎。混合动力汽车的并联系统在进行纯电动切换混动模式的过程中，可能会在模式切换还未完成出现换挡需求的情况，或者换挡过程中出现模式切换请求，如果两种控制需求协调不好，会出现离合器频繁结合分离、汽车长时间动力不足、电动机超速等问题。
4.现有技术中的处理方式一种是在最先出现的控制需求完全完成后才继续响应另一个需求，如模式切换必须完全完成后才响应换挡请求，或者换挡必须完成之后才开始响应模式切换需求，这种方式中两种控制需求在时间上是串行的，费时相对较长，而且容易导致电动机超速问题；另一种是以换挡优先，当模式切换中出现换挡请求时立马打断和停止模式切换，并执行换挡操作，在换挡完成后继续重新开始模式切换，但是这种方式由于模式切换频繁被打断，换挡中前期的模式切换动作全部停止和复原，导致前期的执行动作时间全部浪费，非常浪费时间，而且在档位较多的商用车上，低档位升档车速较密集，容易出现模式切换频繁被打断，造成离合器频繁结合分离，对零部件磨损较严重，而且影响使用寿命以及驾驶员舒适性。
5.因此，现有技术中混合动力汽车在模式切换与换挡协调时存在离合器频繁结合分离以及导致的费时、使用寿命低和舒适性差的问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是至少解决现有技术中混合动力汽车在模式切换与换挡协调时存在离合器频繁结合分离以及导致的费时、使用寿命低和舒适性差的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：
7.本发明第一方面提出了一种混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法，该混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法包括：
8.获取所述混合动力汽车的当前模式；
9.根据所述混合动力汽车由纯电动模式切换至混动模式，判断是否出现换挡指令；
10.根据所述混合动力汽车出现换挡指令，控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时判断离合器是否处于分离状态；
11.根据所述离合器处于分离状态控制所述离合器消除空行程，根据所述离合器不处于分离状态时控制所述离合器保持当前位置，控制发动机启动或控制所述发动机保持启动
状态，然后控制所述发动机调速至第一设定范围后控制所述离合器闭合。
12.根据本发明实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法，当混合动力汽车出现换挡指令时，仅控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时通过判断离合器的状态控制离合器保持当前状态或消除空行程的方式，即不强制离合器分离，从而避免了离合器在模式切换过程中接收到换挡指令造成的频繁结合分离，在保证离合器不执行强制分离动作的基础上，本发明实施例在发动机启动并控制发动机调速后再控制离合器闭合，由此能够在实现换挡操作的同时实现模式切换，节省了时间，而且由于离合器在前期仅执行保持动作和消除空行程动作，在后期仅执行闭合动作，取消了现有技术中换挡过程中的强制分离动作，提高了离合器的使用寿命，进而提高了混合动力汽车整体的使用寿命，以及提高了驾驶舒适性，解决了现有技术中混合动力汽车在模式切换与换挡协调时存在离合器频繁结合分离以及导致的费时、使用寿命低和舒适性差的问题。
13.另外，根据本发明实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法，还可具有如下附加的技术特征：
14.在本发明的一些实施例中，所述根据所述混合动力汽车出现换挡指令，控制所述电动机和所述变速箱执行换挡操作包括：
15.控制所述电动机清扭矩；
16.控制变速箱摘挡；
17.控制所述电动机调速和所述变速箱选档；
18.控制所述变速箱挂挡。
19.在本发明的一些实施例中，所述控制发动机启动或控制所述发动机保持启动状态包括：
20.判断发动机是否已经启动；
21.根据所述发动机未启动，控制起动机启动所述发动机；
22.根据所述发动机已经启动，控制所述发动机保持启动状态。
23.在本发明的一些实施例中，所述控制所述发动机调速至第一设定范围后控制所述离合器闭合包括：控制所述发动机与所述电动机之间的速差等于换挡完成时的所述变速箱的输入轴需求转速。
24.在本发明的一些实施例中，所述根据所述离合器不处于分离状态时控制所述离合器保持当前位置包括：根据所述离合器处于滑摩状态时控制所述离合器保持当前位置。
25.在本发明的一些实施例中，所述根据所述离合器不处于分离状态时控制所述离合器保持当前位置包括：根据所述离合器处于滑摩状态时控制所述离合器保持当前位置。
26.在本发明的一些实施例中，根据所述混合动力汽车未出现换挡指令，控制所述发动机启动或控制所述发动机保持启动状态，然后控制所述发动机调速至第二设定范围后控制所述离合器闭合。
27.在本发明的一些实施例中，所述根据所述混合动力汽车未出现换挡指令，控制所述发动机启动或控制所述发动机保持启动状态包括：
28.判断所述发动机是否启动；
29.根据所述发动机启动，控制所述发动机保持启动状态；
30.根据所述发动机未启动，判断行车倒拖条件是否满足；
31.根据满足行车倒拖条件，控制所述离合器消除空行程后闭合以倒拖启动所述发动机；
32.根据不满足行车倒拖条件，控制起动机启动所述发动机。
33.在本发明的一些实施例中，所述控制所述发动机调速至第二设定范围包括：控制所述发动机的转速与所述电动机的实际转速相等。
34.本发明第二方面提出了一种混合动力汽车模式切换与换挡协调的控制器，所述控制器包括模式切换与换挡协调的控制装置和计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有控制指令，所述控制装置通过执行所述控制指令来实现根据上述实施例所述的模式切换与换挡协调的控制方法，所述控制装置包括：
35.判断模块，用于获取所述混合动力汽车的当前模式以及是否出现换挡指令；
36.控制模块，用于根据所述混合动力汽车出现换挡指令，控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时判断离合器是否处于分离状态；
37.根据所述离合器处于分离状态控制所述离合器消除空行程，根据所述离合器不处于分离状态时控制所述离合器保持当前位置，控制所述发动机启动或控制发动机保持启动状态，然后控制所述发动机调速至第一设定范围后控制所述离合器闭合。
38.本发明第三方面提出了一种混合动力汽车，所述混合动力汽车包括动力总成以及根据上述实施例所述的混合动力汽车模式切换与换挡协调的控制器。
附图说明
39.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
40.图1为本发明实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法的流程示意图；
41.图2为本发明实施例中用于执行混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法的混合动力汽车的并联系统的结构示意图。
42.附图中各标记表示如下：
43.10、混合动力整车控制器；11、换挡面板；
44.20、控制器局域网络；
45.31、电动助力转向泵；32、逆变器；33、动力电池；34、电机控制器；
46.40、驱动电机；
47.50、电子控制单元；
48.60、发动机；
49.70、离合器；
50.81、变速箱控制单元；82、变速箱；
51.90、仪表。
具体实施方式
52.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公
开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
53.应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。
54.尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
55.为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在
……
下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转 90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
56.如图1所示，本发明实施例提出了一种混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法，该混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法包括：
57.获取混合动力汽车的当前模式；
58.根据混合动力汽车为纯电动模式切换至混动模式，判断是否出现换挡指令；
59.根据混合动力汽车出现换挡指令，控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时判断离合器是否处于分离状态；
60.根据离合器处于分离状态时控制离合器消除空行程，根据离合器不处于分离状态时控制离合器保持当前位置，控制发动机启动或控制发动机保持启动状态，然后控制发动机调速至第一设定范围后控制离合器闭合。
61.本发明实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法中，在当混合动力汽车出现换挡指令时，仅控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时通过判断离合器的状态控制离合器保持当前状态或消除空行程的方式，即不强制离合器分离，从而避免了离合器在模式切换过程中接收到换挡指令造成的频繁结合分离，在保证离合器不执行强制分离动作的基础上，本实施例在发动机启动并控制发动机调速后再控制离合器闭合，由此能够在实现换挡操作的同时实现模式切换，节省了时间，而且由于离合器在前期仅执行保持动作和消除空行程动作，在后期仅执行闭合动作，取消了现有技术中换挡过程中的强制分离动作，提高了离合器的使用寿命，进而提高了混合动力汽车整体的使用寿命，以及提高了驾
驶舒适性，解决了现有技术中混合动力汽车在模式切换与换挡协调时存在离合器频繁结合分离以及导致的费时、使用寿命低和舒适性差的问题。
62.本发明第二方面的实施例提出了一种混合动力汽车模式切换与换挡协调的控制器，控制器包括模式切换与换挡协调的控制装置和计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有控制指令，控制装置通过执行控制指令来实现根据上述第一方面的实施例的模式切换与换挡协调的控制方法，控制装置包括：
63.判断模块，用于获取混合动力汽车的当前模式以及是否出现换挡指令；
64.控制模块，用于根据混合动力汽车出现换挡指令，控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时判断离合器是否处于分离状态；
65.根据离合器处于分离状态控制离合器消除空行程，根据离合器不处于分离状态时控制离合器保持当前位置，控制发动机启动或控制发动机保持启动状态，然后控制发动机调速至第一设定范围后控制离合器闭合。
66.可以理解地，本发明实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法由混合动力汽车模式切换与换挡协调的控制器执行，如图2所示，具体地，混合动力汽车的并联系统包括有混合动力整车控制器10(hybrid control unit， hcu)，混合动力整车控制器10用于通过与其通信连接的换挡面板11接收司机的操作，从而协调和控制各个零部件让混合动力汽车按照司机的意图行驶，并联系统还包括控制器局域网络20(controller area network,can)，混合动力整车控制器10与并联系统中的电子控制单元50(electronic control unit， ecu)、逆变器32(dc/ac)、动力电池33、电机控制器34、变速箱控制单元81 (transmission control unit，tcu)、仪表90等通过can信号连接，在此基础上，电子控制单元50混合动力汽车的发动机60通信连接，电动助力转向泵 31与逆变器32电连接，逆变器32与动力电池33电连接，动力电池33与电机控制器34电连接，电机控制器34与驱动电机40电连接，具体为通过高压电连接；混合动力汽车的离合器70则设置在发动机60与驱动电机40之间，变速箱控制单元81分别与离合器70、变速箱82通信连接。
67.进一步地，需要说明的是，混合动力汽车具有纯电动模式和混动模式，其中，纯电动模式中混合动力汽车由电机驱动，发动机不参与提供整车驱动扭矩，在纯电动模式下离合器处于分离状态；混动模式中混合动力汽车由发动机作为整车动力主驱动源，由电机作为整车动力辅助驱动源，在混动模式下离合器处于闭合状态。
68.在上述实施方式的基础上，本实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法先对混合动力汽车的当前模式进行获取，即在判断混合动力汽车当前是处于纯电动模式或混动模式的基础上，判断是否接收到模式切换的指令，需要说明的是，本实施例以混合动力汽车接收到纯电动模式切换至混动模式为例进行描述，在确定混合动力汽车需要从纯电动模式切换至混动模式时，判断是否出现换挡指令，也就是说，判断混合动力汽车是否需要进行模式切换与换挡协调控制。
69.在此基础上，如果混合动力汽车出现换挡指令时，即进入模式切换与换挡协调控制过程，如果混合动力汽车未出现换挡指令，则进入模式切换过程。具体地，若进入模式切换与换挡协调控制过程，则先控制电动机和变速箱执行换挡操作，同时判断离合器是否处于分离状态，需要说明的是，在现有的纯电动换挡过程中，离合器需要进行强制分离，而在本实施例中，需要先对离合器的状态进行判断，如果离合器处于分离状态，则控制其快速消
除空行程，可以理解地，仅控制离合器快速消除空行程不会对离合器产生强制分离造成的影响，延长了离合器的使用寿命；如果离合器不处于分离状态，则控制离合器保持当前的位置不变。具体地，在本发明的一些实施例中，离合器不处于分离状态的情况包括：离合器处于滑摩状态，即，当离合器处于滑摩状态时，控制离合器保持当前位置，也不进行强制分离，避免强制分离导致的费时以及影响离合器寿命的问题。
70.进一步地，在判断离合器状态的同时，本实施例需要控制电动机和变速箱执行换挡操作，可以理解地，在模式切换指令与换挡指令同时出现时，本实施例提出的协调控制方法正常进行电机和变速箱相关的动作执行，对离合器和发动机则通过判断其当前状态再执行模式切换的控制请求。具体地，本实施例中电动机和变速箱执行换挡操作依次包括控制电动机清扭矩、控制变速箱摘挡、控制电动机调速和变速箱选档、控制变速箱挂挡，从而完成换挡指令。
71.在上述实施方式的基础上，当控制离合器保持当前位置或消除空行程之后，控制发动机动作，具体为控制发动机启动或控制发动机保持启动状态，然后控制发动机调速至第一设定范围后控制离合器闭合，从而完成模式切换指令，其中，在控制发动机动作时需要先对发动机的状态进行判断，具体地，在本发明的一些实施例中，控制发动机启动或控制发动机保持启动状态包括判断发动机是否已经启动，当发动机未启动时，控制起动机启动发动机；当发动机已经启动时，控制发动机保持启动状态，也就是说，发动机需要启动，如果发动机的状态为未启动状态，则利用起动机进行启动。
72.进一步地，当发动机启动后，再对发动机进行调速，控制发动机调速至第一设定范围，在本发明的一些实施例中，控制发动机调速至第一设定范围包括：控制发动机与电动机之间的速差等于换挡完成时的变速箱的输入轴需求转速。也就是说，在模式切换指令与换挡指令同时执行时，发动机的调速目标为换挡完成时的变速箱的输入轴需求转速，即，使发动机与电动机之间的速差等于换挡完成时的变速箱的输入轴需求转速。
73.在本发明的一些实施例中，换挡完成时的变速箱的输入轴需求转速可以通过计算提前设定，具体地，换挡完成时的变速箱的输入轴需求转速等于变速箱的输出轴转速乘以需求档位的速比，示例性地，在本发明的一些实施例中，换挡完成时的变速箱的输入轴需求转速可以设置为50rpm，也就是说，发动机与电动机之间的速差可以设置为50rpm。
74.在上述实施方式的基础上，本实施例提出的混合动力汽车模式切换与换挡协调控制方法对混合动力汽车的当前模式进行获取后，如果发现未接收到换挡指令，仅接收到模式切换指令时，则仅执行模式切换。
75.具体地，先控制发动机启动或控制发动机保持启动状态，然后控制发动机调速至第二设定范围后控制离合器闭合。其中，在本发明的一些实施例中，控制发动机启动或控制发动机保持启动状态需要先对发动机的状态进行判断，即，先判断发动机是否启动，当发动机启动时，则控制发动机保持启动状态；当发动机未启动时，则控制发动机启动，控制发动机启动的方式可以为通过行车倒拖方式启动，或者也可以为利用起动机启动。
76.在上述实施方式的基础上，可以先根据相关逻辑判断行车倒拖条件是否满足，即是否可以通过行车倒拖启动发动机，当满足行车倒拖条件时，控制离合器快速消除空行程、慢合离合器，从而倒拖启动发动机；当不满足行车倒拖条件时，则利用起动机启动发动机。
77.进一步地，当发动机启动后，再对发动机进行调速，控制发动机调速至第二设定范
围，在本发明的一些实施例中，控制发动机调速至第二设定范围包括：控制发动机的转速与电动机的转速相等，也就是说，在仅执行模式切换指令时，发动机的调速目标为电动机的转速。
78.本发明第三方面的实施例提出了一种混合动力汽车，混合动力汽车包括动力总成以及根据上述第二方面的实施例的混合动力汽车模式切换与换挡协调的控制器。
79.以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。