防止混合動力電動車輛倒溜的製作方法

2023-12-12 02:15:52 2

專利名稱：防止混合動力電動車輛倒溜的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及具有發動機、電機和多速動力換擋變速器的混合動力電動車輛 (HEV)的動力傳動系統，具體涉及使用動力傳動系統防止斜坡上的車輛倒溜 (rollback )
背景技術：
動力換擋變速器是機動車輛中不使用變矩器的動力傳動裝置的示例。動力換擋變 速器是產生向前驅動和向後驅動中的多個傳動比，並具有將動力源，如發動機或電動 馬達連接到兩個傳動軸的兩個輸入離合器的齒輪機構。動力換擋變速器使用同步的雙 離合器換擋機構(clutch-to-clutch shifts)交替地傳遞動力到兩個軸。
動力換擋變速器結合有在變速器輸入及其輸出之間以雙中間軸配置排列的齒輪 機構。 一個輸入離合器在輸入和關聯於偶數擋的第一中間軸之間傳遞扭矩；另一個輸 入離合器在變速器輸入和關聯於奇數擋的第二中間軸之間傳遞扭矩。通過交替地接合 第一輸入離合器並在當前擋位運行，分離第二輸入離合器，在變速器中準備用於目標 擋位操作的動力路徑，分離第一輸入離合器，接合第二輸入離合器並在變速器中準備 用於下一個擋位操作的另一條動力路徑，變速器改變傳動比。
具有自動變速器的現有車輛包括即使車輛在斜坡上停止或開動也允許變速器保 持掛擋的變矩器。在具有無變矩器變速器，如動力換擋變速器或手動變速器的車輛中， 當車輛在斜坡上停止或開動時離合器必須滑動或分離以避免車輛失速，因此變速器不 能將扭矩立即傳遞到車輪。
當不帶有變矩器的車輛從停止在正斜坡上轉換為爬上該斜坡時，向車輪提供加速 車輛所需的扭矩時的延遲會造成不期望的車輛倒溜。在駕駛員下壓加速器踏板，稱為 "踩加速器踏板(tip in)"並期望爬上斜坡時，需要倒溜控制。如果用發動機向車 輪提供扭矩以開動車輛，則由於可燃燒的空燃混合氣對進氣歧管和發動機汽缸充氣時 的延遲，及產生變速器輸入離合器最大扭矩時的延遲，在扭矩傳遞到車輪之前會發生 延遲。
當HEV停止在正斜坡上時，通常關閉發動機以節約燃料，但特定的工況會要求發 動機繼續運行，這些工況包括對電池充電，駕駛員對前端附件傳動裝置(front accessory drive)作出的進行空氣調節的請求，或對其他皮帶傳動機電裝置的請求。 發動機運行時的HEV車輛倒溜會發生在從車輛保持在正斜坡上轉換到沿斜坡向上加 速車輛時。當駕駛員施加車輪制動，或制動器鬆開同時電機提供保持扭矩而發動機怠
速時，HEV車輛可以在正斜坡上保持靜止。在HEV中，可以將變速器置於空擋並用作 為馬達工作的電機使車輛在斜坡上保持靜止。
本領域中需要消除當車輛駕駛員踩加速器踏板以在上坡坡度上從發動機在運行 的車輛靜止狀態加速車輛時，由於向車輛的車輪提供扭矩時的延遲造成的不期望的倒 溜的方法。

發明內容
在包括發動機和電機的車輛動力傳動系統中，一種防止位於斜坡上的有輪車輛倒 溜的方法包括確定防止車輛倒溜所需的車輪扭矩的量，使用電機在車輪處產生所需 的車輪扭矩的量，傳遞發動機扭矩至車輪，及減少電機產生的扭矩同時增加發動機扭 矩，以使發動機和電機產生的車輪扭矩的總和基本上等於所述所需的車輪扭矩的量。
電機(ERAD)在駕駛員踩加速器踏板時防止車輛倒溜。ERAD快速提供傳遞到車 輪的扭矩以避免倒溜。需要ERAD扭矩在發動機歧管充氣和變速器接合造成的延遲期 間向車輪提供扭矩。如果電池的充電狀態低於基準充電狀態或ERAD溫度高於熱限制， 則降低ERAD最大扭矩，這要求發動機輸出扭矩與ERAD的輸出扭矩混合。
最後，在發動機扭矩增加時，同步減少所混合的ERAD扭矩，從而保持恆定的車 輪扭矩。這可以在使用發動機推進車輛時提供不易覺察的轉換，同時可防止車輛倒溜。
根據發明的另一方面，在包括傳動連接到第一車輪、變速器、變速器輸入離合器 的發動機和傳動連接到第二車輪的電機的車輛動力傳動系統中，提供一種防止位於斜 坡上的有輪車輛倒溜的方法。所述方法包括下述步驟(a)確定防止所述車輛倒溜 所需的車輪扭矩的量；(b)使用所述電機在第二車輪處產生所述所需的車輪扭矩的 量同時接合所述變速器的選擇的擋位並使所述變速器輸入離合器進行行程運動；(c)
通過所述變速器輸入離合器和所述變速器將所述發動機產生的扭矩傳遞到第一車輪；
及(d)減少所述電機產生的扭矩同時增加發動機扭矩，以使所述發動機產生的第一
車輪處的車輪扭矩和所述電機產生的第二車輪處的車輪扭矩的總和基本上等於所述
所需的車輪扭矩的量。
根據發明的另一方面，在包括發動機、變速器、變速器輸入離合器及通過所述變 速器連接到第一車輪的第一電機和連接到第二車輪的第二電機的車輛動力傳動系統 中，提供一種防止位於斜坡上的有輪車輛倒溜的方法。所述方法包括下述步驟(a) 確定防止所述車輛倒溜所需的車輪扭矩的量；(b)使用所述第二電機在第二車輪處 產生車輪扭矩，使用所述第一電機在第一車輪處產生車輪扭矩，同時接合所述變速器
的選擇的擋位並使所述變速器輸入離合器進行行程運動；(c)通過所述變速器輸入 離合器和所述變速器將所述發動機產生的扭矩傳遞到第一車輪；及(d)減少所述第
一電機和第二電機產生的扭矩的量同時增加發動機扭矩，以使所述發動機及所述第一 電機和第二電機產生的車輪扭矩的總和基本上等於所述所需的車輪扭矩的量。
通過具體實施方式
、權利要求和附圖，優選實施例的適用範圍將變得顯而易見。 應理解，說明和具體示例雖然表示本發明的優選實施例，但僅作為示例給出。對所述 實施例和示例的各種改變和修改對本領域技術人員來說是顯而易見的。
通過結合附圖參考下面的具體實施方式
，可以更加容易地理解本發明。


圖l是可以應用本發明的倒溜控制方法的車輛動力傳動系統的示意圖2是示出圖1的車輛動力傳動系統的附加細節的示意圖3示出用於防止車輛倒溜的控制方法的步驟；
圖4是示出用於確定所需車輪扭矩的函數的示意圖5A-圖5C示出動力傳動系統參數在響應於踩加速器踏板控制車輛倒溜時隨時 間推移的變化；
圖6A -圖6C示出動力傳動系統參數在響應於釋放車輪制動踏板控制車輛倒溜時 隨時間推移的變化；及
圖7示出包括第一和第二輸入離合器的動力換擋變速器的細節。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，車輛動力傳動系統12包括發動機14,如柴油發動機或汽油 發動機；變速器16，如雙溼式離合器動力換擋變速器或另一種不具有變矩器的多速 比變速器；電機1S,如傳動連接到變速器輸入20的CISG ( crankshaft-integrated starter-generator,曲軸集成式起動機/發電機)；及附加電機22,如電動馬達。 電機18提供旋轉動力以在起動發動機時轉動發動機14並產生直接提供給電機22或 電池23或兩者的電能。
有時稱為電控後橋驅動單元或電控後軸驅動單元(ERAD)的電機22連接到後橋 或後軸24的主減速器(final drive),並以電驅動或混合(串聯/並聯)驅動模式 提供推進能力。電機22的動力輸出通過ERAD傳動裝置28和形式為輪間差速器機構 的主減速器單元30驅動車輪26、 27。類似地，變速器輸出32通過包括輪間差速器 機構的主減速器單元36 (以機械方式)傳動連接到車輪34、 35。在前輪驅動(FWD) 應用中，電機22可以在變速器16的輸出32處傳動連接到前橋的主減速器36,其中 該電機稱為電控前橋驅動(EFAD)單元。
圖2示出選擇性地將變速器16的輸入軸20交替地連接到偶數擋42和奇數擋43 的輸入離合器40、 41;電子變速器控制模塊(TCM) 44,其通過發送給伺服器或電磁
閥的指令信號驅動輸入離合器和變速箱換擋撥叉/同步器以控制輸入離合器和變速箱 狀態；控制發動機14的操作的電子發動機控制模塊(ECM) 46;及控制CISG和ERAD
搡作的ISC 48。未示出的車輛控制系統(VCS)向TCM和ECM發送控制指令。VCS、 TCM和ECM中的每個都包括微處理器，微處理器可訪問電子存儲器並包含以計算機代 碼表示並以頻繁的間隔重複地執行的控制算法。控制模塊ECM 46、 VSC、 TCM 44和 ISC 48之間的數據通信在通信總線47上執行。
動力傳動系統12包括到達負荷的兩個動力路徑機械路徑和電氣路徑。發動機 14產生的動力通過機械動力路徑中的變速器16和主減速器36傳遞到車輪34、 35。 ERAD 22產生的動力通過電氣動力路徑中的ERAD傳動裝置28和主減速器30傳遞到 車輪26、 27。
圖3示出防止車輛倒溜的控制算法的步驟。如圖5A-圖5C所示，斜坡保持(hill hold)控制策略使用ERAD22提供扭矩以在斜坡上加速車輛以便在發動機產生輸出扭 矩且變速器將發動機輸出扭矩傳遞到車輪之前所需的時間段期間防止倒溜。在踩加速 器踏板時，ERAD可以向車輪快速提供扭矩並加速車輛以避免倒溜，因為ERAD可以快 速產生輸出扭矩。
在步驟48,當傳感器產生的信號指示車輛停止在斜坡上時，該控制算法由控制 器調用執行。如圖4所示，車輛駕駛員對車輪扭矩的要求由發動機加速器踏板50被 下壓的程度表示，該下壓通常稱為加速器踏板位置pps。 pps傳感器產生的表示加速 器踏板位置的電子信號和軸轉速傳感器產生的表示當前車速(VS)的電子信號52, 作為輸入由駕駛員要求確定函數(driver demand determination function) 54接 收，該函數可在電子存儲器中訪問到，該函數由兩個輸入變量VS和pps索引並產生 當前所需車輪扭矩T^s作為其輸出。
在步驟56，進行檢驗以確定加速器踏板位置是否大於零或基準踏板位置。如果 檢驗56的結果邏輯上為真，則控制進行到步驟58。如果檢驗56的結果為假，則控 制返回48。
在步驟58,進行檢驗以確定電池充電狀態(S0C)是否高於基準S0C。如果檢驗 58的結果為真，則控制進行到60,其中進行檢驗以確定ERAD 22的溫度是否高於基 準溫度。如果檢驗60的結果為假，則控制進行到步驟62,其中ERAD 22產生向車輪 傳遞的扭矩以控制車輛在斜坡上的倒溜。
如果踏板被壓下，電池的S0C高於基準S0C, ERAD溫度低於基準溫度，則在步驟 62使用ERAD 22和電氣動力路徑驅動車輪負荷並防止車輛倒溜。但如果檢驗58的結 果為假或檢驗60的結果為真，則ERAD當前不可用於向車輪提供扭矩並防止倒溜。接 下來，控制進入步驟64,其中變速器16中關聯於當前擋位命令的適當的輸入離合器 (相關離合器(subject clutch) 40、 41)在命令控制下達到行程壓力(stroked pressure)以準備接合。步驟64至72適用於常規車輛以及混合動力車輛。
在步驟66,進行檢驗以確定發動機14當前是否產生所要求的車輪扭矩。如果檢 驗66的結果為真，則在步驟68進行檢驗以確定選擇的擋位是否接合且變速器l6中
的相關離合器40、 41是否已準備好接合。如果檢驗66和68之一的結果為假，則控 制返回步驟58。
如果檢驗66和68的結果為真，則在步驟70相關輸入離合器40、 41接合，在步 驟72發動機扭矩增加以使車輪扭矩達到所要求的車輪扭矩，在步驟74, ERAD扭矩在 發動機扭矩增加的同時沿下降坡度減小，如圖5B所示。
SC表示各種車輛參數和動力傳動系統參數在響應於踩加速器踏板對停 止在具有正斜率的斜坡上的HEV控制車輛倒溜，同時釋放車輪制動器時的時間段期間 的變化。
如圖5A和圖5C所示，加速器踏板位置80在時間段76後增加，在時間段76期 間ERAD 22產生的扭矩傳遞給車輪26、 27以將HEV保持在斜坡上，加速器踏板50松 開(未壓下)，且車速78為零。當駕駛員要求車輪扭矩以在斜坡上向前移動車輛時， 加速器踏板位置80增加。加速器踏板位置80後來稍稍減小並保持穩定同時車速78 穩步增加。
在圖5B中，在時間段76後，ERAD扭矩82響應於加速器踏板位置80的增加而 快速增加，達到峰值，並與發動機扭矩和變速器輸出扭矩的增加同步地減小，從而保 持車輪扭矩而不產生瞬間的脈衝。這可以在使用發動機推進車輛時提供不易覺察的轉 換同時防止車輛倒溜。發動機扭矩84在於88處開始的倒溜防止控制之前時間段76 期間處在發動機怠速設定點(setpoint)，在延遲期90期間在作為踩加速器踏板的 結果用可燃燒的空燃混合氣填充進氣歧管和發動機汽缸時保持較低，並在發動機充氣 後快速增加。變速器輸出扭矩92在時間段76期間較低，在延遲期94期間在相關輸 入離合器40、 41的最大扭矩增加時保持恆定，並與發動機扭矩一起快速增加。在倒 溜防止控制開始處88下壓加速器踏板50時，車輪扭矩從時間段76期間的保持水平
增加到駕駛員要求的新水平。
圖6A-圖6C示出車輛倒溜控制下的HEV的動力傳動系統參數響應於車輛駕駛員 釋放車輪制動踏板的變化。如圖6A和6C所示，車輪制動踏板位置或制動壓力％在 釋放後快速減小到零，駕駛員在98踩加速器踏板，車速100隨後穩步增加。
在圖6B中，在98處倒溜控制開始後，ERAD扭矩102響應於駕駛員要求的扭矩 的增加，如加速器踏板位置的增加所示而快速增加，達到峰值，並在發動機扭矩104 增加時減小到零。發動機扭矩104在於9S處開始的倒溜防止控制之前處於發動機怠 速水平，在延遲期106期間在用可燃燒的空燃混合氣填充進氣歧管和發動機汽缸時保 持較低，並在發動機充氣後快速增加。變速器輸出扭矩108初始較低，在延遲期IIO 期間在相關輸入離合器40、 41的最大扭矩增加時保持恆定，並隨發動機扭矩快速增 加。車輪扭矩112在斜坡保持控制開始處98下壓加速器踏板50時快速增加。
圖7示出包括第一輸入離合器40和第二輸入離合器41的動力換擋變速器l6的 細節，第一輸入離合器40選擇性地將變速器16的輸入"交替地連接到關聯於第一
中間軸244的偶數擋42,第二輸入離合器41選擇性地將輸入20交替地連接到關聯 於第二中間軸249的奇數擋43。
中間軸244支撐通過軸頸連接到中間軸244上的各個小齒輪260、 262、 264,及 固定到中間軸244上的連接器266、 268。小齒輪260、 262、 264分別與第二、第四 和第六擋關聯。連接器266包括套管270,該套管可以向左移動以接合小齒輪260並 將小齒輪260傳動連接到中間軸244。連接器268包括套管272,該套管可以向左移 動以接合小齒輪262並將小齒輪262傳動連接到中間軸244,還可以向右移動以接合 小齒輪264並將小齒輪264傳動連接到中間軸244。
中間軸249支撐通過軸頸連接到中間軸249上的各個小齒輪274、 276、 278,及 固定到中間軸249上的連接器280、 282。小齒輪274、 276 、 278分別與第一擋、第 三擋和第五擋關聯。連接器280包括套管284,該套管可以向左移動以接合小齒輪274 並將小齒輪274傳動連接到中間軸249。連接器282包括套管286,該套管可以向左 移動以接合小齒輪276並將小齒輪276傳動連接到中間軸249,還可以向右移動以接 合小齒輪278並將小齒輪278傳動連接到中間軸249。
變速器輸出32支撐固定到軸32上的各個齒輪288、 290、 292。齒輪288嚙合小 齒輪260和274。齒輪290嚙合小齒輪262和276。齒輪292嚙合小齒輪264和278。
連接器266 、 268、 280和282可以是同步器，或牙嵌式離合器，或其組合。
雖然是參考動力換擋變速器描述本發明，但本發明適用於任何自動換擋手動變速 器，或不具有位於發動機和變速器輸入之間的動力路徑中的變矩器的自動變速器。
根據專利法的規定，對優選實施例進行了描述。然而，應注意，可以實施不同於 具體示出和描述的實施例的替代實施例。
權利要求
1. 在包括發動機和電機的車輛動力傳動系統中，一種防止位於斜坡上的有輪車輛倒溜的方法，所述方法包括下述步驟:(a)確定防止所述車輛倒溜所需的車輪扭矩的量；(b)使用所述電機在車輪處產生所需的車輪扭矩的量；(c)傳遞發動機扭矩至車輪；及(d)減少所述電機產生的扭矩同時增加發動機扭矩，以使所述發動機和所述電機產生的車輪扭矩的總和基本上等於所述所需的車輪扭矩的量。
2. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，步驟(a)還包括使用車速和加速器 踏板位置來確定所需車輪扭矩的步驟。
3. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，還包括確定加速器踏板位置大於基 準踏板位置的步驟。
4. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述車輛還包括用於向所述電機提 供電力的電池，所述方法還包括下述步驟確定所述電池的充電狀態是否高於基準充電狀態；如果所述電池的充電狀態高於所述基準充電狀態，則使用所述電機產生所需車輪 扭矩；而如果所述電池的充電狀態低於所述基準充電狀態，則使用所述發動機產生所需車 輪扭矩。
5. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，還包括下述步驟 確定所述電機的溫度是否高於基準溫度；如果所述電機的溫度低於所述基準溫度，則使用所述電機產生所需車輪扭矩；而如果所述電機的溫度高於所述基準溫度，則使用所述發動機產生所需車輪扭矩。
6. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述動力傳動系統包括具有多個擋 位和輸入離合器的變速器，且步驟(b)還包括接合所述變速器的選擇的擋位；及使所述輸入離合器進行行程運動以通過該選擇的擋位將所述發動機傳動連接到 車輪同時所述電機在車輪處產生所需的車輪扭矩的量。
7. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，所述動力傳動系統包括具有輸入離 合器的變速器，所述方法還包括下述步驟控制所述輸入離合器的最大扭矩和發動機扭矩的量以使所述發動機不失速。
8. 如權利要求l所述的方法，其特徵在於，步驟(b)還包括用空燃混合氣對發 動機進氣歧管和至少一個發動機汽缸充氣同時所述電機在車輪處產生所需的車輪扭 矩的量的步驟。
9. 在包括傳動連接到第一車輪、變速器、變速器輸入離合器的發動機和傳動連 接到第二車輪的電機的車輛動力傳動系統中，一種防止位於斜坡上的有輪車輛倒溜的 方法，所述方法包括下述步驟(a) 確定防止所述車輛倒溜所需的車輪扭矩的量；(b) 使用所述電機在第二車輪處產生所述所需的車輪扭矩的量同時接合所述變 速器的選擇的擋位並使所述變速器輸入離合器進行行程運動；(c) 通過所述變速器輸入離合器和所述變速器將所述發動機產生的扭矩傳遞到 第一車輪；及(d) 減少所述電機產生的扭矩同時增加發動機扭矩，以使所述發動機產生的第 一車輪處的車輪扭矩和所述電機產生的第二車輪處的車輪扭矩的總和基本上等於所 述所需的車輪扭矩的量。
10. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述步驟(a)還包括使用車速和 加速器踏板位置來確定所需車輪扭矩的步驟。
11. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述車輛還包括用於向所述電機提 供電力的電池，所述方法還包括下述步驟確定所述電池的充電狀態是否高於基準充電狀態；如果所述電池的充電狀態高於所述基準充電狀態，則使用所述電機產生所需車輪 扭矩；而如果所述電池的充電狀態低於所述基準充電狀態，則使用所述發動機產生所需車 輪扭矩。
12. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括下述步驟 確定所述電機的溫度是否高於基準溫度；如果所述電機的溫度低於所述基準溫度，則使用所述電機產生所需車輪扭矩；而如果所述電機的溫度高於所述基準溫度，則使用所述發動機產生所需車輪扭矩。
13. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，還包括下述步驟 控制所述輸入離合器的最大扭矩和發動機扭矩的量以使所述發動機不失速。
14. 如權利要求9所述的方法，其特徵在於，步驟(b)還包括用空燃混合氣對 發動機進氣歧管和至少一個發動機汽缸充氣同時所述電機在車輪處產生所需的車輪 扭矩的量的步驟。
15. 在包括發動機、變速器、變速器輸入離合器及通過所述變速器連接到第一車 輪的第一電機和連接到第二車輪的第二電機的車輛動力傳動系統中，一種防止位於斜 坡上的有輪車輛倒溜的方法，所述方法包括下述步驟(a) 確定防止所述車輛倒溜所需的車輪扭矩的量；(b) 使用所述第二電機在第二車輪處產生車輪扭矩，使用所述第一電機在第一 車輪處產生車輪扭矩，同時接合所述變速器的選擇的擋位並使所述變速器輸入離合器 進行行程運動；(c) 通過所述變速器輸入離合器和所述變速器將所述發動機產生的扭矩傳遞到第一車輪；及(d) 減少所述第一電機和第二電機產生的扭矩的量同時增加發動機扭矩，以使 所述發動機及所述第一電機和第二電機產生的車輪扭矩的總和基本上等於所述所需 的車輪扭矩的量。
16. 如權利要求15所述的方法，其特徵在於，所述步驟(b)還包括使用所述第一電機和第二電機,以使所述第一電機和第二電機產生的車輪扭矩的總和基本上等於 所述所需的車輪扭矩的量。
全文摘要
本發明涉及防止混合動力電動車輛倒溜，其中在包括發動機和電機的車輛動力傳動系統中，一種防止位於斜坡上的有輪車輛倒溜的方法包括確定防止車輛倒溜所需的車輪扭矩的量，使用電機在車輪處產生所需的車輪扭矩的量，傳遞發動機扭矩至車輪，及減少電機產生的扭矩同時增加發動機扭矩，以使發動機和電機產生的車輪扭矩的總和基本上等於所述所需的車輪扭矩的量。
文檔編號B60K6/36GK101376334SQ20081021581
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月27日 優先權日2007年8月28日
發明者伊哈勃·S·索裡曼, 安德魯·J·西爾韋裡 申請人:福特環球技術公司