用於控制具有牽引電機的車輛的系統的製作方法與工藝
2023-07-01 16:20:41 2
本發明涉及在駕駛員要求存在變化的情況下控制混合動力車輛的動力傳動系統中的電機扭矩。
背景技術：
混合動力車輛的動力傳動系統包括發動機和電動機，其中，由發動機和/或電動機產生的扭矩(或功率)可通過變速器被傳遞到車輛的驅動輪。牽引電池或連接到電動機的其他電源向電動機供應電能以使電動機產生電動機扭矩。電動機可向變速器提供反向電動機扭矩(例如，在再生制動期間)，從而作為將電能儲存在電池中的發電機。在有時被稱為模塊化混合動力傳動系統(MHT)構造的構造中，發動機通過分離式離合器可連接到電動機，且電動機連接到變速器。電動機可通過具有變矩器離合器的變矩器連接到變速器。發動機、分離式離合器、電動機、變矩器和變速器依次串聯連接。通過未接合的變矩器旁通離合器進行的操作提供液力耦合，所述液力耦合提供增扭以及抑制動力傳動系統擾動，但是也降低了車輛的能源效率。變矩器旁通離合器的接合或鎖止消除了變矩器的液力耦合和增扭，以降低損耗並增大能源效率，但是可能會通過動力傳動系統從發動機或電機傳遞扭矩擾動。這樣，期望控制變矩器旁通離合器的位置，以在打滑降低、未接合位置、燃料經濟性條件下運行。對變矩器旁通離合器的調節以在接近接合的打滑降低位置運行降低了損耗並有助於提高能源效率，同時也為一些動力傳動系統擾動提供一些阻尼。然而，各種車輛運行工況可能會導致變矩器打滑接近零並且會使變矩器傳遞動力傳動系統扭矩擾動，例如與鬆開加速踏板以及車輛滑行或制動相關的反向扭矩。
技術實現要素：
本發明的實施例提供一種控制器和控制策略，用於具有發動機、電機、帶變矩器離合器的變矩器以及變速器的混合動力電動車輛。控制器和控制策略調節電機扭矩，以便在某些車輛運行工況期間，在不接合變矩器離合器的情況下，維持被控制的打滑，以抑制動力傳動系統扭矩擾動。例如，在駕駛員鬆開車輛的加速踏板並且車輛開始滑行之後增大電機扭矩，以使變矩器離合器維持打滑。通常，在這樣的情況下，變矩器離合器未接合，以允許變矩器吸收由於鬆開加速踏板導致的動力傳動系統擾動。可選地，變矩器離合器被維持在接合位置，並且由於鬆開加速踏板而導致變矩器中的打滑達到零。在這種情況下，由於通過變矩器的扭矩直接路徑導致動力傳動系統的擾動將被感覺到。與由於鬆開加速踏板而導致發生的典型操作相比，根據本發明的實施例的控制器和控制策略使變矩器離合器維持在接合位置，並控制電機產生被供應到變矩器的相對小量的額外電機扭矩，以防止變矩器中的打滑變得更小以及達到零。結果，變矩器在被維持在其接合位置附近的同時具有足以吸收動力傳動系統擾動的打滑。在實施例中，提供一種方法。所述方法包括使變矩器的旁通離合器維持在一定的位置並將來自電機的電機扭矩應用到變矩器，從而在旁通離合器被維持在所述位置的同時變矩器的打滑不會降低以及達到零。旁通離合器所維持的位置可以是接合位置，但不是鎖止位置。在旁通離合器被維持在接合位置的同時，電機扭矩可被應用到變矩器，而不是使旁通離合器從接合位置運動到未接合位置來提高變矩器的滑動。當鬆開加速踏板時，可使旁通離合器維持在一定的位置。當來自發動機的發動機扭矩降低時，可使旁通離合器維持在一定的位置。當變矩器的打滑大於閾值時，可使旁通離合器從接合位置運動到未接合位置，而不是使旁通離合器維持在接合位置並且應用電機扭矩。當發動機扭矩的水平大於閾值時，可使旁通離合器從接合位置運動到未接合位置，而不是使旁通離合器維持在接合位置並應用電機扭矩。當發動機扭矩的變化率大於閾值時，可使旁通離合器從接合位置運動到未接合位置，而不是使旁通離合器維持在接合位置並應用電機扭矩。在實施例中，提供一種系統。所述系統包括控制器，所述控制器被配置成使變矩器的旁通離合器維持在接合位置並將來自電機的電機扭矩應用到變矩器，從而當旁通離合器被維持在接合位置時，變矩器的打滑不會達到零。在實施例中，提供一種混合動力電動車輛。所述車輛包括發動機、電動機、具有旁通離合器的變矩器、變速器和控制器。所述控制器被配置成使變矩器的旁通離合器維持在接合位置並將來自電動機的電機扭矩通過變矩器應用到變速器，從而當旁通離合器被維持在接合位置時，變矩器的打滑不會達到零。在實施例中，提供一種混合動力電動車輛。所述車輛包括發動機、電動機、具有旁通離合器的變矩器、變速器和控制器。所述控制器被配置成響應於降低的扭矩請求，使變矩器的旁通離合器維持在接合位置並應用來自電動機的電機扭矩以維持旁通離合器的非零打滑。所述控制器還可被配置成響應於降低的發動機扭矩，維持處於接合位置的旁通離合器非零打滑。所述控制器還可被配置成響應於打滑超過對應的閾值使旁通離合器從接合位置運動至未接合位置。所述控制器還可被配置成響應於發動機扭矩超過對應的閾值使旁通離合器從接合位置運動至未接合位置。所述控制器還可被配置成當發動機扭矩的變化率大於對應的閾值時使旁通離合器從接合位置運動至未接合位置。所述車輛還可包括駕駛踏板，其中，所述控制器還被配置成當鬆開加速踏板時，使旁通離合器維持在具有非零打滑的接合位置。在實施例中，提供一種用於控制在發動機和自動有級變速器之間具有牽引電機的混合動力車輛的方法，所述變速器具有帶旁通離合器的變矩器，所述方法包括：使變矩器的旁通離合器接合至提供非零打滑的位置；響應於駕駛員的降低扭矩的要求，控制電機扭矩以維持接合和非零打滑。所述接合可包括調節旁通離合器壓力控制信號，以部分地接合旁通離合器。駕駛員的降低扭矩的要求可對應於加速踏板位置的改變。所述方法還可包括響應於鬆開加速踏板而控制旁通離合器，以使旁通離合器保持具有非零打滑的部分接合。所述方法還可包括響應於發動機扭矩降低而控制電機扭矩，以在旁通離合器中維持非零打滑。所述方法還可包括當打滑超過相關的閾值時，使旁通離合器不接合。所述方法還可包括當發動機扭矩超過對應的閾值時，使旁通離合器不接合。所述方法還可包括響應於發動機扭矩的變化率超過對應的閾值而使旁通離合器不接合。當結合附圖時，通過下面的詳細描述，本發明的實施例的其他目的、特點和優點將變得更易於明顯，其中，相同的標號指示對應的部件。附圖說明圖1示出了根據本發明的實施例的示例性混合動力車輛的動力傳動系統的的框圖；圖2示出了根據本發明的實施例的流程圖，該流程圖描述用於將電機扭矩調節到能夠維持變矩離合器的打滑的控制策略。具體實施方式在此公開本發明的具體實施例；然而，應該理解，公開的實施例僅是本發明的示例，本發明可以以各種形式和替代的形式實施。附圖不一定按照比例繪製；可能會誇大或最小化一些特徵，以示出特定部件的細節。因此，在此公開的具體結構和功能性細節不應該被解釋為限制，而僅僅作為用於教導本領域的技術人員以各種方式使用本發明的代表性基礎。現在參照圖1，示出了根據本發明的實施例的用於混合動力電動車輛的示例性動力傳動系統10的框圖。動力傳動系統10包括發動機20、諸如電動機/發電機30(「電機」)的電機構、牽引電池36、變矩器40以及多級自動變速器50。發動機20和電機30是車輛的驅動源。發動機20通過分離式離合器32可連接到電機30，由此，發動機20和電機30兩者串聯連接。電機30連接到變矩器40。當發動機20通過分離式離合器32連接到電機30時，變矩器40通過電機30連接到發動機20。變速器50連接到車輛的驅動輪60。從發動機20和/或電機30施加的驅動力通過變矩器40和變速器50傳遞到驅動輪60，從而推進車輛。變矩器40包括固定到電機30的輸出軸42的泵輪轉子以及固定到變速器50的輸入軸(未示出)的渦輪轉子。變矩器40的渦輪可由變矩器40的泵輪液力地驅動。因此，變矩器40可在電機30的輸出軸42與變速器50的輸入軸之間提供液力耦合。變矩器40還包括變矩器離合器44(即，旁通離合器44)。變矩器44在接合位置(即，鎖止位置、應用位置等)和未接合裝置(即，未鎖止位置等)之間可控制。在接合位置，變矩器44使變矩器40的泵輪和渦輪摩擦連接，這消除了這些部件之間的液力耦合以及增扭。在未接合位置，變矩器離合器44允許變矩器40的泵輪和渦輪之間的液力耦合。當變矩器離合器44未接合時，變矩器40的泵輪和渦輪之間的液力耦合吸收並削弱動力傳動系統中的不被接受的振動和其他擾動。這樣的擾動源包括從發動機20應用的用於推進車輛的發動機扭矩。然而，當變矩器離合器44未接合時，由於與液力耦合和增扭相關的損耗導致車輛的燃料經濟性降低。因此，當提高車輛燃料/能源效率可能時，期望變矩器離合器44接合。可通過離合器閥46的操作來控制變矩器離合器44，例如，可通過脈衝寬度調製電磁閥來實施所述離合器閥46。響應於控制信號，離合器閥46對變矩器離合器44加壓和洩壓以使泵輪和渦輪之間的摩擦連接接合或不接合。可控制變矩器離合器44施加的壓力，從而變矩器離合器44既不完全地接合也不完全地不接合，取而代之的是變矩器離合器44施加的壓力被調節成在變矩器40的泵輪和渦輪之間產生可變量的打滑。變矩器40的打滑與變矩器40的泵輪和渦輪的轉速差對應。隨著變矩器40接近完全接合位置，變矩器40的打滑接近於零。相反地，隨著變矩器離合器44朝向未接合位置運動，變矩器40的打滑量變得更大。當被操作成產生可變量的打滑時，變矩器40可通過增大打滑而用於吸收振動(當進行傳動比改變時，當駕駛員從加速踏板釋放壓力時等)，因此，導致發動機扭矩的更大一部分通過液力作用從泵輪傳遞至變矩器40的渦輪。噹噹前的環境和/或車輛運行工況產生扭矩擾動的可能性較小時，變矩器離合器44可更充分地接合，從而在沒有顯著影響操縱性的情況下提高燃料經濟性。然而，再次如上所述，由於變矩器離合器44接合時可提高車輛的燃料經濟性/能源效率，所以當有可能時便期望使變矩器離合器44接合。如上所述，發動機20通過分離式離合器32可連接到電機30。具體地，發動機20具有發動機軸22，所述發動機軸22通過分離式離合器32可連接到電機30的輸入軸24。仍然如上所述，電機30的輸出軸42連接到變矩器40的泵輪。變矩器40的渦輪連接到變速器50的輸入軸。變速器50包括多個離散傳動比。變速器50包括連接到差速器56的輸出軸54。驅動輪60通過各自的車軸66連接到差速器56。通過這樣的布置，變速器50向驅動輪60傳遞動力傳動系統的輸出扭矩68。發動機20是用於動力傳動系統10的主要動力源。發動機20是內燃發動機(諸如汽油、柴油或天然氣提供動力的發動機)。發動機20產生發動機動力以及相對應的發動機扭矩76，當發動機20和電機30通過分離式離合器32連接時所述發動機扭矩76被供應到電機30。發動機動力與發動機20的發動機扭矩76和發動機轉速的乘積(product)對應。為了用發動機20驅動車輛，發動機扭矩76的至少一部分通過分離式離合器32從發動機20傳遞至電機30，然後通過變矩器40從電機30傳遞至變速器50。牽引電池36是用於動力傳動系統10的第二動力源。電機30通過線路53連結到電池36。根據具體的車輛操作模式，電機30或者將儲存在電機36中的電能轉換成具有電機扭矩78的電機動力，或者向電池36傳送對應量的電能。電機動力與電機扭矩78和電機30的電機轉速的乘積對應。為了驅動具有電機30的車輛，電機扭矩78也通過變矩器40被傳遞到變速器50。當產生被儲存在電池36中的電能時，在驅動模式中，電機30從發動機20獲得動力，或者從車輛中的慣性獲得動力，這是因為電機30作為被稱為再生制動模式中的制動器。如所描述的，發動機20、分離式離合器32、電機30、變矩器40和變速器50可依次地串聯連接，如圖1所示。這樣，動力傳動系統10代表模塊化混合動力傳動系統(MHT)構造，其中，發動機20通過分離式離合器32連接到電機30，電機30通過變矩器40連接到變速器50。根據分離式離合器32是否接合或未接合來確定將輸入扭矩76和78中的哪個傳遞到變速器50。例如，如果分離式離合器32未接合，那麼然後僅電機扭矩78被供應到變速器50。如果分離式離合器32接合，那麼然後發動機扭矩76和電機扭矩78均被供應到變速器50。當然，如果僅期望發動機扭矩76用於變速器50，則分離式離合器32接合，但並不激勵電機30，從而僅發動機扭矩76被供應到變速器50。變速器50包括行星齒輪組(未示出)，所述行星齒輪組通過摩擦部件(未示出)的選擇性接合而按照不同的齒輪傳動比選擇性地布置，以建立期望的多個離散傳動比。摩擦部件通過換擋計劃可控制，所述換擋計劃連結或斷開行星齒輪組的某些部件，以控制變速器的輸出和輸入的比率。變速器50基於車輛的需求從一級自動地換擋到另一級。然後，變速器50向車軸66提供動力傳動系統的輸出扭矩68，最終驅動驅動輪60。可通過廣範圍的變速器布置實施變速器50的動能細節。變速器50是用於本發明的實施例的變速器布置的示例。從發動機和/或電機接收輸入扭矩然後以不同級別向輸出軸提供扭矩的任何多級變速器均可適用於本發明的實施例。動力傳動系統10還包括組成車輛系統控制器的動力傳動系統控制器80。由車輛駕駛員使用加速踏板92，以提供推進車輛所要求的扭矩或駕駛要求。通常，踩壓加速踏板92產生可被解釋為要求增大動力的加速踏板位置信號。類似地，駕駛員踩壓踏板92越輕，相應的踏板位置信號通常被解釋為請求的車輛動力越低。徹底鬆開加速踏板92可允許車輛滑行，或者可被解釋為根據具體應用和實施請求輕制動發動機/電機。控制器80在發動機扭矩信號100(代表從以對應的發動機轉速運行的發動機20將被提供到變速器50的發動機扭矩76的量)和電機扭矩信息98(代表從以對應的電機轉速運行的電機30將被提供到變速器50的電機扭矩78的量)之間分配總驅動/動力命令。反過來，發動機20產生發動機扭矩76，並且電機30為變速器50產生電機扭矩78，以推進車輛。這樣的用於推進車輛的發動機扭矩76和電機扭矩78是「正向」扭矩。然而，發動機20和電機30均可為變速器50產生用於制動車輛的「反向」扭矩。控制器80還被配置成控制離合器閥46，以反過來控制變矩器40的變矩器離合器44的運行。控制器80控制變矩器40的運行，從而在接合位置和未接合位置之間的範圍內調節變矩器離合器44，以在變矩器40中產生可變量的打滑。重申，變矩器40的打滑對應於變矩器40的輸入轉速和輸出轉速之間的差。隨著變矩器離合器44接近接合狀態，輸出轉速接近輸入轉速，從而當變矩器離合器44處於完全接合位置時，打滑為零。相反地，隨著變矩器離合器44接近未接合位置，輸出轉速偏離輸入轉速，從而打滑量變得更大。可使用一個或更多個相應的傳感器和運行參數來測量或確定打滑量。例如，可使用電機電流或相應的電機輸出轉速傳感器來確定泵輪轉速。可使用渦輪轉速傳感器來確定變速器的輸入轉速。類似地，可使用變速器輸出轉速傳感器或者一個或更多個車輪轉速傳感器，以便使用當前的齒輪傳動比來推斷變速器輸入轉速。如在此所使用的，一個或更多個傳感器可被集中稱為打滑傳感器48，所述打滑傳感器48被構造成感測變矩器40的打滑並向控制單元80提供指示打滑的信息。現在參照圖2，並繼續參照圖1，示出了根據本發明的實施例的流程圖200，所述流程圖200描述了用於調節電機30的電機扭矩78以能夠維持變矩器40的變矩器離合器44的打滑的控制策略的操作。在一個實施例中，如框202所示，當利用來自發動機20的發動機扭矩76來推進車輛時，可運行控制策略。在這段時間期間，可提供或者不提供來自電機30的電機扭矩78以補充發動機扭矩76，從而推進車輛。在任一事件中，用於推進車輛的總輸入扭矩(即，發動機扭矩76和電機扭矩78(如果有))與基於加速踏板92的位置的總驅動命令對應。如上所示，只要有可能提高燃料經濟性，便期望使變矩器離合器44閉合至其接合位置。因此，在駕駛員已經踩壓加速踏板92一段時間並且車輛已經達到足夠的速度之後，控制器80控制器變矩器離合器44閉合至其接合位置，如框204所示。結果，變矩器離合器44的打滑量相對較小，在這段時間內，由於發動機扭矩的擾動等可能最小，所以這提供可接受的操縱性。在框202和204之後的某一時刻，駕駛員鬆開加速踏板92，如框206所示。駕駛員可鬆開加速踏板92，以使車輛進行滑行或者使車輛能夠制動。在任一事件中，由於駕駛員鬆開加速踏板92，所以總驅動命令被降低，並且來自發動機20的發動機扭矩76相應地降低。如果變矩器離合器44保持在框204中所述的接合位置附近而不進行任何的調節，則發動機扭矩76的降低會導致變矩器40的打滑變小並達到零。零打滑情況可導致將不期望的扭矩擾動傳遞到車輛結構中。然而，變矩器40中的小的非零打滑量提供一些阻尼，從而任何惡劣的振動不會被傳遞到車廂。如在下面將要解釋的，控制策略提供一種調節技術，從而在發動機扭矩76降低期間在變矩器離合器44位於如框204所述的其接合位置附近的情況下，變矩器40的打滑不會達到零。通常，由於當駕駛員鬆開加速踏板92時發生發動機扭矩76的降低，所以變矩器離合器44被控制成朝向其未接合位置運動，以在變矩器40中引入打滑。產生打滑以吸收由鬆開加速踏板92導致的發動機扭矩76降低和/或變化率而引起的動力傳送系統的擾動，並且還防止當再次踩壓加速踏板92時發動機燃燒脈衝(enginecombustionpulse)的傳播。例如，動力傳動系統擾動可能由於在正常驅動期間發生的發動機20的燃燒脈衝引起，並且也可能由於加速踏板92被鬆開導致的發動機扭矩76的改變而引起。在與典型操作對比時，控制策略使變矩器離合器44維持在如框204所述其接合位置附近，並控制電機30產生相對小量的電機扭矩78，以防止變矩器離合器44的打滑降低、變得更小以及達到零，如框208所示。即，對於按照典型的操作所尋求的是控制變矩器離合器44從如框204所述的接合位置朝其未接合位置運動，以在變矩器40中產生打滑，取而代之的是，控制電機30產生電機扭矩78增大分量，以防止變矩器40的打滑變得更小以及達到零。這種由電機30產生的相對小的額外電機扭矩從電機30被應用到變矩器40，並且按形勢需要，所述額外電機扭矩可以是正向或反向輸入扭矩。在根據本發明的實施例中在框208中用於控制電機30以能夠使變矩器離合器44的接合維持的標準包括下面的內容。監視來自發動機20的發動機扭矩76的扭矩水平和變化率。如果所述扭矩水平和變化率超過特定的閾值並且變矩器40中的打滑量低於特定值，那麼然後電機30接合，以增加較小量的電機扭矩，從而防止變矩器40的打滑達到零。因此，電機30用於保持變矩器離合器44處於一種模式(即，位於如框204所述其接合位置附近)中，其中變矩器離合器44能夠維持燃料經濟性，同時通過所產生的額外電機扭矩分量使發動機扭矩的變化被平穩地輸出。為了控制從電機30而來的輸出扭矩量，輸入/輸出控制線可被附加到發動機控制環路中。雖然在上面描述了示例性實施例，但是並不意味著這些實施例描述了本發明的所有可能的形式。相反，在說明書中使用的詞語是描述性詞語而非限制性詞語，應該理解，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可進行各種改變。另外，實施的各個實施例的特徵可結合，以形成本發明的進一步的實施例。