在改变混合动力车辆的变速箱的变速比时的转矩控制方法

摘要

本发明涉及一种用于混合动力车辆的转矩控制方法，在将内燃机(2)与第一车桥连接的变速箱(4)改变变速比期间，所述车辆还包括电机(20)，所述电机驱动第二车桥(22)，其特征在于，为了使离合器(8)分离，所述方法减少了对内燃机(2)的转矩的控制，这旨在达到经计算的低等级的目标转矩，并且相应地减小了离合器转矩设定值，随后在达到目标转矩的时刻(t1)，所述方法施加了内燃机转矩设定值的突减，以及施加了离合器(8)的瞬时分离指令，计算目标转矩以使所述突减形成转矩差，所述转矩差补偿了由于离合器完全分离而造成的动力系统惯量变化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力车辆的在改变变速箱的变速比时的转矩 控制方法，所述混合动力车辆包括通过离合器和变速箱驱动第一车桥的内 燃机，以及驱动另一车桥的电机，本发明还涉及一种实施这种方法的控制 计算机和混合动力车辆。

背景技术

一些称为并联式混合动力车辆的混合动力车辆设置有内燃机，所述内 燃机通过离合器驱动变速箱的输入轴，所述变速箱包括动力电机，所述电 机与所述输入轴连接。

尤其在文件FR-A1-2887495中示出了一种该类型车辆的离合器的已知 控制方法，该方法在离合器分离以改变变速比时实施，以避免输入轴上的 冲击，根据与该轴相关联的惯量变化，通过机动化装置对传送到该轴上的 转矩产生的突变取决于离合器的状态。

然而对于包括内燃机和动力电机的混合动力车辆，所述内燃机通过变 速箱驱动第一车桥，所述变速箱包括在其输入端的离合器，所述动力电机 驱动另一车桥，例如如果内燃机驱动车辆前桥并且电机驱动后桥，则需要 通过考虑位于传送装置外部的电机的惯量来设置该方法的适用性。

发明内容

本发明的目的尤其在于对于该类型的混合动力车辆在改变变速比时， 避免在离合器分离期间的撞击。

为此，本发明提供了一种用于混合动力车辆的转矩控制方法，在将内 燃机与第一车桥的主动轮连接的变速箱改变变速比期间，在使用该内燃机 行驶的过程中，该车辆还包括电机，所述电机驱动第二车桥的车轮，其特 征在于，为了在准备改变变速比时使离合器分离，所述转矩控制方法减少 了对内燃机转矩的控制，这旨在达到经计算的低等级的目标转矩，并且相 应地减小了离合器转矩设定值，这同样旨在达到该目标转矩，随后在通过 控制内燃机而达到目标转矩的时刻，所述转矩控制方法施加了内燃机转矩 设定值的突减，以及施加了离合器的瞬时分离指令，计算目标转矩以使该 突减形成转矩差，所述转矩差补偿了由于离合器完全分离而造成的动力系 统惯量改变，该计算考虑了带至输入轴的电机惯量以及车辆惯量，以及考 虑了该电机的转矩和车辆的阻力矩。

根据本发明的转矩控制方法的优点在于，为了改变变速箱的变速比， 可在离合器分离时通过输入轴上的转矩突减，准确计算通过内燃机惯量乘 以加速度而得到的动力矩的差值的补偿，并且还避免由于导致车辆加速度 振荡的突变而造成的冲击。

根据本发明的转矩控制方法还可包括以下可相互结合的一个或多个特 征。

更具体地，所述转矩控制方法可通过下列公式计算目标转矩的等级， 所述目标转矩对应于分离之前的设定值Cap2和完全分离之后的设定值 Cap1之间的差：

$C_{\mathrm{ap}2}-C_{\mathrm{ap}1}=\frac{\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}*(C_{\mathrm{ap}1}+\frac{\eta *C_{\mathrm{mel}}}{\rho }-\eta C_{\mathrm{res}})$

值“ηCmel/ρ”表示后置电机的惯量，所述惯量可根据其相对于其它惯 量的大小而在该计算中忽略不计。

有利地，在离合器转矩设定值减少期间，该方法保持该离合器转矩设 定值略大于内燃机转矩设定值，以维持离合器的同步性。

本发明的目的还在于提供一种用于混合动力车辆动力系统的控制计算 机，所述动力系统包括将内燃机与变速箱的输入轴连接的离合器，所述变 速箱驱动第一车桥的车轮，该车辆设置有电机，所述电机驱动第二车桥的 车轮，其特征在于，所述控制计算机包括实施转矩控制方法以改变变速箱 的变速比的部件，所述转矩控制方法根据任意其中一种上述特征实施。

本发明的目的还在于提供一种包括动力系统的混合动力车辆，所述动 力系统包括将内燃机与变速箱的输入轴连接的离合器，所述变速箱驱动前 轮，该车辆设置有电机，所述电机驱动后轮，其特征在于，该车辆包括实 施转矩控制方法以改变变速箱的变速比的部件，所述转矩控制方法根据任 意其中一种上述特征实施。

附图说明

通过阅读下文作为非限制性示例给出的详细说明和附图，本发明的其 它特征和优点将更加清楚，在附图中：

-图1是实施根据本发明的转矩控制方法的混合动力车辆的示意图；

-图2是该车辆的动力系统的简化示意图；

-图3是对于该方法示出了在改变变速比期间不同转矩曲线随时间变 化的曲线图；以及

-图4是对于变速比的这种改变示出了不同速度曲线的曲线图。

具体实施方式

图1示出了一种包括内燃机2的混合动力车辆，所述内燃机通过离合 器8与变速箱4的输入轴连接，所述变速箱包括离合器和切换速度的自动 控制装置，所述自动控制装置驱动车辆前轮6。

前置电机12与内燃机2始终联接，以辅助内燃机运行。

由电池16供电的后置电机20通过传动装置18与车辆后轮22联接。

传动系统的监控系统调配两个机动化装置2、20和离合器8的运行， 以及通过选择变速比调配变速箱4的运行，以用于决定行驶模式，所述行 驶模式根据驾驶员要求分配需获得的功率，以便获得能够减少能量消耗和 污染气体排放的运行点和车况的优化。

混合动力车辆还能够以多种行驶模式运行，所述多种行驶模式尤其包 括：使用后置电机20的电动模式，内燃机2停止并且变速箱4在空挡点 (point mort)；使用两个机动化装置的混合动力模式；带有两个机动化装置 的四轮驱动模式，也称为“E-AWD”模式，该模式能够改善车辆的运动性 能和抓地力；以及运动模式。

图2以简化方式示出了在离合器8分离以改变变速比时运行所述转矩 控制方法所需的一些物理量，以便避免冲击并且保持车辆加速度的连续性 以确保乘客的舒适性。标为“AV”的箭头示出了车辆向前行驶的方向。

所述转矩控制方法使用下列值：

aveh：车辆加速度(m/s²)

Cemb：离合器转矩(N.m)

Cmel：电机转矩(N.m)

Cmth：内燃机转矩(N.m)

Cres：车轮上的阻力矩(N.m)

Cap：输入轴转矩(N.m)

Jmel：电机惯量(kg.m²)

Jmth：内燃机惯量(kg.m²)

Jveh：车辆惯量(kg.m²)

η：变速箱的减速比

ρ：电机的传动装置的减速比

ωap：输入轴转速(rad/s)

ωroue：车轮转速(rad/s)

考虑到离合器完全分离前后的转矩对照。在使离合器同步分离之前， 内燃机惯量加设在输入轴上，得到如下公式：

$a_{\mathrm{veh}}=R\frac{{\mathrm{d\omega }}_{\mathrm{roue}}}{\mathrm{dt}}=R\frac{\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }+\frac{C_{\mathrm{mth}}}{\eta }-C_{\mathrm{res}}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}+\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2}}$

在离合器完全分离之后，得到如下公式：

$a_{\mathrm{veh}}=R\frac{{\mathrm{d\omega }}_{\mathrm{roue}}}{\mathrm{dt}}=R\frac{\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }+\frac{C_{\mathrm{emb}}}{\eta }-C_{\mathrm{res}}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}$

所述转矩控制方法的目的是在离合器完全分离时确保车辆加速度aveh 的连续性，并且因此保证前述两式相等。

$\frac{\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }+\frac{C_{\mathrm{mth}}}{\eta }-C_{\mathrm{res}}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}+\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2}}=\frac{\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }+\frac{C_{\mathrm{emb}}}{\eta }-C_{\mathrm{res}}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}$

分别在分离之前以及分离之后通过采用Cap2和Cap1来推导变速箱4 的输入轴上的转矩设定值：

$\left(\begin{array}{c}\frac{C_{\mathrm{mth}}}{\eta }=\frac{C_{\mathrm{ap}2}}{\eta }=(J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}+\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2})\frac{\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }+\frac{C_{\mathrm{emb}}}{\eta }-C_{\mathrm{res}}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}+C_{\mathrm{res}}-\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }\\ =\frac{(J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}+\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2})}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}*\frac{C_{\mathrm{ap}1}}{\eta }+\frac{\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}*(\frac{C_{\mathrm{mel}}}{\rho }-C_{\mathrm{res}})\end{array}\right)$

根据上述等式推导出在分离形成突变期间的ΔCap_cns，ΔCap_cns对应 于最终设定值Cap2和初始设定值Cap1之间的差，公式如下：

$C_{\mathrm{ap}2}-C_{\mathrm{ap}1}=\frac{\frac{J_{\mathrm{mth}}}{{\eta }^2}}{J_{\mathrm{veh}}+\frac{J_{\mathrm{mel}}}{{\rho }^2}}*(C_{\mathrm{ap}1}+\frac{\eta *C_{\mathrm{mel}}}{\rho }-\eta C_{\mathrm{res}})---\left(1\right)$

由此可见不仅需要考虑减去内燃机惯量Jmth以确立对接时无冲击，还 需要将由后置电机施加的转矩添加至施加在车轮上的阻力，以便确保在该 阶段中车辆加速度的连续性。

注意到在包括该控制方法的工业化软件范围内，以及为了优化实施所 述方法的计算机的负载和存储空间的目的，可通过根据大小忽略涉及后置 电机20的惯量的项来简化计算。

图3和图4通过随时间变化的函数示出了改变变速箱的变速比以切换 到具有最小减速比的高变速比示例。

时刻t0对应于变速比改变的开始，其中通过本方法确立了内燃机转矩 设定值40的下降，同时能够减小同样通过本方法确立的离合器转矩设定值 42，该减小保持同步，以到达时刻t1。在时刻t1以突变方式实现离合器的 分离。

内燃机转矩设定值40的曲线遵循由车况约束所确定的形状。尤其可对 第一阶段或第二阶段的形状使用不变的斜率。

内燃机转矩设定值40包括降低以到达经计算的目标转矩等级ΔCap的 斜线，示出了与零转矩等级之间具有较小的设定值差值，从该目标转矩起 该方法施加了该转矩设定值的突减。

曲线42示出了分离循环(boucle ouverte)实施的离合器转矩设定值 Cemb，其随着内燃机转矩设定值Cmth曲线40的下降而同时减小，同时保 持略高以避免滑动并且保持同步性。

离合器转矩设定值42与内燃机转矩设定值40一样在时刻t1达到目标 转矩等级ΔCap，以随后在该时刻执行转矩下降至零的突然分离。离合器在 其转矩设定值接近于最小值Δcap时快速分离，同时保持同步性。

目标转矩ΔCap对应于分离之前的设定值Cap2和完全分离之后的设定 值Cap1之间的差值，Cap1在该情况下为零，计算所述目标转矩以形成较 小的转矩差，所述转矩差补偿了由于离合器完全分离而减去内燃机惯量所 引起的动力系统上的惯量改变。

注意到在转矩设定值42下降的整个过程期间保持离合器的同步性，能 够减少对于操控内燃机的不确定性，该不确定性在离合器滑动时与可由该 离合器传送的转矩的估算值相关，这有利于控制。

曲线44示出了带至输入轴处的电机转矩设定值Cmel，其在时刻t0之 前等于恒定值Cmel1。

从由内燃机传送的转矩减小的时刻t0开始，电机转矩设定值44开始 沿着恒定斜线上升，以在时刻t1到达最大转矩值，该最大转矩值在离合器 的整个分离期间保持不变直至时刻t2，以便于至少部分补偿内燃机转矩40 的消失。

曲线46示出了在主动轮上实施的转矩，该转矩依次通过后置传动装置 18的减速比η和前置变速箱4的减速比ρ带至变速箱4的输入轴，以保持 相等的值。在离合器分离期间，仅由电机44传送转矩。

在时刻t1和t2之间离合器分离，变速箱能够自动完成变速比的改变， 该改变包括于输入轴的速度同步阶段，以及对应于该新变速比的齿轮接合 阶段。

时刻t2对应于在改变变速比之后离合器重新传递转矩的起始时刻。离 合器随后实现滑动，能够逐步重新传递转矩直至在时刻t3完全闭合，同时 滑动停止。

在对应于改变变速比结束的时刻t3之后，达到了内燃机最佳转矩值 Cmth和电机最佳转矩值Cmel。

为了包括在时刻t2和t3之间滑动的离合器闭合，采取如下方案。

离合器转矩设定值曲线42包括重新传送转矩的斜线，对于在时刻t2 和内燃机实施最佳转矩的时刻t3之间的时段，计算不变的斜率。在时刻t3， 离合器转矩设定值42突增，该突增能够极快地使离合器贴合并且使离合器 停止滑动。

在从时刻t1起离合器分离以及之后从时刻t2起该离合器滑动的整个阶 段期间，内燃机具有图4所示的旋转速度50，该旋转速度略大于变速箱输 入轴的旋转速度52。

离合器在时刻t2和t3之间滑动期间，按照确保与输入轴速度52切向 对接的设定值来操控内燃机的速度，以在从速度调节切换到转矩调节时遵 循内燃机转矩Cmth的连续性。

在离合器完全闭合时的时刻t3，用上文所示的公式(1)计算的设定值 差值ΔCap_cns考虑了由内燃机加设在该轴上的附加惯量，以能够保持输入 轴以及车辆的不变加速度。注意到需瞬时地产生阶跃，不然会导致产生颠 簸(des à-coups)。

还可仅通过补充软件以经济的方式实施，并且使用混合动力车辆中存 在的装备，通过消除在改变变速比阶段的颠簸而改善舒适性。

有利地，所述方法通过现有的计算机、更具体地通过内燃机的控制计 算机以经济的方式实施。