專利名稱：用于控制混合動力車輛中離合器接合的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于控制混合動力車輛中離合器接合的系統(tǒng)和方法， 其可以改善加速性能和駕駛性能，減少接合沖擊，并且以簡單且方便 的方式提供各種離合器接合方式。
1背景技術(shù)：
混合動力汽車，在廣義范圍內(nèi)，指由至少二種不同類型動力源聯(lián)
合驅(qū)動的車輛。但是，通常，它指的是由燃料驅(qū)動的發(fā)動機(engine) 和由電池驅(qū)動的電動機(motor)供能的車輛。該混合動力車輛指的是 混合動力電動車輛。 20 為了滿足今天社會改善燃料效率和發(fā)展更環(huán)保產(chǎn)品的需要，正在
積極地研究和開發(fā)混合動力電動車輛。
如本領(lǐng)域公知的，混合動力電動車輛有各種動力傳遞結(jié)構(gòu)。到現(xiàn) 在為止已經(jīng)研究的大多數(shù)混合動力電動車輛采用并聯(lián)型結(jié)構(gòu)或串聯(lián)型 結(jié)構(gòu)。
25 這里，發(fā)動機和電動機串聯(lián)設(shè)置的串聯(lián)型具有比并聯(lián)型結(jié)構(gòu)更簡
單和控制邏輯更簡單的優(yōu)點。但是，因為它將來自發(fā)動機的機械能存 貯在用于運轉(zhuǎn)電動機和驅(qū)動車輛的電池中，它具有能量轉(zhuǎn)換效率低的 缺點。
相反，并聯(lián)型具有比串聯(lián)型結(jié)構(gòu)更復雜且控制邏輯更復雜的缺點。 30但是，因為它可以同時使用發(fā)動機的機械能和電池的電能，它具有高 效地使用能量的優(yōu)點。
同時，如圖1所示，典型的混合動力車輛包括集成起動器和發(fā)動器(integrated starter and generator, ISG) 101、發(fā)動機103、離合器105、 電動機107、和變速器(transmission) 109，其中IGS 101和發(fā)動機103 的位置是可變的。
ISG101涉及能夠電動和發(fā)電的電動機。它通過機械方式，例如皮 5帶、鏈條、齒輪等與發(fā)動機103連接，并且它的連接比根據(jù)臨時要求 可變地確定。電動機107涉及能夠電動和發(fā)電的電動機。變速器109 是能夠通過自動控制改變輸入和輸出之間的傳動比的裝置，且由一個 或更多個行星齒輪裝置或差動齒輪裝置組成。
同時，在具有自動控制的主離合器105的混合動力電動車輛或裝 io有手自排變速器(AMT)的車輛中，車輛的駕駛性能和持久性依賴于 主離合器的接合方式，該主離合器起到中斷或傳遞發(fā)動機動力的作用。 但是，通常地，適當?shù)碾x合器接合方式不是根據(jù)各種因素選擇的， 并且離合器接合引起的扭矩變化不被主動控制，因此車輛的持久性、 駕駛性能、加速性能和燃料效率降低。 15 在背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強對本發(fā)明的背景技術(shù) 的理解，并因此其可包含不形成對于本國家的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已 知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容
20 為了解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述問題而做出本發(fā)明。
一方面，本發(fā)明提供用于在混合動力車輛中控制離合器接合的系 統(tǒng)，該混合動力型車輛包括設(shè)置在發(fā)動機和電動機之間的離合器，該 系統(tǒng)包括用于從基于車輛狀態(tài)、使用者的離合器接合中斷請求、和使 用者的離合器滑動請求的多種離合器接合方式中選擇接合方式的確定
25 單元。
在一個優(yōu)選的實施方式中，多個離合器接合方式按照發(fā)動機起動
曲線(profile)、點火RPM、點火后發(fā)動機RPM命令、和摩擦起動RPM 的差值來分類。
在另一個優(yōu)選的實施方式中，多個離合器接合方式包括第一離 30 合器接合方式，其中在離合器的部分彼此分離的狀態(tài)，發(fā)動機側(cè)離合
器部分的速度和變速器側(cè)離合器部分的速度是同步的，并且然后油壓增加；第二離合器接合方式，其中在離合器的部分是相互滑動的狀態(tài)， 兩個速度是同步的，并且然后油壓增加；和第三離合器接合方式，其 中在電動機側(cè)離合器部分的速度高于發(fā)動機側(cè)離合器部分的速度的狀 態(tài)，離合器的部分互相接合，從而對車輛實施制動力。 5 在又一優(yōu)選的實施方式中，該系統(tǒng)進一步包括計算用于調(diào)節(jié)離
合器兩部分之間速度差的發(fā)動機扭矩命令和VFS當前命令的第一控制
單元；和計算用于調(diào)整在離合器接合過程中傳輸給車輛的扭矩的電動
機扭矩命令的第二控制單元。
在又一優(yōu)選的實施方式中，第一控制單元包括滑動量計算單元; 10 和發(fā)動機扭矩命令計算單元，該單元用于基于由滑動量計算單元計算
的滑動量計算發(fā)動機扭矩命令，其中根據(jù)該滑動量的發(fā)動機扭矩表根
據(jù)離合器接合方式而變化。
在又一優(yōu)選的實施方式中，第二控制單元包括離合器模式單元，
其用于通過接收滑動量、離合器設(shè)計說明、當前離合器壓力、和根據(jù) 15 油溫的離合器摩擦系數(shù)而計算當前離合器傳輸扭矩；和電動機扭矩命
令計算單元，其用于根據(jù)差值而計算電動機扭矩命令，該差值通過比
較由離合器模式單元計算的當前離合器傳輸扭矩和駕駛員要求扭矩而獲得。
另一方面，本發(fā)明提供用于在混合動力車輛中控制離合器接合的 20 方法，該混合動力車輛包括設(shè)置在發(fā)動機和電動機之間的離合器，該 方法包括基于車輛狀態(tài)、離合器接合中斷請求和離合器滑動請求從多 種離合器接合方式中選擇接合方式。
在進一步優(yōu)選的實施方式中，多個離合器接合方式按照發(fā)動機起
動曲線、點火RPM、點火后發(fā)動機RPM命令、和摩擦起動RPM的差
25 值來分類。
在又一優(yōu)選的實施方式中，該方法進一步包括計算發(fā)動機扭矩 命令，其用于通過反映根據(jù)離合器接合方式的參數(shù)變化而調(diào)節(jié)離合器 兩部分之間的速度差；和計算電動機扭矩命令，其用于在離合器接合 過程中調(diào)整傳輸給車輛的扭矩。 30 可以理解，本文所使用的術(shù)語"車輛"或"車輛的"或其它類似
術(shù)語一般包括機動車，例如載客汽車，包括運動型多功能車(SUV)、公共汽車、卡車、各種商用車，包括各種船和艇的水運工具，飛機， 等等。
本發(fā)明的上述和其它特性和優(yōu)點將從附圖和以下詳細說明中變得 明顯或在其中更詳細地說明，附圖結(jié)合在此說明書中并且形成此說明 5 書的一部分，以下詳細說明一起被用作通過實施例說明本發(fā)明的原理。


本發(fā)明的上述和其它特性將參考其某些示例性的實施方式詳細說 明，該實施方式由附圖舉例說明，下文提供的附圖僅僅出于舉例說明 10 的目的，因此不是對本發(fā)明的限制，其中
圖1是示出通常的混合動力電動車輛的配置的示意圖； 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的離合器接合控制系統(tǒng)所使 用的配置的示意圖3是示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施方式的離合器接合控制系統(tǒng)的示 15 意圖4是示出在第一離合器接合方式中各自侖令變化的示意圖； 圖5是示出在第二離合器接合方式中各自命令變化的示意圖6是示出在第三離合器接合方式中各自命令變化的示意圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施方式的離合器接合方式確 20 定的示意圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第一控制單元的控制流程的流程圖； 圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的第二控制單元的配置的示意圖；以及 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的第二控制單元的控制流程的流程圖。 應(yīng)該理解的是，附圖不必然呈比例，而只是表示本發(fā)明的基本原 25 理的各種優(yōu)選特征圖例的簡化表示。包括例如特定尺寸、方向、位置 和形狀的本文所公開的本發(fā)明的特定設(shè)計特征，將通過特定應(yīng)用和使 用環(huán)境被部分地確定。
具體實施例方式
30 現(xiàn)在將參照本發(fā)明的優(yōu)選實施方式詳細說明，其實施例在以下附
圖中舉例說明，其中類似的參考數(shù)字表示類似的元件。以下說明實施方式從而通過參照附圖來解釋本發(fā)明。
如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的離合器接合控制系統(tǒng)200執(zhí)行離合器 接合模式選擇和扭矩控制。該控制系統(tǒng)200將可變力螺線管(VFS)電 流命令傳送給VFS激勵電路300。根據(jù)該電流命令，激勵電路300驅(qū) 5動VFS 400來改變作用于離合器的油壓。
如圖3所示，控制系統(tǒng)200包括離合器接合方式確定單元201、用 于控制離合器兩部分之間的速度差的第一控制單元211、和用于在離合 器接合過程中控制傳輸給車輛的扭矩的第二控制單元251。 上述各個構(gòu)件將在下面詳細描述。 io 首先，離合器接合模式確定單元201將參考圖3至7描述。
如圖3所示，離合器接合方式確定單元201接收車輛狀態(tài)信息202、 用戶的離合器接合中斷請求203、和用戶的離合器滑動請求204作為輸 入值來確定適當?shù)碾x合器接合方式(方法)206，并傳輸輸送中斷請求 205。用于本發(fā)明的離合器接合方式包括如圖4所示，第一離合器接 15 合方式(開/關(guān)接合方式)，其中在離合器的部分彼此分離的狀態(tài)，發(fā)動 機側(cè)離合器部分的速度與變速器側(cè)離合器部分的速度是同步的，并且 然后油壓增加；如圖5所示，第二離合器接合方式(滑動接合方式)， 其中在離合器的部分是相互滑動的狀態(tài)，兩個速度是同步的，并且然 后油壓增加；和第三離合器接合方式(發(fā)動機被動運轉(zhuǎn)的接合方式)， 20 其中在電動機側(cè)離合器部分的速度高于發(fā)動機側(cè)離合器部分的速度的
狀態(tài)，離合器的部分互相接合，從而對車輛實施制動力。 接著，將詳細描述根據(jù)本發(fā)明的離合器接合。
(A) 啟動發(fā)動機且確定離合器接合。
(B) 發(fā)出發(fā)動機起動曲線的命令且根據(jù)上述命令操作發(fā)動機 25 —RPM。當它達到點火RPM時，執(zhí)行車輛點火。點火之后的發(fā)動機RPM
命令用黑色線示出。
(C) 在上述發(fā)動機起動過程中，離合器油壓控制單元執(zhí)行初始填 充過程，其中工作流體適當?shù)爻淙腚x合器的未占用空間。執(zhí)行該初始 填充過程是為了防止工作流體在離合器開啟狀態(tài)的預(yù)定時間以后不充
30入離合器的未占用空間，并且為了通過應(yīng)用更多一點的壓力使離合器 開始滑動。(D) 在點火之后，如果實際的發(fā)動機RPM隨著發(fā)動機RPM命令 增加，并且因此落入作為目標接合RPM的電動機RPM的預(yù)定范圍之 內(nèi)，在初始填充過程后向離合器施加油壓以弓I起摩擦和接合。
(E) 在離合器的兩部分的摩擦過程中，如果兩部分之間的速度差 5低于預(yù)定范圍，施加最高壓力以獲得彼此完全接合，且然后終止離合
器接合控制。
上述過程(A)到(E)以相同方式但僅以下述差別應(yīng)用于第一至 第三離合器接合方式i)發(fā)動機起動曲線、ii)點火RPM、 iii)點火 后發(fā)動機RPM命令、和iv)摩擦起動RPM的差值。 io 特別地，在第一離合器接合方式中，發(fā)動機起動RPM以適當?shù)男?br> 率增加到大約800rpm，并且點火RPM設(shè)定為大約800 rpm。此外，點 火后的發(fā)動機RPM命令以適當斜率增加，且摩擦起動RPM的差值設(shè) 定為接近O。
在第二離合器接合方式中，發(fā)動機起動RPM以與第一離合器接合 15 方式相同的適當斜率增加到大約800 rpm，但是點火RPM設(shè)定為低至 大約500 rpm從而快速獲得發(fā)動機扭矩。此外，點火之后的發(fā)動機RPM 命令以比前一個高的適當斜率增加，并且摩擦起動RPM的差值設(shè)定為 其中發(fā)動機RPM比電動機RPM大的數(shù)值，例如，1000 rpm。根據(jù)上 述設(shè)定，在滑動過程中加速力被傳輸給車輛，并因此改善車輛的加速 20 性能。
第三離合器接合方式涉及用于將制動力傳送給車輛的方式，其中， 在發(fā)動機起動RPM曲線中，發(fā)動機以低于普通狀態(tài)的速率加速、或在 離合器能夠直接接合而不使發(fā)動機加速的情況下不加速。然而，因為 在0至100 rpm的范圍內(nèi)發(fā)動機產(chǎn)生相當大的振動，優(yōu)選在上述范圍中
25增加發(fā)動機起動RPM曲線并且此后開始接合。
接下來，當實際的發(fā)動機RPM增加到命令區(qū)域時，點火RPM設(shè) 定為發(fā)動機不能達到的RPM數(shù)值，例如1000rpm，因此不引起點火。 同時，當摩擦起動RPM數(shù)值設(shè)定為預(yù)定的高數(shù)值時，例如1000rpm， 離合器的兩部分開始摩擦，并且不進行點火。因此，僅具有摩擦阻力
30的發(fā)動機扭矩通過離合器摩擦傳輸給車輛，并由此獲得發(fā)動機制動作 用。此外，在第一至第三離合器接合方式中，接合方式的各種變化都 能通過改變某些命令值而實施。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施方式的離合器接合方式確 定方法的示意圖。
5 離合器接合方式確定單元210接收駕駛員要求扭矩701、車輛側(cè)離
合器速度703的傳輸、離合器狀態(tài)(開啟或鎖定)705、發(fā)動機制動請 求707、離合器接合中斷請求、離合器滑動請求等，并確定離合器接合 方式。
在該實施方式中，當請求發(fā)動機制動時，應(yīng)用第三離合器接合方 10式，在普通狀態(tài)應(yīng)用第一離合器接合方式，并且在離開停車點、駕駛 中快速加速、高坡度(inclination)和快速起動的情況下應(yīng)用第二離合 器接合方式。
特別地，當沒有駕駛員要求的離合器接合中斷請求和離合器滑動 請求時，執(zhí)行上述離合器接合方式確定。
15 根據(jù)上述離合器接合方式確定，發(fā)生如下參數(shù)的變化，例如在第
一控制單元中的PI控制器的增益數(shù)值(gain value) 216、根據(jù)時間的 滑動量表214、根據(jù)滑動量的發(fā)動機扭矩表213、和接合時間點。因此， 第一控制單元通過應(yīng)用上述變化而執(zhí)行控制操作，結(jié)果，計算在離合 器接合過程中用于發(fā)動機速度控制的發(fā)動機扭矩命令221和VFS電流
20 命令222。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的第一控制單元的控制流程。控制單元監(jiān)控 離合器兩部分的速度(S801)從而計算滑動量212，其是離合器兩部分 之間的速度差(S803)。
同時，應(yīng)用由離合器接合方式改變的參數(shù)(S805)以決定其是否 25到達接合開始滑動量(S807)。如果是這樣的話，控制單元根據(jù)滑動量 執(zhí)行PI控制(S808)并且根據(jù)滑動量執(zhí)行發(fā)動機速度控制(S810)。
在上述控制過程中，如果滑動量低于預(yù)定值(S812)，控制單元輸 出最大離合器接合壓力(S814)，將離合器接合壓力保持預(yù)定時間，并 且結(jié)束該離合器接合過程(S818)。 30 在PI控制過程中，在產(chǎn)生壓力命令后，該控制單元測量TM油溫
217和管路壓力(218)從而計算適當?shù)囊驍?shù)?？刂茊卧鶕?jù)這個因數(shù)，
10執(zhí)行補償過程(219)，由此計算VFS電流命令222。
同時，與第一控制單元的控制操作相同，執(zhí)行用于補償傳遞給車 輛變速器的扭矩的第二控制單元。
第二控制單元的配置在圖9中示出，并且它的控制流程在圖10中 5 示出。
接收滑動量256、離合器設(shè)計說明257 (有效半徑、部分的數(shù)量、 活塞面積等)、實時離合器壓力252、和根據(jù)油溫的離合器摩擦系數(shù)的 離合器模式253，計算實時的離合器傳輸扭矩。在該過程中，使用本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員公知的傳統(tǒng)離合器傳輸扭矩理論。 io 然后，第二控制單元計算如上計算的離合器傳輸扭矩之間的差值
和駕駛員所要求的扭矩1009 (S1013)，并根據(jù)該差值增加電動機扭矩 (S1015)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的離合器接合控制系統(tǒng)概括地包括用于基 于包括車輛狀態(tài)的變量而確定離合器接合方式的確定單元、以及用于
15 控制當由上述接合方式執(zhí)行離合器接合時所引起的扭矩變化的第一和 第二控制單元。
如上所述，用于在本發(fā)明的混合動力車輛中控制離合器接合的系 統(tǒng)和方法提供了包括以下的各種效果。
第一，基于包括車輛狀態(tài)、駕駛員要求扭矩、離合器接合中斷請 20求、離合器滑動要求等的多種變量而選擇適當?shù)碾x合器接合方式，這 樣改善了加速性能、燃料效率、駕駛性能、和車輛的耐久性。
第二，根據(jù)離合器接合方式的參數(shù)變化反映在控制操作的執(zhí)行中， 因此容易設(shè)計并提供各種離合器接合方式。
最后，在離合器接合過程中傳輸給車輛的扭矩得到控制，并因此 25 減少了接合沖擊。
本發(fā)明參考其優(yōu)選實施方式進行了詳細地說明。然而，本領(lǐng)域技 術(shù)人員能夠理解，可以在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下對這些 實施方式進行改變，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求及其等價物限定。
權(quán)利要求
1. 一種用于在混合動力車輛中控制離合器接合的系統(tǒng)，所述混合動力車輛包括設(shè)置在發(fā)動機和電動機之間的離合器，所述系統(tǒng)包括用于基于車輛狀態(tài)、離合器接合中斷請求和離合器滑動請求從多個離合器接合方式中選擇接合方式的確定單元。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的多個離合器接合方式按照發(fā)動機起動曲線、點火RPM、點火后發(fā)動機RPM命令、和摩擦起io 動RPM的差值來分類。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述的多個離合器接合方式包括第一離合器接合方式，其中在所述離合器的部分彼此分離的狀態(tài) 下，發(fā)動機側(cè)離合器部分的速度與變速器側(cè)離合器部分的速度是同步的，并且然后油壓增加；第二離合器接合方式，其中在所述離合器的部分是相互滑動的狀態(tài)下，上述兩個速度是同步的，并且然后油壓增加；以及第三離合器接合方式，其中在電動機側(cè)離合器部分的速度高于發(fā) 動機側(cè)離合器部分的速度的狀態(tài)下，所述離合器的部分互相接合，從而對車輛實施制動力。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進一步包括-第一控制單元，所述第一控制單元用于計算用于調(diào)節(jié)所述離合器 兩部分之間的速度差的發(fā)動機扭矩命令和VFS當前命令；和第二控制單元，所述第二控制單元用于計算在離合器接合過程中用于調(diào)節(jié)傳送給車輛的扭矩的電動機扭矩命令。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述的第一控制單元包括 滑動量計算單元；和發(fā)動機扭矩命令計算單元，所述發(fā)動機扭矩命令計算單元用于基于由滑動量計算單元計算的滑動量來計算發(fā)動機扭矩命令，其中，與滑動量有關(guān)的發(fā)動機扭矩數(shù)值由所述離合器接合方式確定。
6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述的第二控制單元包括離合器模式單元，所述離合器模式單元用于通過接收滑動量、離合器設(shè)計說明、當前離合器壓力、和根據(jù)油溫的離合器摩擦系數(shù)而計算當前離合器傳輸扭矩；和電動機扭矩命令計算單元，所述電動機扭矩命令計算單元用于根10據(jù)差值而計算電動機扭矩命令，所述的差值通過比較由所述離合器模式單元計算的所述當前離合器傳輸扭矩和駕駛員要求扭矩而獲得。
7. —種在混合動力車輛中控制離合器接合的方法，所述混合動力車輛包括設(shè)置在發(fā)動機和電動機之間的離合器，所述方法包括基于車 輛狀態(tài)、離合器接合中斷請求、和離合器滑動請求從多個離合器接合方式中選擇接合模式。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述的多個離合器接合方式按照發(fā)動機起動曲線、點火RPM、點火后發(fā)動機RPM命令、和摩擦起20 動RPM的差值來分類。
9. 如權(quán)利要求7所述的方法，進一步包括計算發(fā)動機扭矩侖令，其用于通過反映根據(jù)所述離合器接合方式的參數(shù)變化而調(diào)節(jié)所述離合器的兩部分之間的速度差；和 計算電動機扭矩命令，其用于在離合器接合過程中調(diào)節(jié)傳輸給車輛的扭矩。
全文摘要
本發(fā)明提供用于在混合動力汽車中控制離合器接合的系統(tǒng)和方法，其中適當?shù)碾x合器接合方式基于車輛狀態(tài)等選擇，且在離合器接合過程中離合器兩部分之間的速度差和傳遞給車輛的扭矩通過反映由離合器接合方式改變的參數(shù)而控制，由此改善加速性能和駕駛性能、減少接合沖擊，并且簡單地提供各種離合器接合方式。
文檔編號B60K6/387GK101456347SQ20081017141
公開日2009年6月17日 申請日期2008年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者吳宗翰, 申尚熙 申請人:現(xiàn)代自動車株式會社;起亞自動車株式會社