用于混合動力自動變速箱中能量率平衡的系統和方法
【專利說明】用于混合動力自動變速箱中能量率平衡的系統和方法
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請要求享有2013年3月15日提交的美國臨時申請61/786, 669的優先權，其 全部內容通過引用并入到本文中。
【背景技術】
[0003] 本發明大體上涉及一種混合動力車輛傳動系，且特別涉及一種調節傳動系的扭矩 輸出以匹配目標功率分布（target power profile)的方法。
[0004] 在過去的幾年里，由二氧化碳濃度上升造成的全球氣候變化以及油料供應短缺受 到日益增多的關注。結果，汽車制造商和消費者對具有低排放和高燃料效率的機動車產生 了極大的興趣。一個可行的選擇是混合動力電動車，其允許由電動機、內燃機或是二者的組 合來驅動車輛。
[0005] 混合動力傳動系（hybrid drive trains)中的變速箱通過傳遞和操縱扭矩而發揮 很多功能，以便將扭矩提供給輸出構件。駕駛員通過啟動加速器、制動踏板以及輔助制動選 擇器來指令發動機和/或電動機提供需要的功率（power)到車輛傳動系。變速箱被寄希望 精確地執行駕駛員的指令。由于變速箱改變傳動比，駕駛員的意圖不是總能夠實現。變速 箱中的換擋常常會造成傳動系功率輸出值的紊亂。所述紊亂表現為駕駛員和乘客可感知到 的振動。這樣的紊亂會造成駕駛員和乘客不舒服，或者還會產生不期望的駕駛體驗。
[0006] 混合動力車輛傳動系為基于使用者的特定需求來調整功率輸出值提供了附加的 選擇。例如，可調整功率分布來提供多種不同的功能，例如優化燃料經濟性、加速度最大化、 減小或消除換擋產生的振動，或者針對駕駛員和乘客的舒適性而使傳動系功率分布變得平 穩。然而，在將傳動系功率輸入轉換為期望的傳動系功率時存在一些問題。
[0007] 因此，需要在該領域中進行改進。
【發明內容】
[0008] 這里所描述的混合動力系統（hybrid system)解決了上面提到的一些問題以及其 他的問題。在一個實施例中，用于操作包括具有變速箱和功率源（power source)的傳動系 的混合動力車輛的方法包括下列步驟：接收駕駛員輸入的指令、確定車輛的當前狀態、確定 傳動系的損耗參數、根據輸入指令建立目標傳動系輸出功率分布、根據損耗參數的函數建 立傳動系內的功率損耗、根據損耗參數的函數和目標傳動系輸出功率分布建立達到目標傳 動系輸出功率分布所需的必要的輸入功率，以及供應必要的輸入功率到傳動系。損耗參數 可包括液壓功率損耗（hydraulic power loss)、動能功率損耗（kinetic power loss)和離 合器功率損耗（clutch power loss) 〇
[0009] 液壓功率損耗可根據變速箱內的液壓損耗參數的函數來計算。液壓損耗參數可包 括液壓流體的溫度、液壓流體的壓力以及液壓流體的流速。
[0010] 動能功率損耗可根據傳動系內的轉動慣量損耗參數的函數來計算。轉動慣量損耗 參數包括變速箱內的至少一個主體的轉動慣量、主體的轉動速度以及主體的轉動加速度。 動能功率損耗（Pk)通過公式
（i = I-N個主體）來計算，其中J是主體 的轉動慣量，ω是主體的轉速，診是主體的轉動加速度。
[0011] 離合器功率損耗則根據變速箱內的離合器損耗參數的函數來計算。離合器損耗參 數包括在兩個離合器片接合期間經離合器而傳遞的扭矩和每個離合器片的轉動速度。離合 器功率損耗（Pgs )通過公式
(m = I-K個主體）來計算，其 中TiiMi是在兩個離合器片接合期間經離合器而傳遞的扭矩，以及I Q1-Co2I是每個離合器 片的轉速之間的差的絕對值。
[0012] 功率源可包括混合動力模塊（hybrid module)中的發動機。必要的輸入功率可表 不成P發動機+P混合動力模塊，并且通過公式：
[0013]
[0014] 來計算，其中Pdl是目標傳動系輸出功率分布，J是變速箱中的i = I-N個主體的 轉動慣量，ω是變速箱中的i = I-N個主體的轉速，是變速箱中的i = I-N主體的轉動加 速度，在兩個離合器片接合期間經m= I-K個離合器而傳遞的扭矩，以及I CO1-CO2 是m= I-K個離合器中的兩個離合器片的轉速之間的差的大小。所述計算可由變速箱/混 合動力控制模塊（transmission/hybrid control module)執行。
[0015] 在一個實施例中，操作具有包括變速箱和功率源的傳動系的混合動力車輛的方法 包括以下步驟：建立目標傳動系輸出功率分布、根據變速箱內的液壓損耗參數的函數建立 傳動系的液壓功率損耗、根據傳動系內的轉動慣量損耗參數的函數建立傳動系的動能功率 損耗、根據變速箱內的離合器損耗參數的函數建立傳動系的離合器功率損耗、根據液壓損 耗參數、轉動慣量損耗參數以及離合器損耗參數的函數建立達到傳動系輸出功率分布所需 的傳動系輸入功率，以及調節功率源供應的扭矩以達到目標傳動系輸出功率分布。
[0016] 液壓損耗參數可包括液壓流體的溫度、液壓流體的壓力以及液壓流體的流速。轉 動慣量損耗參數可包括變速箱內的主體的轉動慣量、主體的轉動速度以及主體的轉動加速 度。動能功率損耗（Pk)可通過公式
（i = I-N個主體）來計算，其中J 是主體的轉動慣量，ω是主體的轉速，?是主體的轉動加速度。
[0017] 離合器損耗參數可包括在兩個離合器片接合期間經離合器而傳遞的扭矩和每個 離合器片的轉動速度。離合器功率損耗（P iiMl )通過公式：
[0018]
個主體）來計算，其中Tj^器是在兩個離 合器片接合期間經離合器而傳遞的扭矩，以及I W1-CO2I是每個離合器片的轉速之間的差 的絕對值。
[0019] 功率源可包括發動機和混合動力模塊。功率源所供應的扭矩可表示成P發動+Ps ^并且通過公式：
[0020]
[0021] 來計算，其中Pdl是目標傳動系輸出功率分布，J是變速箱中的i = I-N個主體的 轉動慣量，ω是變速箱中的i = I-N個主體的轉速，由是變速箱中的i = I-N主體的轉動加 速度，在兩個離合器片接合期間經m= I-K個離合器而傳遞的扭矩，以及I CO1-CO2 是m = I-K個離合器中的兩個離合器片的轉速之間的差的大小。
[0022] 本發明還包括用于執行這里所描述的任何動作的裝置。通過詳細描述和隨之提供 的附圖，本發明其他的形式、目的、特征、方面、好處、優點和實施方案將變清楚。
【附圖說明】
[0023] 圖1顯示了混合動力系統的一個實施例的示意圖。
[0024] 圖2顯示了圖1中的混合動力系統的電信系統的總圖。
[0025] 圖3顯示了沒有能量平衡的混合動力系統的功率輸出值。
[0026] 圖4顯示了具有功率平衡的混合動力系統的功率輸出值。
[0027] 圖5顯示了具有增強的能量平衡的混合動力系統的功率輸出值。
[0028] 圖6顯示了平衡混合動力車輛中的能量的方法的步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0029] 出于更好地理解本發明原理的目的，現在將參照在附圖中說明的實施方案，并且 使用詳細的語言來對其進行描述。然而需要理解的是，本發明的范圍并不因此而受到限制。 如同與本發明相關的領域的技術人員所通常想到的那樣，可以構思出對在此描述的實施方 案的任何修改和進一步的改進，以及對此處所描述的本發明原理的進一步應用。這里非常 詳細地顯示了本發明的一個實施方案，然而對于本領域的技術人員來說很明顯，為了簡要 起見，一些與本發明無關的特征也許不會顯示出來。
[0030] 在下面描述中的標記數字用于幫助讀者快速識別出首次顯示了各種部件的附圖。 特別是，首次出現了元件的附圖典型地由相應的標記數字的最左側的數字來表示。例如，由 "100"系列標記數字標出的元件將首次出現在圖1中，由"200"系列標記數字標出的元件將 首次出現在圖2中，以此類推。對于說明書、摘要和權利要求書來說，應當注意地是，單數形 式"一"、"該"等也包括復數，除非另有明確說明。作為說明，關于"一個裝置"或"該裝置" 包括一個或多個這種裝置或其等效物。
[0031] 圖1顯示了根據一個實施方案的混合動力系統100的示意圖。圖1中說明的混合 系統100適合用于商用卡車以及其他類型的車輛或運輸系統，但是可以設想混合動力系統 100的多個方面可結合到其他環境中。如圖所示，混合動力系統100包括具有變速箱106、 發動機102和混合動力模塊104形式的功率源以及驅動軸107的傳動系108。傳動系108 設置成在功率源和車輪110之間傳遞功率。混合動力模塊104結合了通常稱之為電機112 的電機器，和使發動機102與電機112和變速箱106操作性連接和脫開的離合器。能量存 儲系統134與逆變器132和電機112操作性連接。
[0032] 變速箱106是在車輛運動時能夠自動改變傳動比的自動變速箱。變速箱106具有 在操作中可以自動的方式選擇或改變的可變傳動比。變速