CN105799689A - 混合动力车辆及分离混合动力车辆中的超速离合器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力车辆及分离混合动力车辆中的超速离合器的方法。一种车辆包括连接到行星齿轮传动装置的发动机和电机、单向离合器以及控制器。单向离合器将扭矩从行星齿轮传动装置传递到超速齿轮。控制器响应于需要分离单向离合器的状况，基于电机的扭矩命令和从行星齿轮传动装置传递到超速齿轮的扭矩增加电机的扭矩。

Description

混合动力车辆及分离混合动力车辆中的超速离合器的方法

技术领域

本公开涉及用于混合动力电动车辆的动力传动系统。

背景技术

一类混合动力电动车辆的动力传动系统，通常被称为功率分流式动力传动系统，具有两种动力源。第一动力源包括内燃发动机，第二动力源包括电动马达、发电机和电池的组合。发动机和发电机连同行星齿轮组、中间轴和马达一起建立流向车辆牵引车轮的机械式扭矩流动路径和机电式扭矩流动路径。电池是用于发电机和马达的能量储存装置。在任何发电机转速和车速，发动机功率被分成两个功率流动路径。发动机转速由发电机控制，这就意味着在容许的发电机转速范围内，发动机转速可与车速脱钩。当发电机正在使用来自发动机的机械动力输入产生电力时，这种操作模式被称为“正动力分配”。

由于行星齿轮组的机械性能，发电机可将动力分配给行星齿轮组来驱动车辆。这种操作模式被称为“负动力分配”。因此，发电机、马达和行星齿轮组的组合可被认为具有电无级变速器(e-CVT)的特性。

发电机制动器可被激活使得发动机输出功率仅通过机械路径以固定齿轮比传递到动力传动系统的扭矩输出侧。因为没有倒挡齿轮(reversegear)，所以第一动力源只能影响车辆的向前推进。发动机需要发电机控制或应用发电机制动器来传递用于向前驱动的输出功率。

当第二动力源被激活时，电动马达从电池汲取电力并独立于发动机驱动车辆以进行向前驱动和倒车驱动两者。如果发动机产生的功率超过驾驶员需求，或者在捕获车辆动能的再生模式下，马达也可产生功率并给电池充电。此外，发电机能够从电池汲取电力并相对于发动机功率输出轴上的单向离合器逆向驱动以沿向前方向推进车辆。这种操作模式被称为“发电机驱动模式”。车辆系统控制器协调这两种动力源，使它们无缝地协同工作以在不超过动力传动系统系统限制的情况下满足驾驶员的扭矩需求。车辆系统控制器允许针对任何给定的车速和功率请求而连续调节发动机转速。机械式动力流动路径通过行星齿轮组为驱动轴提供有效的动力传递。

发明内容

在一个示例中，一种车辆包括：发动机和电机，连接到行星齿轮传动装置；单向离合器，被构造为将扭矩从行星齿轮传动装置传递到超速齿轮；控制器。控制器响应于需要分离单向离合器的状况，基于从行星齿轮传动装置传递到超速齿轮的扭矩增加电机的扭矩。

在另一示例中，一种混合动力车辆包括行星齿轮组、发动机、超速齿轮、单向离合器、发电机和控制器。行星齿轮组具有中心齿轮、齿轮架和环形齿轮。环形齿轮被构造为将扭矩传递至牵引车轮。发动机连接到齿轮架并被构造为将扭矩传递至行星齿轮组。超速齿轮被构造为将扭矩从发动机传递至牵引车轮。单向离合器被构造为当在动力传动系统的正常操作模式和超速操作模式之间切换时将扭矩从行星齿轮组传递至超速齿轮。发电机连接至中心齿轮，并被构造为当沿分离方向旋转时使单向离合器超越。控制器响应于需要从动力传动系统的超速模式切换至动力传动系统的正常操作模式的状况，根据扭矩命令沿分离方向改变发电机的扭矩，所述扭矩命令基于从行星齿轮组传递至超速齿轮的扭矩。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：改变发电机的扭矩，直到传递至超速齿轮的扭矩变为零为止。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于传递至超速齿轮的扭矩变为零，调节发电机的转速使得单向离合器达到超速状态。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于单向离合器达到超速状态，使单向离合器的接合机构缩回。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于单向离合器的接合机构缩回，退出动力传动系统的超速模式并调节发电机的转速以进入动力传动系统的正常操作模式。

根据本发明的一个实施例，单向离合器是电磁摇臂式单向离合器，其中，所述控制器还被配置为：响应于电磁摇臂式单向离合器以电子方式被停用，使电磁摇臂式单向离合器的摇臂缩回。

根据本发明的一个实施例，所述状况是功率需求的降低、功率需求的增加、制动、车速的降低或发动机关闭请求。

在又一示例中，公开了一种控制车辆的方法。所述车辆包括：发动机和电机，连接到行星齿轮组；单向离合器，被构造为将扭矩从行星齿轮组传递到超速齿轮。所述方法包括：响应于需要分离单向离合器的状况，基于从行星齿轮组传递到超速齿轮的扭矩增加电机的扭矩。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：增加电机的扭矩，直到传递到超速齿轮的扭矩变为零为止。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于传递到超速齿轮的扭矩变为零，调节电机的转速使得单向离合器达到超速状态。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于单向离合器达到超速状态，使单向离合器的接合机构缩回。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于单向离合器的接合机构缩回，退出超速模式并调节电机的转速以进入正常操作模式。

附图说明

图1示出了具有功率分流式动力传动系统的混合动力车辆；

图2示出了通过功率分流式动力传动系统的扭矩和速度传递；

图3示出了具有根据本公开的动力传动系统的混合动力车辆；

图4A和图4B以流程图的形式示出了用于控制根据本公开的动力传动系统的算法；

图5是电磁单向离合器的示意图；

图6是电磁单向离合器的详细视图；

图7A和图7B以流程图的形式示出了根据本公开的分别接合单向离合器和牙嵌式离合器的方法；

图8A和图8B以流程图的形式示出了根据本公开的分别分离单向离合器和牙嵌式离合器的方法；

图9以流程图的形式示出了用于控制根据本公开的动力传动系统的算法；

图10以流程图的形式示出了当以正常操作模式操作时用于控制发电机的算法；

图11A以流程图的形式示出了用于控制发电机的算法，包括正常操作模式和超速操作模式；

图11B以流程图的形式示出了混合动力车辆动力传动系统的总的扭矩输出。

具体实施方式

在此描述本公开的实施例。然而，应理解的是，所公开的实施例仅为示例，并且其他实施例可采用各种可替代形式。附图不必按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定应用或实施方式。

现在参照图1，示出了具有功率分流式动力传动系统的混合动力电动车辆。动力传动系统包括连接到传动系的两种动力源：(1)发动机16和电机50(可被称为发电机)，经由行星齿轮传动装置20连接在一起；(2)电驱动系统，包括电池12、电机46(可被称为马达)和发电机50。电池12是用于马达46和发电机50的能量储存系统。

车辆系统控制器(VSC)10被配置为将控制信号发送到电池12、发动机16、马达46以及发电机50中的一个或更多个并从它们那里接收感测的反馈信息，以为车辆牵引车轮40提供用于推进车辆的动力。控制器10控制电池12和发动机16之间的功率配比以提供推进车辆的动力，并因此控制电池12的荷电状态(SOC)。

传动装置14包括行星齿轮传动装置20，行星齿轮传动装置20包括环形齿轮22、中心齿轮24和齿轮架总成26。环形齿轮22将扭矩分配至包括啮合齿轮元件28、30、32、34和36的阶梯传动比齿轮。传动装置14的扭矩输出轴38通过差速器和车桥机构42可驱动地连接到车轮40。齿轮30、32和34安装在中间轴31上，齿轮32与马达驱动的齿轮44啮合。马达46驱动齿轮44。齿轮44用作中间轴31的扭矩输入。发动机16通过输入轴18将扭矩分配至传动装置14。电池12通过功率流动路径48将电力输送到马达46。如52处所示，发电机50电连接到电池12和马达46。

在发动机16关闭的情况下电池12用作唯一的动力源时，输入轴18和齿轮架总成26由超越联轴器(即，单向离合器(OWC))53制动。当发动机16开启且动力传动系统处于并联驱动模式时，机械制动器55使发电机50的转子和中心齿轮24固定，中心齿轮24用作反作用元件。

控制器10接收来自传动装置挡位选择器的信号PRND(驻车、倒车、空挡、前进)63，该信号连同如71处所示的期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动命令一起被分配至传动装置控制模块(TCM)67。电池开关73在车辆“点火开关接通”启动之后关闭。根据加速器踏板位置传感器(APPS)的输出65，控制器10向发动机16发出期望的发动机扭矩请求，如69处所示。如61处所示，制动踏板位置传感器(BPPS)将车轮制动信号分配至控制器10。制动系统控制模块(未示出)可基于来自BPPS的信息向控制器10发出再生制动命令。TCM67向发电机制动器55发出发电机制动控制信号。TCM67还将发电机控制信号分配至发电机50。

现在参照图2，示出了图1的动力传动系统的各个组件之间的功率流动路径的框图。在驾驶员使用发动机节气门的控制下，燃料被输送到发动机16。发动机16将发动机功率(τ_engω_eng，其中τ_eng是发动机扭矩，ω_eng是发动机转速)输送到行星齿轮传动装置20。行星齿轮传动装置20将功率(τ_ringω_ring，其中τ_ring是环形齿轮扭矩，ω_ring是环形齿轮转速)输送到中间轴31。输出轴38将功率(P_out＝τ_outω_out，其中τ_out和ω_out分别是输出轴38的扭矩和转速)输出到车轮40。发电机50可将功率输送到行星齿轮传动装置20或者可由行星齿轮传动装置20驱动。类似地，马达46和中间轴31之间的功率分配可沿任一方向进行。来自电池12的驱动功率或电池12的充电功率由双向箭头48表示。

发动机输出功率(τ_engω_eng)可分成机械功率流动路径(τ_ringω_ring)和电功率流动路径(τ_genω_gen到τ_motω_mot，其中τ_gen是发电机扭矩，ω_gen是发电机转速，τ_mot是马达扭矩，ω_mot是马达转速)。在这种所谓的正分配操作模式下，发动机16将功率输送到行星齿轮传动装置20，行星齿轮传动装置20将功率(τ_ringω_ring)输送到中间轴31，中间轴31进而驱动车轮40。行星齿轮传动功率中的一部分(τ_genω_gen)被分配给发电机50，发电机50将充电功率输送到电池12。电池12驱动马达46，马达46将功率(τ_motω_mot)分配至中间轴31。

如果发电机制动器55被激活，则建立并联操作模式。在并联操作构造中，发动机16开启而发电机50被制动。电池12为马达46提供电力，马达46在动力从发动机16传递到行星齿轮传动装置20再传递到中间轴31的同时为中间轴31提供动力。在利用第二动力源(被描述为包括电池12、马达46和发电机50)的操作期间，马达46从电池12汲取电力并独立于发动机16向动力传动系统提供推进。

如上所述，HEV具有两种动力源，用以将驱动功率输送到车轮40。第一动力源包括发动机16，第二动力源包括电池12。发动机16和电池12可同时或独立地提供牵引功率。控制器10控制电能和燃料能的配比以满足推进要求，从而相应地控制发动机16和电池12。

如可以观察到的，行星齿轮传动装置20在发动机16、发电机50和车辆牵引车轮40之间施加转速和扭矩关系。如上所讨论的，发电机50可被控制为使用行星齿轮传动装置20作为CVT而将动力从发动机16传递到车辆牵引车轮40。然而，在一些工况下，运转发电机50引起的损失超过CVT的能量效益。

作为示例，当车辆处于“稳态”操作(诸如以大致恒定的速度巡航)时，发电机50引起的运转损失可能超过1千瓦，而发动机16和牵引车轮40之间的齿轮比大致保持不变。这里，稳态操作是指车速恒定、驾驶员功率请求恒定以及用于给车辆充电的发动机功率的量大体上一致。这通常发生在驾驶员功率需求与“道路负载”或作用于车辆的力(例如滚动阻力、空气动力阻力等)的总和大致相同时。

现在参照图3，示出了根据本公开的动力传动系统。该动力传动系统包括连接到传动装置14'和传动系的两种动力源：(1)发动机16'和发电机50'，经由行星齿轮传动装置20'连接在一起；(2)电驱动系统，包括电池12'、电动马达46'和发电机50'。行星齿轮传动装置20'可包括环形齿轮22'、中心齿轮24'和齿轮架总成26'。发动机16'可连接到齿轮架总成26'，发电机50'可连接到中心齿轮24'。行星齿轮传动装置20'连同啮合齿轮元件28'、30'、32'、34'和36'在发动机16'、发电机50'和牵引车轮40'之间限定第一机械联动装置。通过啮合齿轮元件44'和32'、输出轴79以及啮合齿轮元件34'和36'在马达46'和牵引车轮40'之间限定机械联动装置。啮合齿轮元件30'、32'和34'围绕共同的输出轴79旋转，啮合齿轮元件34'和36'在输出轴79和输出轴38'之间限定主减速比。传动装置14'的输出轴38'通过差速器和车桥机构42'可驱动地连接到车轮40'。

另外，该动力传动系统包括固定地结合到齿轮元件30'而与输出轴79共同旋转的并联超速轴80。超速轴80结合到齿轮元件82，齿轮元件82与齿轮元件84啮合旋转。超速离合器86可操作为选择性地将齿轮元件84结合到发动机16'，并使扭矩脱离行星齿轮传动装置20'且将扭矩传递到超速齿轮传动装置上。超速离合器86包括接合机构，以使扭矩脱离行星齿轮传动装置20'并将扭矩传递到超速齿轮传动装置上。接合机构的示例包括但不限于牙嵌式离合器和单向离合器，诸如电子控制的摇臂单向离合器。啮合齿轮元件84和82具有被配置为当超速离合器86接合时在发动机16'和输出轴79之间限定超速转速和扭矩关系的固定齿轮比。如将在下面参照图4A和图4B所讨论的，控制器88被配置为响应于各种工况而选择性地命令超速离合器86接合或分离。当然，可以使用在发动机16'和输出轴79之间施加超速转速关系的其他齿轮传动装置。

现在参照图4A和图4B，以流程图的形式示出了控制动力传动系统的操作的方法。如在块90处所示，在离合器分离的情况下，根据正常逻辑(nominallogic)(或正常操作模式)操作混合动力车辆的动力传动系统。然后确定是否满足第一工况，如在操作92处所示。第一工况通常对应于从非稳态操作变为稳态操作，或对应于驾驶员功率需求和道路负载之间的差异的大小降低。第一工况可以是在块94处示出的列表A中的工况之一。第一工况可以是在第一稳定加速事件中的大致恒定的驾驶员功率需求。第一工况也可为：在第二加速事件之后，功率需求降低到大致等于道路负载。第一工况也可以是：在第三加速事件之后，驾驶员功率需求降低和再生制动的激活。应当注意的是，关于所述加速事件，“第一”、“第二”和“第三”是为了清楚起见而使用的，并非表示任何顺序或要求同时发生。如果不满足第一工况，则控制返回到块90。如果满足第一工况，则使离合器接合并以超速模式控制动力传动系统，如块96处所示。

然后确定是否满足第二工况，如在操作98处所示。第二工况通常对应于稳态操作的继续，或对应于驾驶员功率需求和道路负载之间的差异大致恒定。第二工况可以是在块100处示出的列表B中的工况之一。第二工况可包括车速或驾驶员功率需求的小的偏差。在一些实施例中，可设置速度偏差阈值或功率需求偏差阈值。在这样的实施例中，速度偏差或功率需求偏差不超过各自的阈值可满足第二工况。第二工况也可以是在车辆充电模式改变的情况下大致恒定的驾驶员功率需求。在一些转速和扭矩范围内使用马达充电更有效，而在其他范围内使用发电机充电更有效。从马达充电切换到发电机充电或从发电机充电切换到马达充电连同大致恒定的驾驶员功率需求将因此满足第二工况。类似地，从“不充电”模式变为充电模式连同大致恒定的驾驶员功率需求将因此满足第二工况。如果确定满足第二工况，则如在块102处所示，离合器保持在接合位置。随后控制返回到操作98。因此以超速模式控制动力传动系统同时稳态操作继续。

如果确定不满足第二工况，则如在块104处所示，确定是否满足第三工况。第三工况通常对应于从稳态操作变为非稳态操作，或对应于驾驶员功率需求和道路负载之间的差异的大小增加。第三工况可以是在块106处所示的列表C中的工况之一。第三工况可以是功率需求的大幅降低或功率需求的大幅增加。在一些实施例中，设置功率需求偏差阈值，且如果驾驶员功率需求偏差超过阈值则满足第三工况。这可包括针对功率需求降低的第一阈值和针对功率需求增加的第二阈值。第三工况也可以是车辆制动器的重度应用。在一些实施例中，设置制动阈值，且如果驾驶员制动应用超过该阈值则满足第三工况。第三工况也可以是车速的大幅降低。在一些实施例中，设置速度偏差阈值，如果车速的降低超过该阈值则满足第三工况。第三工况可以是发动机关闭请求。如果电池的荷电状态足以支持电动操作，并且发出发动机关闭请求，则满足第三工况。如果确定不满足第三工况，则控制行进到块102。如果满足第三工况，则如在块108处所示，使离合器分离。然后控制返回到块90。

虽然示出为一个控制器，但是控制器88可以是较大控制系统的一部分并且可以通过整个车辆中的各种其他控制器(例如，车辆系统控制器(VSC))控制。所以，应理解控制器88和一个或更多个其他控制器可以统称为“控制器”，所述“控制器”响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器以控制各种功能。控制器88可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理器(CPU)。例如，计算机可读存储装置或介质可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储。KAM是可以用于在CPU掉电时存储各种操作变量的持久或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用任意数量的已知存储装置实现，例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪存或能够存储数据的任何其他电、磁、光学或组合的存储装置，所述数据中的一些代表由控制器使用以控制发动机或车辆的可执行指令。

现在参照图5和图6，示意性地示出了可与本公开一起使用的摇臂单向离合器110(可以是电磁离合器)。更具体地讲，摇臂单向离合器可用作可操作为选择性地将齿轮元件84结合到发动机16'的超速离合器86。单向离合器110包括具有凹口(pocket)114的摇臂板112，每个凹口114容纳相应的摇臂116，摇臂116可枢转地铰接于相应的凹口114内。离合器110还包括凸轮板118，凸轮板118具有限定齿的多个缺口120。当摇臂116相对于凹口114枢转时，齿可以卡住摇臂116的向内延伸部。摇臂116通过弹簧121被偏置以保持在凹口内而不伸出。在该构造中，摇臂116和缺口120之间没有接合，因此在摇臂板112和凸轮板118之间不传递扭矩。图5示出了处于该分离位置的离合器110。

凸轮板118包含线圈(未示出)，线圈可选择性地通电以产生磁力并使离合器110接合。响应于该磁力，摇臂116抵抗弹簧121的偏置力而从凹口114向外枢转，使得摇臂116的一部分伸出超过摇臂板112的径向内面。摇臂116的伸出部可与缺口120接合，并沿一个旋转方向在摇臂板112和凸轮板118之间传递扭矩。图6示出了处于该接合位置的离合器110。

现在参照图7A和图7B，示出了使离合器接合的方法，该方法可连同本公开一起使用。图7A示出了使单向离合器接合的方法。如在块122处所示，控制发电机以使离合器超越。这可通过沿分离方向旋转摇臂板来执行。然后离合器被激活，如在块124处所示。如上面关于图6所讨论的，这可包括使线圈通电以产生磁场，响应于线圈通电，摇臂枢转并与凸轮板中的缺口接合。然后离合器接合，如在块126处所示。这通过沿接合方向旋转摇臂板短距离以使摇臂与凸轮板中的齿接合而执行。然后发电机承载的扭矩被传递到离合器，如在块128处所示。

图7B示出了接合牙嵌式离合器的方法。如在块130处所示，发电机转速被控制为与离合器同步的目标转速。然后离合器接合，如在块132处所示。然后发电机承载的扭矩被传递到离合器，如在块134处所示。

现在参照图8A和图8B，示出了使离合器分离的方法，该方法可连同本公开一起使用。图8A示出了使单向离合器分离的方法。如在块136处所示，离合器承载的扭矩被传递到发电机。如在块138处所示，控制发电机以使离合器超越。这可通过沿分离方向旋转发电机来执行。然后停用离合器，如在块140处所示。然后发电机控制恢复到正常操作，如在块142处所示。

图8B示出了使牙嵌式离合器分离的方法。如在块144处所示，离合器承载的扭矩被传递到发电机。然后离合器分离，如在块146处所示。然后发电机控制恢复到正常操作，如在块148处所示。

根据本公开的各个方面，提供一种用于基于在超速离合器接合期间通过该离合器传递的估计的扭矩量来控制动力传动系统以使超速模式的转入和转出平顺的方法和控制系统。为此，可在正常的动力传动系统扭矩计算中确定并实施发电机反作用比(GRR，generatorreactionratio)。GRR是发电机扭矩与发动机扭矩之比，其考虑了行星齿轮传动装置20'中的齿轮：

$GRR=-\frac{{\mathrm{\τ}}_{gen}}{{\mathrm{\τ}}_{eng}\left(\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}+1}\right)}=-\frac{{\mathrm{\τ}}_{gen}\left(\frac{\mathrm{\ρ}+1}{\mathrm{\ρ}}\right)}{{\mathrm{\τ}}_{eng}}---\left(1\right)$

其中，τ_gen是发电机50'的扭矩，τ_eng是发动机16'的扭矩，ρ是中心齿轮24'的齿数(N_s)与环形齿轮22'的齿数(N_r)之比(N_s/N_r)。在一个示例中，中心齿轮24'具有34个齿(N_s＝34)，环形齿轮22'具有86个齿(N_r＝86)，得到的比ρ为0.395。

利用GRR，扭矩值可被计算和比较，以估计超速离合器中的扭矩。例如：

${\mathrm{\τ}}_{ODS}=-(1-GRR)\left(\frac{N_{82}}{N_{84}}\right)\left({\mathrm{\τ}}_{eng}\right)---\left(2\right)$

其中，τ_ODS是通过超速离合器86传递的扭矩，N₈₂是齿轮元件82的齿数，N₈₄是齿轮元件84的齿数。在一个示例中，齿轮元件84具有83个齿(N₈₄＝83)，齿轮元件82具有59个齿(N₈₂＝59)。式(2)中的关系基于发动机输出的扭矩和发电机扭矩与发动机扭矩之比(GRR)提供对通过超速离合器86传递的扭矩的估计，其考虑了超速啮合齿轮元件84和82的齿轮比。

此外，在超速离合器同步期间通过环形齿轮22'的扭矩可被表示为如下：

${\mathrm{\τ}}_{ring}=-\frac{1}{\mathrm{\ρ}+1}\left({\mathrm{\τ}}_{eng}\right)\left(GRR\right)---\left(3\right)$

其中，τ_ring是通过环形齿轮22'传递的扭矩。通过环形齿轮22'的扭矩(τ_ring)可被用于动力传动系统的主控制(在本公开中没有详细描述)中。

已知通过超速离合器传递的估计的扭矩(τ_ODS)，可对发动机16'和马达46'的输出进行控制，以当超速离合器在接合和分离之间转变时确保超速模式平顺地转入或转出。例如，至车轮的超速离合器扭矩可被表示为如下：

${\mathrm{\τ}}_{ODS\→O}=-{\mathrm{\τ}}_{ODS}\left(\frac{N_{{36}^{\′}}}{N_{{34}^{\′}}}\right)---\left(4\right)$

其中，τ_ODS→O是至输出轴38'的超速离合器扭矩，其考虑了齿轮比N₃₄'和N₃₆'分别是将扭矩从超速离合器传递至输出轴38'的齿轮34'和36'的齿数。当然，可存在经其传递扭矩的同时有效地改变转速的任何数量的齿轮比。在一个示例中，N₃₄'为23，N₃₆'为59，得到的齿轮比为2.565。

使用上述变量和结果，通过输出轴38'传递的总扭矩可由下式来表示：

${\mathrm{\τ}}_{out}=\frac{C_{R\→O}}{1+\mathrm{\ρ}}\·{\mathrm{\τ}}_{eng}\·GRR+{\mathrm{\τ}}_{M\→O}+\left({\mathrm{\τ}}_{ODS\→O}\right)---\left(5\right)$

其中，τ_out是通过输出轴38'传递的扭矩，C_R→O是从环形齿轮到输出的齿轮比变换(即，考虑了齿轮28'、30'、34'和36')，τ_M→O是输出处的马达扭矩，其考虑了齿轮比变换(即，考虑了齿轮44'、32'、34'和36')。请注意，也可被改写为τ_ring→O。从环形齿轮到输出的齿轮比变换C_R→O在乘以发动机扭矩τ_eng时得到输出处的发动机扭矩。利用上式(5)，可在超速离合器86接合或分离期间对发动机16'和马达46'的扭矩输出进行调节，以确保总的扭矩输出τ_out满足需求的扭矩，同时抑制在超速离合器86接合或分离时出现的冲击。例如，与发动机16'的输出相比，马达46'的输出可被更加快速地调节，因此，当超速离合器86接合/分离时，可基于发电机反作用比GRR和上述其他关系对马达46'进行控制以增加或减小其扭矩输出。其他情况(诸如在电池的荷电状态低时)可命令调节发动机输出而非马达输出。当然，可基于上述关系控制发动机输出和马达输出两者或其中之一。

图9以流程图的形式示出了用于控制根据本公开的动力传动系统的算法。更具体地讲，图9中的流程图表示由控制器执行以基于通过超速离合器86传递的估计的扭矩控制发动机和马达中的至少一个的控制策略(如上面进一步描述的)的一个示例。在200处，控制器确定超速离合器是接合还是分离。这可以以各种已知的方式来实现，诸如通过读取来自离合器附近或其中的传感器的信号输入或者通过确定离合器的相对两侧的转速差。

如果离合器至少部分地接合(包括最初命令离合器接合以及离合器正在“打滑”之时)，则可在202处根据上式(1)确定发电机反作用比(GRR)。在204处，对GRR进行滤波或者使其受制于比率限制(ratelimit)，以使GRR随时间而平滑，从而防止不期望的扭矩读数峰值干扰发动机或马达控制操作。然后在206处，在各个最小值和最大值处用0和1来削减GRR，使得GRR不是负值且不超过1。在206之后得到的GRR是0和1之间的值，以被用于超速离合器扭矩估计中。

在208处，控制器根据式(2)利用被削减的滤波后的GRR来估计超速离合器扭矩。在210处，估计的超速离合器扭矩可用于根据式(4)计算估计的输出处的超速离合器扭矩。之后，控制器可利用212处的扭矩控制过程来控制发动机和马达的扭矩和功率输出，以维持车辆的驾驶性能同时满足需求的扭矩和功率(尤其是在进入和退出超速模式期间)。例如，可基于GRR和上述其他变量将马达扭矩调节一定量，以维持驾驶员需求。

如果在200处确定超速离合器没有接合，则在214处将GRR设为1。这实质上撤消了任何上式中的任何发动机反作用比，允许发动机、马达和发电机在正常操作模式下操作。此外，如在216和218处所指示的，没有扭矩通过开式离合器(即，超速离合器)被传递。运行主驱动过程220，在主驱动过程220中，以正常方式控制混合动力车辆，即，不是以超速模式控制混合动力车辆。

参照图10，示出了当以正常操作模式操作时发电机50'的控制系统300。当以正常操作模式操作时期望的发电机扭矩τ_{gen_des}取决于发动机扭矩τ_eng，并可由下式表示：

${\mathrm{\τ}}_{gen\_des}=-({\mathrm{\τ}}_{eng}\×(\frac{\mathrm{\ρ}}{\mathrm{\ρ}+1}\left)\right)---\left(6\right)$

其中，τ_{gen_des}是期望的发电机50'的扭矩，τ_eng是发动机16'的扭矩，是发动机16'与发电机50'之间的传动比，其中，发动机连接到齿轮架总成26'且发电机50'连接到中心齿轮24'。期望的发电机扭矩τ_{gen_des}由块302表示，并被前馈到求和节点304，在求和节点304处，发电机调节扭矩值τ_{gen_adj}被加到期望的发电机扭矩τ_{gen_des}。然后，命令期望的发电机扭矩τ_{gen_des}与发电机调节扭矩值τ_{gen_adj}之和到达发电机50'。然后，发电机50'输出实际扭矩τ_{gen_act}和实际转速ω_{gen_act}。发电机的实际转速ω_{gen_act}被用作求和节点306的反馈，在求和节点306处，从发电机的期望转速ω_{gen_des}减去发电机的实际转速ω_{gen_act}得到发电机的转速误差ω_error。发电机的转速误差ω_error被输入到前馈控制器308中，前馈控制器308产生在求和节点304处被加到期望的发电机扭矩τ_{gen_des}的发电机调节扭矩值τ_{gen_adj}。前馈控制器308可包括比例项、积分项和导数项的任意组合，但是前馈控制器308优选地为比例积分(PI)控制器。

参照图11A，示出了发电机50'的变型的控制系统400。变型的控制系统400包括发电机50'以正常模式、超速模式以及在超速操作模式和正常操作模式之间转变期间的操作。在变型的控制系统400中使用的超速离合器86可以是摇臂式单向离合器并被如此示出。然而，应该理解的是，除摇臂式单向离合器之外，也可使用采用其他类型的接合机构的其他类型的单向离合器。

当以正常操作模式操作发电机50'时，控制系统400与控制系统300在相同的参数下操作。在正常模式下，第一切换元件402连接到第一切换节点404，并与第二切换节点406断开连接。控制块408通过第一切换元件402控制超速离合器86的接合和分离。第一切换元件402通过第一切换节点404连接到控制块410。当第一切换元件402连接到控制块410时，控制系统要么以正常操作模式操作，要么通过将发电机50'控制为正常操作模式的基本转速而恢复到正常操作模式。期望的发电机扭矩τ_{gen_des}由块412表示并被前馈到求和节点414，在求和节点414处，发电机调节扭矩值τ_{gen_adj}被加到期望的发电机扭矩τ_{gen_des}。然后，通过在控制系统400处于正常操作模式时被连接到第一切换节点418且与第二切换节点420断开连接的第二切换元件416，命令期望的发电机扭矩τ_{gen_des}与发电机调节扭矩值τ_{gen_adj}之和到达发电机50'。第二切换元件416连接到控制块422。控制块422控制扭矩传递至超速离合器86以及从超速离合器86传递扭矩。然后，发电机50'输出实际扭矩τ_{gen_act}和实际转速ω_{gen_act}。发电机的实际转速ω_{gen_act}被用作求和节点424的反馈，在求和节点424处，从发电机的期望转速ω_{gen_des}减去发电机的实际转速ω_{gen_act}得到发电机的转速误差ω_error。发电机的转速误差ω_error被输入到前馈控制器426中，前馈控制器426产生在求和节点414处被加到期望的发电机扭矩τ_{gen_des}的发电机调节扭矩值τ_{gen_adj}。前馈控制器426可包括比例项、积分项和导数项的任意组合，但是前馈控制器426优选地为比例积分(PI)控制器。

当使发电机50'从正常操作模式转变为超速操作模式时，第一切换元件402与第一切换节点404断开连接并连接到第二切换节点406。然后，第一切换元件402通过第二切换节点406连接到控制块428。控制块428将发电机50'控制为超速离合器86的期望的超速转速(overrunspeed)。一旦发电机的实际转速ω_{gen_act}达到超速离合器86的期望的超速转速并在感测块430处检测到，则在块432处，超速离合器86的摇臂便伸出。一旦超速离合器的摇臂伸出，发电机50'的转速便降低至同步转速以使超速离合器86接合(land)。一旦超速离合器接合，第二切换元件416便与第一切换节点418断开连接并连接到第二切换节点420。然后，第二切换元件通过第二切换节点420连接到控制块434。然后，控制块434对发电机50'进行控制，以使扭矩逐渐脱离行星齿轮传动装置20'并将扭矩逐渐传递到超速离合器86上。发电机的实际扭矩τ_{gen_act}被输入到块436，在块436处，发电机反作用比(GRR)被追踪。可在包括超速模式、正常模式以及在超速模式和正常模式之间转变的操作的所有时期期间追踪GRR。

当使发电机50'从超速操作模式转变为正常操作模式时，第二切换元件通过第二切换节点420连接到控制块434。然后，控制块434对发电机50'进行控制，以使扭矩逐渐脱离超速离合器86并将扭矩逐渐传递到行星齿轮传动装置20'上。此外，发电机的实际扭矩τ_{gen_act}被输入到块436，在块436处，发电机反作用比(GRR)被追踪。一旦扭矩逐渐脱离超速离合器，第二切换元件便与第二切换节点420断开连接并连接到第一切换节点418。然后，在第一切换元件402通过第二切换节点406连接到控制块428的情况下，控制块428将发电机50'控制为超速离合器86的期望的超速转速。一旦发电机的实际转速ω_{gen_act}达到超速离合器86的期望的超速转速并在感测块430处检测到，则在块432处，超速离合器86的摇臂便缩回。一旦超速离合器的摇臂缩回，第一切换元件402便与第二切换节点406断开连接并通过第一切换节点404连接到控制块410。然后，控制块410将发电机50'控制为基本转速，并恢复到正常操作模式。需要从超速操作模式转变为正常操作模式的状况可包括但不限于图4A和图4B中提供的第三工况106中的任何工况。

此外，当从超速模式转变为正常操作模式时，使扭矩逐渐脱离单向离合器86并将扭矩逐渐传递到行星齿轮传动装置20'上所需的发电机扭矩将随着已经被传递至单向超速离合器的扭矩τ_{OD_Clutch}的值的增加而增加。此外，当通过在控制块434处产生与已经被传递至单向超速离合器的扭矩τ_{OD_Clutch}相等的扭矩命令而使超速离合器86分离时，发电机50'的扭矩可通过控制块434而增加。控制块434的与已经被传递至单向超速离合器的扭矩τ_{OD_Clutch}相等的扭矩命令允许扭矩快速增加，所述增加应当接近于使扭矩逐渐脱离超速离合器86并将扭矩逐渐传递到行星齿轮传动装置20'上所需的扭矩的量。可在使全部扭矩脱离超速离合器86并将全部扭矩传递到行星齿轮传动装置20'上所需的初始扭矩命令之后增加额外的扭矩，从而在超速离合器上产生零扭矩或者可以忽略不计的扭矩。

当以超速模式操作时或者当在超速操作模式和正常操作模式之间转变时已经被传递至单向超速离合器86的扭矩取决于发动机的扭矩τ_eng和发电机反作用比(GRR)，并可由下式表示：

τ_{OD_Clutch}＝(1-GRR)τ_eng(7)

其中，τ_{OD_Clutch}是已经从行星齿轮传动装置20'传递至单向超速离合器86的扭矩，τ_eng是发动机16'的扭矩，GRR是发电机反作用比。

参照图11B，示出了混合动力车辆动力传动系统的总的扭矩输出的控制系统500。发动机扭矩τ_eng被输入到块502中，输出轴38'处的超速离合器扭矩τ_ODS→O作为块502的输出被产生。块502中的函数可由下式表示：

${\mathrm{\τ}}_{ODS\→O}=-(1-GRR)\left({\mathrm{\τ}}_{eng}\right)\left(\frac{N_{82}}{N_{84}}\right)\left(\frac{N_{{36}^{\′}}}{N_{{34}^{\′}}}\right)=-{\mathrm{\τ}}_{OD\_Clutch}\left(\frac{N_{82}}{N_{84}}\right)\left(\frac{N_{{36}^{\′}}}{N_{{34}^{\′}}}\right)---\left(8\right)$

发动机扭矩τ_eng被输入到块504中，输出轴38'处的环形齿轮扭矩τ_ring→O作为块504的输出被产生。块504中的函数可由下式表示：

${\mathrm{\τ}}_{ring\→O}=-\left(GRR\right)\frac{1}{1+\mathrm{\ρ}}\left({\mathrm{\τ}}_{eng}\right)\×\left(C_{R\→O}\right)---\left(9\right)$

输出轴38'处期望的扭矩τ_{out_desired}被输入到块506中，输出轴38'处的马达扭矩τ_M→O作为块506的输出被产生。块506中的函数可由下式表示：

τ_M→O＝τ_{out_desired}-τ_ring→O-τ_ODS→O(10)

然后，输出轴38'处的超速离合器扭矩τ_ODS→O、输出轴38'处的环形齿轮扭矩τ_ring→O以及输出轴38'处的马达扭矩τ_M→O在求和节点508处被加在一起，得到通过输出轴38'传递的总扭矩τ_out。

说明书中所使用的词语是描述性词语而非限制，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可做出各种改变。如前所述，可将各种实施例的特征进行组合以形成本发明的可能未被明确描述或示出的进一步的实施例。尽管各种实施例可能已经被描述为提供优点或者在一个或更多个期望特性方面优于其他实施例或现有技术的实施方式，但是本领域的普通技术人员应认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷以实现期望的整体系统属性，所述期望的整体系统属性取决于具体应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可服务性、重量、可生产性、装配的容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定应用。

Claims (7)

1.一种车辆，包括：

发动机和电机，连接到行星齿轮传动装置；

单向离合器，被构造为将扭矩从行星齿轮传动装置传递到超速齿轮；

控制器，被配置为：响应于需要分离单向离合器的状况，基于从行星齿轮传动装置传递到超速齿轮的扭矩增加电机的扭矩。

2.如权利要求1所述的车辆，其中，控制器还被配置为：增加电机的扭矩，直到传递到超速齿轮的扭矩变为零为止。

3.如权利要求2所述的车辆，其中，控制器还被配置为：响应于传递到超速齿轮的扭矩变为零，调节电机的转速使得单向离合器达到超速状态。

4.如权利要求3所述的车辆，其中，控制器还被配置为：响应于单向离合器达到超速状态，使单向离合器的接合机构缩回。

5.如权利要求4所述的车辆，其中，控制器还被配置为：响应于单向离合器的接合机构缩回，退出超速模式并调节电机的转速以进入正常操作模式。

6.如权利要求4所述的车辆，其中，单向离合器是电磁摇臂式单向离合器，其中，控制器还被配置为：响应于电磁摇臂式单向离合器以电子方式被停用，使电磁摇臂式单向离合器的摇臂缩回。

7.如权利要求1所述的车辆，其中，所述状况是功率需求的降低、功率需求的增加、制动、车速的降低或发动机关闭请求。