用于混合动力车辆的换档控制系统和换档控制方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102381182 A (43)申请公布日 2012.03.21 CN 102381182 A *CN102381182A* (21)申请号 201010560527.1 (22)申请日 2010.11.23 10-2010-0085145 2010.08.31 KR B60K 6/543(2007.01) B60W 10/105(2012.01) B60W 10/04(2006.01) B60W 20/00(2006.01) (71)申请人 现代自动车株式会社 地址 韩国首尔 (72)发明人 田炳昱 (74)专利代理机构 北京戈程知识产权代理有限 公司 11314 。

2、代理人 程伟 王锦阳 (54) 发明名称 用于混合动力车辆的换档控制系统和换档控 制方法 (57) 摘要 本发明公开了一种用于混合动力车辆的换档 控制系统和换档控制方法， 所述用于具有作为动 力源的发动机和电动机的混合动力车辆的一种换 档控制系统可以包括 ： 行驶状况检测器， 所述行 驶状况检测器检测是否出现强迫降档换档请求 ； 以及混合动力控制单元， 所述混合动力控制单元 在可以检测到强迫降档换档请求的时候确定目标 换档速度的电动机旋转速度， 确定所述电动机旋 转速度是否满足所需扭矩， 并且根据所述电动机 旋转速度是否满足所需扭矩的状况在 EV( 电动车 辆)模式中或者在HEV(混合动力电动。

3、车辆)模式 中执行强迫降档换档。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 CN 102381197 A1/1 页 2 1. 一种换档控制系统， 其用于具有作为动力源的发动机和电动机的混合动力车辆， 所 述系统包括 ： 行驶状况检测器， 所述行驶状况检测器检测是否出现强迫降档换档请求 ； 以及 混合动力控制单元， 所述混合动力控制单元在检测到强迫降档换档请求的时候确定目 标换档速度的电动机旋转速度， 确定所述电动机旋转速度是否满足所需扭矩， 并且根据所 述电动机旋转速度是否满足所需扭。

4、矩的状况在 EV 模式中或者在 HEV 模式中执行强迫降档 换档。 2. 根据权利要求 1 所述的换档控制系统， 其中所述混合动力控制单元通过将变速器的 输出旋转速度乘以目标换档速度的齿数比而确定所述目标换档速度的电动机旋转速度。 3. 根据权利要求 1 所述的换档控制系统， 其中在所述目标换档速度的电动机旋转速度 小于标准旋转速度的从而满足所需扭矩的时候， 所述混合动力控制单元在 EV 模式中执行 强迫降档换档， 并且通过接合发动机离合器而将行驶模式改变为 HEV 模式。 4. 根据权利要求 1 所述的换档控制系统， 其中在所述目标换档速度的电动机旋转速度 大于标准旋转速度从而不满足所需扭矩。

5、的时候， 所述混合动力控制单元控制发动机启动， 通过接合发动机离合器而将行驶模式改变为 HEV 模式， 然后在所述 HEV 模式中执行强迫降 档换档。 5. 根据权利要求 4 所述的换档控制系统， 其中在所述混合动力控制单元确定了所述目 标换档速度的电动机旋转速度大于所述标准旋转速度的时候， 所述混合动力控制单元在预 定时间周期内禁止强迫降档换档。 6. 一种用于混合动力车辆的换档控制方法， 包括 ： 在 EV 模式中检测是否出现强迫降档换档请求 ； 在检测到强迫降档换档请求的时候确定目标换档速度的电动机旋转速度 ； 以及 确定所述电动机旋转速度是否满足所需扭矩， 并且根据所述电动机旋转速度是。

6、否满足 所需扭矩的状况而在 EV 模式中或者在 HEV 模式中执行强迫降档换档。 7. 根据权利要求 6 所述的用于混合动力车辆的换档控制方法， 其中所述换档控制方法 进一步包括 ： 在所述目标换档速度的电动机旋转速度小于标准旋转速度从而满足所述扭矩的时候 在 EV 模式中执行强迫降档换档， 并且通过接合发动机离合器而将行驶模式改变为 HEV 模 式。 8. 根据权利要求 6 所述的用于混合动力车辆的换档控制方法， 其中所述换档控制方法 进一步包括 ： 在所述目标换档速度的电动机旋转速度大于标准旋转速度从而不满足所需扭矩的时 候控制发动机启动， 通过接合发动机离合器而将行驶模式改变为 HEV 。

7、模式， 并且在所述 HEV 模式中执行强迫降档换档。 9. 根据权利要求 8 所述的用于混合动力车辆的换档控制方法， 进一步包括在确定所述 目标换档速度的电动机旋转速度大于所述标准旋转速度的时候， 在预定时间周期内禁止强 迫降档换档。 权 利 要 求 书 CN 102381182 A CN 102381197 A1/5 页 3 用于混合动力车辆的换档控制系统和换档控制方法 0001 与相关申请的交叉引用 0002 本申请要求 2010 年 8 月 31 日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第 10-2010-0085145 号的优先权， 上述申请的全部内容结合于此用于这种引用的所有目的。 技术。

8、领域 0003 本发明涉及一种混合动力车辆。更具体而言， 本发明涉及用于混合动力车辆的换 档控制系统和换档控制方法， 其在 EV 模式中根据发动机的操作而提供主动的强迫降档换 档 (kick-down shift)。 背景技术 0004 因为对于燃料效率的增加以及废气法规的加强的需求， 已经对生态友好型车辆进 行了研究。混合动力车辆就是一种这样的生态友好型车辆， 并且吸引了公众的注意。 0005 混合动力车辆使用发动机和电动机作为动力源， 并且通过选择性地使用发动机和 电动机作为动力源而提高了能量效率并且减少了废气。为了使得成本和扭矩损失最小化， 在混合动力车辆中， 由流体操作的发动机离合器 。

9、( 而不是由扭矩变换器操作 ) 安装在发动 机和电动机之间。 0006 安装在混合动力车辆中的发动机离合器根据行驶状况使得发动机和电动机连接 或者脱离连接， 从而使得传递至变速器的扭矩得到优化。 0007 混合动力车辆的行驶模式分为发动机模式、 EV(Electric Vehicle， 电动车辆 ) 模 式以及 HEV(Hybrid Electric Vehicle， 混合动力电动车辆 ) 模式， 在发动机模式中由发动 机驱动， 在 EV 模式中由电动机驱动， 在 HEV 模式中由发动机和电动机同时驱动。 0008 因而， 如何对发动机和电动机的动力源进行协调导致了燃料效率的提高。 0009 。

10、在常规技术中， 在 EV 模式中为了迅速加速而出现强迫降档换档请求的时候， 在电 动机的操作过程中混合动力控制单元 (HCU) 执行强迫降档换档。 0010 然而， 如图 4 中所示， 由于电动机的旋转速度增加得越多， 扭矩也就减小得越多， 即使由于强迫降档换档导致齿数比增大， 也不能实现充分的加速。 0011 也就是说， 电动机旋转速度由于强迫降档换档而增大， 但是加速度可能会变差并 且可能会发生不同步加速。 0012 在常规技术中， 为了解决上述问题， 如图 5 中所示， 在 EV 模式中请求从 i 档到 i-n 档的强迫降档换档的时候， 禁止进行强迫降档换档， 并且使用 ISG(Idle。

11、 Stop and Go， 怠速 停止起动 ) 来启动发动机。 0013 在发动机启动完成之后， 发动机离合器被接合， 从发动机动力传输的时刻起执行 HEV 模式的强迫降档换档。 0014 然而， 上述方法也会产生过度的加速死区时间， 该时间从需要强迫降档换档的时 刻开始， 直到发动机启动并且发动机离合器完全接合的时刻， 也就是说， 真实动力传递被过 分延迟。 说 明 书 CN 102381182 A CN 102381197 A2/5 页 4 0015 因此， 常规方法不能改进混合动力车辆的 EV 模式中的强迫降档换档的加速响应。 0016 公开于本背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一。

12、般背景技术的理解， 而 不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经为本领域技术人员所公知的现有技 术。 发明内容 0017 本发明的各个方面涉及提供一种用于混合动力车辆的换档控制系统和换档控制 方法， 其在 EV 模式中根据发动机的操作而提供主动强迫降档换档。 0018 在本发明的一个方面中， 所述换档控制系统用于具有作为动力源的发动机和电动 机的混合动力车辆， 所述系统可以包括 ： 行驶状况检测器， 所述行驶状况检测器检测是否出 现强迫降档换档请求 ； 以及混合动力控制单元， 所述混合动力控制单元可以在可以检测到 强迫降档换档请求的时候确定目标换档速度的电动机旋转速度， 可以确定所述电动。

13、机旋转 速度是否满足所需扭矩， 并且根据所述电动机旋转速度是否满足所需扭矩的状况在 EV( 电 动车辆 ) 模式中或者在 HEV( 混合动力电动车辆 ) 模式中执行强迫降档换档。 0019 所述混合动力控制单元可以通过将变速器的输出旋转速度乘以目标换档速度的 齿数比而确定所述目标换档速度的电动机旋转速度。 0020 在所述目标换档速度的电动机旋转速度可以小于标准旋转速度从而可以满足所 需扭矩的时候， 所述混合动力控制单元可以在 EV 模式中执行强迫降档换档， 并且通过接合 发动机离合器而将行驶模式改变为 HEV 模式。 0021 在所述目标换档速度的电动机旋转速度可以大于标准旋转速度从而不满足。

14、所需 扭矩的时候， 所述混合动力控制单元可以控制发动机启动， 通过接合发动机离合器而将行 驶模式改变为HEV模式， 然后在所述HEV模式中执行强迫降档换档， 其中在所述混合动力控 制单元可以确定所述目标换档速度的电动机旋转速度可以大于所述标准旋转速度的时候， 所述混合动力控制单元在预定时间周期内禁止强迫降档换档。 0022 在本发明的另一方面中， 用于混合动力车辆的所述换档控制方法可以包括 ： 在 EV( 电动车辆 ) 模式中检测是否出现强迫降档换档请求， 在可以检测到强迫降档换档请求 的时候确定目标换档速度的电动机旋转速度， 以及确定所述电动机旋转速度是否满足所需 扭矩， 并且根据所述电动机。

15、旋转速度是否满足所需扭矩的状况在 EV 模式中或者在 HEV( 混 合动力电动车辆 ) 模式中执行强迫降档换档。 0023 所述换档控制方法可以进一步包括在所述目标换档速度的电动机旋转速度可以 小于标准旋转速度从而可以满足所述扭矩的时候在 EV 模式中执行强迫降档换档， 并且通 过接合发动机离合器而将行驶模式改变为 HEV 模式。 0024 所述换档控制方法可以进一步包括在所述目标换档速度的电动机旋转速度可以 大于标准旋转速度从而不满足所需扭矩的时候控制发动机启动， 通过接合发动机离合器而 将行驶模式改变为 HEV 模式， 然后在所述 HEV 模式中执行强迫降档换档。 0025 所述换档控制方。

16、法可以进一步包括在可以确定所述目标换档速度的电动机旋转 速度可以大于所述标准旋转速度的时候， 在预定时间周期内禁止强迫降档换档。 0026 具有根据本发明的示例性实施方案的换档控制系统的混合动力车辆可以在 EV 模 式的强迫降档换档中实现快速加速。 说 明 书 CN 102381182 A CN 102381197 A3/5 页 5 0027 同样， 具有根据本发明的示例性实施方案的换档控制系统的混合动力车辆可以在 电动机扭矩不足的时候提供 HEV 模式的强迫降档换档。 0028 通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实 施方式， 本发明的方法和装置所具有的其它特征。

17、和优点将变得清楚或更为具体地得以说 明。 附图说明 0029 图 1 是显示了根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的换档控制系 统的图。 0030 图 2 是显示了根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的换档控制系 统的流程图。 0031 图 3 是显示了根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的换档控制方 法的图。 0032 图 4 是显示了混合动力车辆的电动机的扭矩特征的图。 0033 图 5 是显示了根据常规技术的用于混合动力车辆的换档控制方法的图。 0034 应理解的是， 附图呈现了阐述本发明基本原理的各个特征的一定程度的简化表 示， 从而不一定是按比例绘制的。本文所。

18、公开的本发明的特定设计特征， 包括例如特定尺 寸、 定向、 位置以及形状， 将部分地由具体意图的应用以及使用环境所确定。 0035 在附图中， 附图标记在全部的几个附图中表示本发明的相同或者等效的部分。 具体实施方式 0036 现在将详细地参考本发明的各个实施方案， 这些实施方案的实例被显示在附图中 并描述如下。 尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述， 但是应当意识到， 本说明书 并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反， 本发明旨在不但覆盖这些示例性实 施方案， 而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种 选择形式、 修改形式、 等效形式及其它实施方案。

19、。 0037 在下文中将会参考附图对本发明的示例性实施方案进行具体描述。 0038 图 1 是显示了根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的换档控制系 统的图。 0039 参考图 1， 根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的换档控制系统 包括行驶状况检测器 101、 ECU102( 发动机控制单元 )、 HCU103( 混合动力控制单元 )、 CCU104( 离合器控制单元 )、 PCU105( 动力控制单元 )、 电池 106、 BMS107( 电池管理系统 )、 发动机 200、 发动机离合器 250、 电动机 300 以及变速器 400。 0040 行驶状况检测器 101 。

20、检测减速请求、 加速请求或强迫降档换档的信息， 并将信息 传递至 HCU 103。 0041 行驶状况检测器 101 包括检测制动踏板操作的制动踏板传感器以及检测加速踏 板操作的 APS( 加速踏板传感器 )。 0042 ECU 102 通过网络连接至 HCU 103， 并且与 HCU 103 配合以对发动机 200 的操作进 行控制。 说 明 书 CN 102381182 A CN 102381197 A4/5 页 6 0043 最上级的控制器 HCU 103 通过控制通过网络连接到其上的下级控制器而对混合 动力车辆的所有操作进行控制， 并且对下级控制器的信息进行收集和分析。 0044 HC。

21、U 103 使用目标换档速度的齿数比而在检测到强迫降档换档请求的时候计算目 标换档速度的电动机旋转速度， 如果目标换档速度的电动机旋转速度小于标准旋转速度从 而满足所需扭矩， 则在 EV 模式中执行强迫降档换档， 并且通过接合发动机离合器 250 而将 行驶模式改变为 HEV 模式， 从而可以实现稳定的加速。 0045 所需扭矩意味着与强迫降档换档相对应而提供加速响应的输出扭矩。 0046 HCU 103 使用目标换档速度的齿数比在检测到强迫降档换档请求的时候计算目标 换档速度的电动机旋转速度， 如果目标换档速度的电动机旋转速度大于标准旋转速度从而 不满足所需扭矩则控制发动机 200 启动， 。

22、通过接合发动机离合器 250 而将行驶模式改变为 HEV 模式， 然后在 HEV 模式中执行强迫降档换档， 从而可以实现稳定的加速。 0047 CCU 104根据HCU 20的控制而控制安装在变速器400中的致动器从而控制到目标 换档速度的换档， 通过控制供给至发动机离合器 250 的液压而使得发动机离合器 250 接合 或脱离接合， 并且控制发动机 200 的动力输送。 0048 PCU 105 包括电动机控制单元 (MCU)、 具有多个电开关元件的逆变器以及保护电 路。PCU 105 根据从 HCU 104 传递的控制信号将供给自电池 106 的 DC 电压转换为 3 相 AC 电压， 并。

23、且驱动电动机 300。 0049 绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)、 MOSFET、 晶体管能够用作电开关元件。 0050 设置于 PCU 105 的保护电路监测电流流动。如果过电流流动或者过电压施加至 PCU 107 和电池 108， 保护电路使得电池脱离连接， 以保护混合动力车辆中的所有系统以及 乘客。 0051 电池106在HEV模式中将电压供给至辅助发动机200的输出的电动机300， 并且通 过在电动机 300 中产生的电压而进行再充电。 0052 电池 106 在 EV 模式中将动力供给至电动机 300， 并且通过再生制动而再充电。 0053 BMS 107检测关于电池106的电压、。

24、 电流以及温度的信息， 控制充电状态(SOC)、 再 充电电流以及放电电流。 0054 发动机 200 由 ECU 102 的控制进行控制， 以在最优状况下驱动。 0055 ISG 210 根据车辆的行驶状况对发动机 200 进行怠速停止或启动。 0056 发动机离合器 250 布置在发动机 200 和电动机 300 之间， 并且通过 CCU 104 的控 制根据驱动模式 ( 即， 发动机模式、 混合动力模式以及电动模式 ) 而使得发动机 200 和电动 机 300 连接或者脱离连接。 0057 电动机 300 根据 PCU 105 的控制由 3 相 AC 电压驱动以辅助发动机 200 的输出。

25、扭 矩， 并且在发动机 200 的输出过大或者车辆制动的情况下作为发电机进行操作。 0058 变速器 400 根据 CCU 104 的控制对换档速度 ( 或速度比 ) 进行调节， 并且通过根 据驱动模式选择性地将发动机200和电动机300的扭矩加在一起而将输出扭矩传递至驱动 轮以使得车辆运转。 0059 常规的自动变速器或者 CVT 可以用作变速器 400。 0060 根据本示例性实施方案的混合动力车辆的操作与常规混合动力车辆相同或者相 似， 因此省略具体描述。 说 明 书 CN 102381182 A CN 102381197 A5/5 页 7 0061 在本说明书中将具体描述 EV 模式中。

26、的强迫降档换档。 0062 图 2 是根据本发明的示例性实施方案的用于混合动力车辆的换档控制方法的流 程图。 0063 行驶状况检测器101在EV模式中检测行驶信息， 并且将信息传递至HCU 103， 最上 级的控制器 (S101)。 0064 HCU 103 对来自行驶状况检测器 101 的信息进行分析， 并且确定是否出现强迫降 档换档请求 (S102)。 0065 如果在步骤 S102 中确定没有出现强迫降档换档请求， 则返回至步骤 S101， 如果在 步骤 S102 中确定出现强迫降档换档请求， 则使用目标换档速度的齿数比计算目标换档速 度的电动机旋转速度 (S103)。 0066 能够。

27、通过如下方式获得目标换档速度的电动机旋转速度。 0067 N(目标换档速度的电动机旋转速度)No(变速器输出旋转速度)R(目标换档 速度的齿数比 ) 0068 然后， 确定在步骤 S103 中计算的目标换档速度的电动机旋转速度大于标准旋转 速度， 其确定了所需扭矩得到满足 (S104)。 0069 如果确定了目标换档速度的电动机旋转速度大于标准旋转速度， 那么确定在 EV 模式中执行强迫降档换档时所需扭矩没有得到满足， 从而临时禁止强迫降档换档 (S105)。 0070 然后， 确定是否操作发动机 200， ISG 210 在发动机 200 不操作的时候被控制为启 动发动机 200(S106)。

28、， 然后发动机离合器 250 通过 CCU 104 的控制而接合 (S107)。 0071 在发动机离合器 250 的接合完成并且行驶模式从 EV 模式改变为 HEV 模式的时候 (S108)， CCU 104 根据 HCU 20 的控制而控制安装在变速器 400 中的致动器从而控制到目标 换档速度的换档， 从而可以实现稳定的加速 (S109)。 0072 如图 3 中所示， 在根据 APS 的快速改变而在 EV 模式中请求从 i 档到 i-n 档的强迫 降档换档， 并且目标换档速度的计算的电动机旋转速度大于标准旋转速度从而不满足所需 扭矩的时候， 临时禁止强迫降档换档， 然后 ISG 210。

29、 被控制为启动发动机 200。在强迫降档 换档之后可以获得接合的发动机离合器 250， 用于取得第一加速响应和二级加速响应， 从而 可以实现快速且稳定的加速。 0073 在步骤 S104 中， 如果确定目标换档速度的计算的电动机旋转速度小于标准旋转 速度， 那么即使在 EV 模式中执行强迫降档换档也确定满足了所需扭矩。CCU 104 根据 HCU 20 的控制而控制安装在变速器 400 中的致动器， 以在 EV 模式中执行强迫降档换档 (S110)。 0074 然后， 在完成强迫降档换档之后 (S111)， 确定是否操作发动机 200。在发动机不操 作的时候， ISG 210 被控制以启动发动。

30、机 200， 发动机离合器 250 通过 CCU 104 的控制而接 合 (S112)， 从而可以实现快速且稳定的加速 (S113)。 0075 前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。 前面 的描述并不想要成为毫无遗漏的， 也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式， 显然， 根 据上述教导很多改变和变化都是可能的。 选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发 明的特定原理及其实际应用， 从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各 种示例性实施方案及其各种选择形式和修改形式。 本发明的范围意在由所附权利要求书及 其等效形式所限定。 说 明 书 CN 102381182 A CN 102381197 A1/4 页 8 图 1 说 明 书 附 图 CN 102381182 A CN 102381197 A2/4 页 9 图 2 说 明 书 附 图 CN 102381182 A CN 102381197 A3/4 页 10 图 3 说 明 书 附 图 CN 102381182 A CN 102381197 A4/4 页 11 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102381182 A 。