用于转换电动无级变速器的方法和装置.pdf

本发明涉及用于转换电动无级变速器的方法和装置。提供了一种用于在电动无级变速器(EVT)中从初始变速器模式转换到最终变速器模式的方法，并且该方法包括：转换到具有附加的速度自由度的中间模式，改变传动比以及接合离合器以换档到该最终模式。在有和没有来自发动机的输入的情况下，所述模式包括输入和复合分配、固定传动比以及电动转矩变换器。通过调整能量储存装置上的电荷来维持输出转矩。制动装置挡接该EVT的输入部件。该EVT具有输入部件、输出部件、固定部件以及第一和第二电动机/发电机。算法通过松开至少一个离合器以转换到具有额外速度自由度的模式，并且利用该额外速度自由度来改变EVT的传动比，来在各模式之间转换。

1、  一种用于转换车辆的电动无级变速器(EVT)的方法，该方法包括：
松开离合器以便由此从具有至少一个速度自由度(DOF)的初始变速器模式转换到至少一个中间变速器模式，其中所述至少一个中间变速器模式相对于所述初始变速器模式具有一个附加的速度自由度(DOF)而同时仍然从所述EVT提供输出转矩；
在松开所述离合器之后将所述EVT的传动比改变到预定的传动比，所述预定的传动比足以用于在所述至少一个中间变速器模式和最终变速器模式之间转换；以及
接合另一个离合器以便由此将所述EVT从所述至少一个中间变速器模式转换到所述最终变速器模式。

2、  根据权利要求1所述的方法，其中所述初始变速器模式和最终变速器模式中的每一个提供输入分配模式、固定档位模式以及复合分配模式中的一个。

3、  根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个中间变速器模式中的每一个具有三个速度DOF。

4、  根据权利要求1所述的方法，其中所述EVT经由输入部件连接到发动机，并且包括配置为挡接所述输入部件的输入制动装置，所述方法进一步包括：
接合所述输入制动装置以便由此挡接所述输入部件；
其中当所述输入制动装置被接合时所述至少一个中间变速器模式是具有两个速度DOF的电动转矩变换器(ETC)模式。

5、  根据权利要求1所述的方法，包括发动机，其中所述EVT连续连接到所述发动机；
其中所述初始变速器模式是具有两个速度DOF的第一输入分配模式、具有一个速度DOF的第一固定档位模式以及具有两个速度DOF的第一复合分配模式中的一个；
其中所述最终变速器模式是具有两个速度DOF的第二输入分配模式、具有一个速度DOF的第二固定档位模式以及具有两个速度DOF的第二复合分配模式中的一个；以及
其中所述至少一个中间变速器模式是电动转矩变换器(ETC)模式。

6、  根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个中间变速器模式包括第一中间变速器模式以及第二中间变速器模式。

7、  根据权利要求1所述的方法，其中所述EVT电连接到能量储存装置(ESD)；以及
其中改变所述EVT的传动比的步骤包括通过调整所述ESD的电荷水平来在所述EVT的输出部件上维持足够水平的输出转矩。

8、  一种用于在电动无级变速器(EVT)中的变速器模式之间转换的方法，该方法包括：
当在具有一个或两个速度DOF的初始变速器模式中运行时检测换档请求，所述初始变速器模式是第一输入分配模式、第一复合分配模式以及第一固定传动比模式中的一个；
响应于所述换档请求，从所述初始变速器模式转换到至少一个中间变速器模式，其中所述至少一个中间变速器模式相对于所述初始变速器模式具有附加的速度DOF，并且能够产生输出转矩；
将所述EVT的传动比改变到预定的速度点；以及
将所述EVT从所述至少一个中间变速器模式转换到最终变速器模式，所述最终变速器模式是第二输入分配模式、第二复合分配模式以及第二固定档位模式中的一个。

9、  根据权利要求7所述的方法，其中所述EV连续连接到发动机，并且其中所述至少一个中间变速器模式包括第一中间变速器模式和第二中间变速器模式，所述中间变速器模式的每一个都具有三个速度DOF并且每一个都能够产生输出转矩。

10、  根据权利要求7所述的方法，其中所述EVT包括用于选择性地挡接所述EVT的输入部件的输入制动装置，所述输入部件连续连接到发动机，所述方法进一步包括：
接合所述输入制动装置以便由此将到所述EVT的输入速度减小到零；以及
使用所述输入制动装置将反作用转矩提供给所述EVT；
其中所述输入制动装置和离合器的接合提供了一对电动转矩变换器(ETC)模式，所述ETC模式中的每一个都具有两个速度DOF并且每一个都能够产生输出转矩。

11、  根据权利要求7所述的方法，其中在变速器模式之间转换的步骤的特征在于没有经过空档模式的转换以及没有经由异步换档的转换。

12、  一种电动无级变速器(EVT)，其包括：
输入部件和输出部件；
固定部件；
第一、第二以及第三齿轮组，每一个齿轮组具有相应的第一、第二以及第三部件，其中第三齿轮组的第一部件与所述输出部件连续连接；
互连部件，其连接第一齿轮组的第二部件、第二齿轮组的第二部件以及第三齿轮组的第三部件以进行共同旋转；
第一电动机/发电机和第二电动机/发电机，其中第一电动机/发电机与第一齿轮组的第三部件连续连接并且第二电动机/发电机与第二齿轮组的第三部件连续连接；
第一转矩传递机构，其能够选择性地接合以连接第一电动机/发电机与第二齿轮组的第一部件；
第二转矩传递机构，其能够选择性地接合以连接第二电动机/发电机与第三齿轮组的第三部件；
第三转矩传递机构，其能够选择性地接合以将第三齿轮组的第二部件连接到所述固定部件；
第四转矩传递机构，其能够选择性地接合以将第二齿轮组的第一部件连接到所述固定部件；以及
控制器，其具有换档控制算法，所述换挡控制算法用于通过松开第一、第二、第三以及第四转矩传递机构中的至少一个，以由此转换到至少一个中间变速器模式，来从初始变速器模式转换到最终变速器模式；
其中所述至少一个中间变速器模式相对于所述初始变速器模式具有附加的速度自由度(DOF)，并且其中所述控制器利用所述附加的速度DOF来由此改变所述EVT的传动比。

13、  根据权利要求12所述的EVT，其中第一和第二转矩传递机构中不同的传递机构的接合建立一对电动转矩变换器(ETC)模式中不同的模式。

14、  根据权利要求12所述的EVT，还包括发动机和输入制动装置，其中所述控制器适于通过应用所述输入制动装置来选择性地挡接所述输入部件，以由此建立在所述发动机关闭时能产生转矩的ETC模式。

15、  根据权利要求12所述的EVT，其中所述初始变速器模式和最终变速器模式中的每一个提供输入分配模式、固定档位模式以及复合分配模式中的一个。

用于转换电动无级变速器的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于在电动无级变速器(electrically variabletransmission，EVT)的不同运行状态或者模式之间转换的控制策略或方法以及装置。
背景技术
电动无级变速器(EVT)典型地具有连接到发动机的输入部件以及一个或两个电动机/发电机(motor/generator)，其中每一个所述电动机/发电机都选择性地连接到多个齿轮组的不同部件从而实现一个或多个变速器运行模式。变速器运行模式可以包括各种EVT模式，例如输入分配、输出分配和/或复合分配(compound split)模式、固定速比(speed ratio)模式以及仅电动(电池供电)或者EV模式。EVT模式是其中变速器的输入与输出部件之间的速比由电动机/发电机中的一个或者两者的速度来确定的运行模式。
EVT可通过各种方式改进车用燃料经济性。例如，在怠速时、在减速和制动期间以及在相对低速或者轻车辆负荷运行期间可以关闭发动机，由此消除由于发动机阻力而引起的效率损失。在这些“发动机关闭”期间使用在发动机运行期间在其能力范围内用作发电机的电动机/发电机中的一个所存储的能量或者经由再生制动捕获的制动能量，来延长发动机关闭的时间段或者持续时间，以补充发动机转矩或者功率，在较低的发动机转速下运行车辆，和/或补充辅助电源。在“发动机运转(engine on)”期间由电动机/发电机补充对发动机转矩或者功率的瞬态需求，以允许在不明显降低车辆性能的情况下缩小发动机的尺寸。另外，在辅助发电中该电动机/发电机是高效的，并且来自电池的电功率用作允许在相对低的变速器速比下运行的可用功率储备。
电动可变(electrically-variable)的运行模式可以分成如下几类：输入分配、输出分配、复合分配或者串联(series)模式。输入分配模式具有被啮合使得其速度与变速器输出成正比变化的一个电动机/发电机，并且具有被啮合使得其速度是输入和输出部件速度的线性组合的另一电动机/发电机。输出分配模式具有被啮合使得其速度与变速器输入部件成正比例变化的一个电动机/发电机，并且具有被啮合使得其速度是输入部件和输出部件速度的线性组合的另一电动机/发电机。复合分配模式具有被啮合使得它们的速度是输入和输出部件速度的线性组合的两个电动机/发电机，但是两者都不与输入部件的速度或者输出部件的速度成正比。串联模式具有被啮合使得其速度与变速器输入部件的速度成正比例变化的一个电动机/发电机，以及被啮合使得其速度与变速器输出部件的速度成正比例变化的另一电动机/发电机。当以串联模式运行时在输入和输出部件之间不存在直接的机械功率传输路径，因此所有的功率必须是电传输的。
在四类电动可变运行模式或者EVT模式中的每一种模式中，电动机的速度是输入和输出速度的线性组合。因此，这些模式具有两个速度自由度(在下文中为简洁而缩写为DOF)。数学上，这些种类的模式的速度和转矩公式采取如下形式：
TaTb=a1,1a1,2a2,1a2,2TiTo]]>和NaNb=b1,1b1,2b2,1b2,2NiNo]]>
其中a和b是由传动装置(transmission gearing)确定的系数。EVT模式的类型可以根据B系数的矩阵的结构来确定。也就是说，如果b_2，1＝b_1，2＝0或者b_1，1＝b_2，2＝0，则该模式是串联模式。如果b_1，1＝0或者b_1，2＝0，则该模式是输入分配模式。如果b_2，1＝0或者b_2，2＝0，则该模式是输出分配模式。如果b_1，1、b_1，2、b_2，1以及b_2，2中每一个都是非零的，则该模式是复合分配模式。
EVT也可以包含一个或多个固定档位(fixed gear)模式。通常这些模式由闭合除选择电动可变模式所需数目外的一个附加离合器产生。在这些模式中，输入和每一个电动机的速度与输出速度成比例。因此，这些模式仅具有一个速度DOF。数学上，这些种类的模式的速度和转矩公式采取如下形式：
[Tb]=a1,1a1,2a1,3TaTiTo]]>和NaNbNi=b1,1b1,2b1,3[No]]]>
其中a和b是由传动装置确定的系数。如果b_1，1是非零的，则在以固定档位模式运行期间电动机A可以为输出转矩作出贡献。如果b_1，2是非零的，则在以固定档位模式运行期间电动机B可以为输出转矩作出贡献。如果b_1，3是非零的，则在以固定档位模式运行期间发动机可以为输出转矩作出贡献。如果b_1，3为零，则该模式是仅电动固定档位模式。
EVT也可以包含一个或多个具有三个速度DOF的模式。这些模式可以或者也可以不包括反作用转矩源，使得变速器能够产生与发动机转矩或者电动机转矩成比例的输出转矩。如果具有三个速度DOF的模式能够产生输出转矩，则连接作为对发动机转矩的反作用的任何电动机以及发动机的转矩通常将与所述输出转矩成比例。如果电动机没有被连接作为对发动机转矩的反作用，则可以操控其转矩以便与变速器输入和输出速度无关地控制其速度。
在具有三个速度DOF的模式中，通常不可能容易地与输出转矩无关地控制电池功率。这种模式产生与系统中的每一个反作用转矩源成比例的输出转矩。由这三个转矩源中的每一个所提供的总输出功率的部分(fraction)可以通过改变输入和电动机的速度来调整。鉴于如下事实：功率作为其中一个电动机、输出和发动机的速度以及输出转矩的函数流向ESD或从ESD流出，这些模式在下文中被称为电动转矩变换器(electric torque converter，ETC)模式。数学上，该种类模式的速度和转矩公式采取如下形式：
TaTbTi=a1,1a1,2a1,3[To]]]>和[Nb]=b1,1b1,2b1,3NaNiNo]]>
其中a和b是由传动装置确定的系数。如果a_1，1是非零的，则电动机A用作反作用部件(reaction member)并且当在ETC模式运行时其转矩与输出转矩成比例。如果a_1，1为零，则电动机A断开并且其转矩不由输出转矩确定。如果a_1，2是非零的，则电动机B用作反作用部件并且当在ETC模式运行时其转矩与输出转矩成比例。如果a_1，2为零，则电动机B断开并且其转矩不由输出转矩确定。如果a_1，3是非零的，则在以固定档位模式运行期间发动机能够对输出转矩作出贡献。如果a_1，3为零，则输入断开并且其转矩不由输出转矩确定。如果a_1，1、a_1，2以及a_1，3都为零，则该模式是不能产生输出转矩的空档(neutral)模式。
在使用同步换档(shift)或者离合器到离合器换档(clutch-to-clutch shift)的EVT中可以改变传动比。在前者中，EVT模式用于在两个传动比之间转换时改变发动机速度的方向或者回转(slew)发动机的速度。在模式之间的转换通常经历在模式之间形成边界的中间固定传动比(fixed gear ratio)。在后者中，EVT可以使用滑动摩擦离合器(slipping friction clutch)在期望模式之间直接换档。然而，用于在EVT中执行换档或者转换的控制策略可能具有不是最佳的换档时间和/或换档效率。
发明内容
因此，提供了一种换档控制策略或者方法，其用于在电动无级变速器或者EVT中减少换档时间以及改进换档效率。该控制策略利用多个转矩传递机构(torque-transmitting mechanism)或者离合器以便如果需要的话在维持恒定发动机转速的同时在各种变速器运行模式之间转换，并且在换档事件期间减少了输出转矩的中断。
该方法包括提供各种变速器状态或者模式，所述变速器状态或者模式具有一个、两个或者三个速度自由度(DOF)，这取决于所接合的离合器的数目。在给定传动齿轮互连方案中速度DOF的数目与齿轮系中结点之间的固定互连的数目有关。通常，每个附加的固定互连将速度自由度的数目减一。由于离合器的闭合相当于增加固定互连，因此速度DOF的数目也与分离的离合器的数目有关。例如，有可能设计具有至少四个离合器的变速器，使得四个分离的离合器提供空档模式，三个分离的离合器提供对应于电动转矩变换器(ETC)模式的三个速度DOF，两个分离的离合器提供对应于输入分配或者复合分配模式的两个速度DOF，而一个分离的离合器提供对应于固定传动比模式的一个速度DOF。可替代地，另一种变速器可以包含两个离合器，其中两个离合器都闭合导致固定档位模式，一个离合器的闭合导致两个速度DOF的EVT模式，而离合器都不闭合导致三个速度DOF的ETC模式。
根据本发明的控制方法，EVT初始处于对应于第一、第二或者第三固定传动比的一个速度DOF模式中。该EVT也可以初始处于对应于四类EVT模式之一的两个速度DOF模式中。那么该方法包括分别松开其中一个或两个接合的离合器，以便使EVT处于具有一个或多个附加的速度DOF模式的中间模式中。然后利用由该中间模式实现的额外自由度或者DOF来将传动比改变到可以进入或者转换到第二中间模式或者另一种一个或两个速度DOF模式的点。
更特别地，该方法包括从第一运行模式换档到第二运行模式，该第二运行模式是具有三个速度DOF的ETC模式。将传动比改变为其中可以同步接合最终的两个或者一个速度DOF模式的预定比。然后该方法包括接合一个或两个离合器从而以同步或者异步方式换档到第三运行模式。第一运行模式可以是EVT模式或者固定传动比模式，并且第三运行模式可以是另一种EVT模式或者另一种固定档位模式。该方法还可以包括在不同的ETC模式之间换档，每一个所述ETC模式都具有三个速度DOF。另外，该方法可以包括换档，其中开始和结束模式是其中输入处于零速度的一个速度DOF固定档位模式，适合于仅电动操作。在该情况下，过渡或者中间模式具有两个速度DOF，因为在整个转换或者换档期间发动机关闭并且固定在零速度。输入制动装置可用于在需要时挡接(ground)EVT的输入部件。
还提供了一种用于对具有至少四个转矩传送机构的EVT进行换档的方法，所述机构提供了一对输入分配模式、一对复合分配模式、至少三个传动比(gear ratio)模式以及一对ETC模式。该方法包括在第一运行模式中检测换档请求，响应于该换档请求而转换到该对ETC模式中的一个模式，将传动比变为预定传动比，并且同步或者异步地接合至少一个转矩传送机构以转换到第二运行模式。
提供了一种动力系，其具有可使用上述方法控制的EVT。该动力系包括发动机、输入部件、输出部件、固定部件、第一和第二电动机/发电机以及三个齿轮组，所述齿轮组的每一个都具有第一、第二以及第三齿轮部件。该动力系包括提供多个变速器运行模式的四个转矩传递机构，所述多个变速器运行模式包括至少三个固定传动比、一对输入分配模式、一对复合分配模式以及一对ETC模式。控制器具有换档控制算法，其用于通过松开所述转矩传递机构中的至少一个以转换到具有额外速度DOF的其中一个ETC模式中来在运行模式之间进行选择，并且用于使用该额外速度DOF来改变EVT的比。
结合附图，从以下实现本发明的最佳方式的详细描述中很容易明白本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点。
附图说明
图1是具有可应用本发明的换档控制策略或者方法的电动无级变速器或者EVT的动力系的符号图；
图2是用于图1所示的变速器的真值表；
图3A是可用于图1的动力系的外接(offboard)电源的示意图；
图3B是可用于图1的动力系的另一外接电源的示意图；
图3C是可用于图1的动力系的另一外接电源的示意图；
图4是描述用于图1所示的动力系的总体换档控制策略的流程图；
图5是描述从固定传动比模式到另一运行模式的一对示例性降档事件的流程图；
图6是描述用于图1的动力系和图3的总体换档控制策略的EVT模式到EVT模式换档事件的流程图；
图7是描述用于使用图3的总体换档控制策略的图1的动力系的另一EVT模式到EVT模式换档事件的流程图；以及
图8是给出用于图1的动力系和EVT的示例性模式转换的真值表。
具体实施方式
参考附图，其中相同的参考标号指示相同的组件，并且从图1开始，如将在下面说明的那样，动力系10从发动机12、第一电动机/发电机20(也被标记为M/G A)和第二电动机/发电机22(也被标记为M/G B)中的任何或者全部以及从能量储存装置或者ESD 86得到推进能量或者动力。发动机12具有用作电动无级变速器或者EVT 14的输入部件16的输出轴或者输出部件。如下面将参考图2讨论的，EVT14被设计成在其多个各种变速器状态或者运行模式中选择性地从发动机12接收其驱动功率的一部分，所述运行模式包括如下所述的一对电动转矩变换器(ETC)模式、一对输入分配模式、一对复合分配模式以及多个固定传动比模式。最终驱动单元(drive unit)或者组件17(在图1中为简洁缩写为FD)操作性地连接到EVT 14的输出轴或者输出部件18。虽然图1中未示出，但是如本领域技术人员将理解的，该最终驱动组件17可以包括行星齿轮组、一个或多个平行的轴齿轮组、锥齿轮或者准双曲面齿轮、和/或链传递机构。
如在此说明的，EVT 14包括多个转矩传递机构或者离合器C1、C2、C3、C4以及C5，其可以根据特定应用而被配置为旋转离合器或者制动离合器。离合器32、34以及36(分别标记为C1、C3以及C5)被配置为制动离合器或者制动装置，并且其每一个都可操作地用于选择性地将动力系10的部件挡接到固定部件84，诸如变速器外壳、机壳或者动力系10的其它固定部件。如在下文中参考图2所述，旋转离合器31和33(分别为C2和C4)可操作地用于选择性地将至少三个不同齿轮组40、50以及60中的一个齿轮组的部件与该齿轮组40、50以及60中另一个齿轮组的部件连接和/或与电动机/发电机20、22中的一个连接。
在如图1所示的动力系10的示例性实施例中，齿轮组40是简单的行星齿轮组，其具有外部的环形齿轮42、内部的太阳齿轮44和由支架部件45可旋转支撑的多个小齿轮46。同样地，齿轮组50被配置为简单的行星齿轮组，其具有外部的环形齿轮52、内部的太阳齿轮54和由支架部件55可旋转地支撑的多个小齿轮56。齿轮组60被配置为复式行星齿轮组并且包括外部的环形齿轮62、内部的太阳齿轮64和支架部件65，该支架部件65具有多个小齿轮66，且该支架部件65是如图1的实施例所示的双小齿轮支架，但是在不脱离本发明预期范围的情况下也可以使用单小齿轮支架。
因此，离合器32(C1)选择性地将第三齿轮组60的支架部件65与固定部件84连接，离合器34(C3)选择性地将第二齿轮组50的环形齿轮52连接到固定部件84，并且离合器36(C5)选择性地将第一齿轮组40的环形齿轮42连接到固定部件84。离合器31(C2)选择性地将第二齿轮组50的太阳齿轮54连接到第三齿轮组60的支架部件65。离合器33(C4)选择性地将第一齿轮组40的太阳齿轮44连接到第二齿轮组50的环形齿轮52。输出部件18与第三齿轮组60的环形齿轮62连续互连以用于与其共同旋转，并且第一齿轮组40的环形齿轮42与输入部件16连续互连以用于与其共同旋转。第一电动机/发电机20或者MG/A连续连接到第一齿轮组40的太阳齿轮44。如下面将讨论的，第二电动机/发电机22或者M/G B连续连接到第二齿轮组50的太阳齿轮部件54，并且可操作地传递转矩到输出部件18。
动力系10可以进一步配置有车载能量储存装置或者ESD 86，其操作性地连接到相应的电动机/发电机20、22中的每一个使得电动机/发电机20、22可以选择性地将功率传送到ESD 86或者从ESD 86接收功率。如在此使用的，“车载”能量储存装置是任何安装在车辆(未示出)上的能量储存装置，带有电动机/发电机20和22的动力系10也安装到所述车辆上。ESD 86可以是例如一个或多个电池或者电池组。可以结合或者代替电池而使用能够提供和/或存储并且分发(dispense)足够的电功率的其它车载能量储存装置，诸如燃料电池或者电容器。
电子控制单元或者控制器25(在图1中为简洁缩写为C)操作性地连接到ESD 86以按照需要控制去往或者来自ESD 86的功率分配。例如在以再生制动模式运行时，也可以将由各种传感器(未示出)收集的运行数据(诸如输入部件16和输出部件18的速度)提供到控制器25以用于各种用途。如本领域技术人员将理解的，再生制动能力可以通过如下来实现：即根据需要使用控制器25来在制动期间平衡来自发动机12、来自电动机/发电机20(M/G A)和/或来自电动机/发电机22(M/G B)的输入转矩以便提供一个或多个单独的制动单元(未示出)和/或输出部件18的期望减速率。
ESD 86可以连接到DC到AC功率逆变器90(在图1中为简洁起见而标记为“I”)，并且也可以被配置为当与插入式(plug-in)类型的混合动力系设计一起使用时经由外接电源系统91再充电。如在此使用的，“外接”电源是不安装在具有动力系10的车辆上的电源，没有与EVT 14集成在一起，并且仅在再充电期间操作性地连接到ESD86。如下所述，根据图3A、3B以及3C示出并且描述了建立ESD 86与用于ESD 86再充电的外接电源系统91之间连接性的不同外接电源系统。
参考图2，表格描述了图1的动力系10的各种运行模式。请注意，离合器或者制动装置(C1-C5)的每次相继(successive)应用将速度自由度(DOF)的数目减一。具有一个速度DOF的固定档位模式仅允许一个独立的速度结点，而所有其它速度结点线性相关。例如，在固定档位模式(在图2中表示为FG1、FG2或者FG3)中，包括输入的所有速度结点都与EVT 14的输出速度成比例。具有两个速度DOF的EVT模式允许两个独立的速度结点。在图2中，EVT模式包括两个输入分配模式(EVT1和EVT4)和两个复合分配模式(EVT2和EVT3)。例如，在EVT模式中，除输入和输出速度以外的所有速度结点可以计算为输入和输出速度的线性组合。对于一个和两个DOF模式，有可能选择电动机转矩使得对于给定的发动机转矩，电池功率是零。
在本发明范围内，对于给定传动比有可能处于多个EVT模式(即，EVT1、EVT2、EVT3或者EVT4)中。在EVT 14运行期间，可能期望在两个不同的EVT模式之间转换而同时维持恒定的发动机转速以便提供最佳的车辆感觉，即，驾驶员感到足够“平稳”的“感觉”。
在具有三个速度DOF的电动转矩变换器(ETC)模式中，也就是说，当发动机12(参见图1)正在运行并且输入部件16另外没有经由离合器36(C5)挡接时，除输入和输出速度的这两个自由度以外还存在提供的额外自由度。在这两个ETC模式中，可能不存在灵活性来选择电动机转矩使得对于任何给定的发动机转矩，电池功率实际上是零。因此可以将EVT 14(参见图1)转换或者换档到两个ETC模式，即ETC模式1和ETC模式2。在ETC模式1中，电动机/发电机22(M/GB)从EVT 14去耦(decouple)，使得可以独立控制它的速度。来自电动机/发电机20(图1的M/G A)的转矩与输出转矩成比例，并且它的速度是输入和输出速度的线性组合。在ETC模式2中，图1的电动机/发电机20(M/G A)的速度是输入速度、输出速度以及电动机/发电机22(M/G B)速度的线性组合。电动机/发电机20和22(分别为M/G A和M/G B)中每一个的转矩与输出转矩成比例。
仍然参考图2，当接合或者应用图1的离合器36(C5)(即，输入制动装置)时，来自发动机12的输入部件16被挡接。因此发动机12关闭，并且EVT 14在若干仅电动的模式中运行。在这种情况下，这四个EVT模式，即EVT 1(输入分配)、EVT 2(复合分配)、EVT 3(复合分配)以及EVT 4(输入分配)享有单个速度DOF，而在不接合离合器36(C5)时实现了两个速度DOF，如上面所讨论的。无论是否接合离合器36(C5)，都由ETC模式1和2提供一个或多个过渡或者中间变速器模式，相对于EVT 14从其转换或者换档的初始变速器模式，这些中间变速器模式提供了额外或者附加的速度DOF。当应用或者接合离合器36(C5)时，ETC模式1和2具有两个速度DOF。当松开离合器36(C5)时，ETC模式1和2具有三个速度DOF。下面将参考图4-9更详细地描述使用附加速度DOF来完成转换或者换档。
参考图3A，上面参考图1描述的外接电源系统91包括外接电源92和与外接电源92操作性地连接的外接充电器94，这两者都在具有任何在此描述的变速器实施例的车辆外(即，不安装在车上)。相反，诸如电插座和插头的车载/外接导电接口96允许选择性地将外接组件(外接电源92和外接充电器94)任选地经过车载的整流器98与车载ESD 86连接，该整流器只有在充电器94供应交流电时才是必需的。如在上文所述，在此描述的利用这种外接电源系统91的变速器实施例可以称为插入式混合变速器。充电器94是外接导电型充电器，其调节电功率从外接电源92到ESD 86的流动。当将ESD 86充分再充电时，终止通过接口96的连接，并且然后如在此所讨论的那样，再充电的ESD 86被用于诸如在仅电动模式中给电动机/发电机20、22供电。
参考图3B，示出了可替代的外接电源系统91a，其使用外接电感型充电器94a来调节功率从外接电源92a经过车载/外接电感接口96a到ESD 86的流动。来自电感接口96a的功率流任选地经过车载整流器98a，在充电器94a提供交流电时该整流器是必需的。外接的电感充电器94a可以是在由外接电源92a供电时建立磁场的电线圈。电感接口96a可以是互补线圈，当在再充电期间被定位得足够接近外接电感充电器94a以允许由流入电感充电器94a的电功率所产生的磁场使电功率流到车载整流器98a并随后流到ESD 86时，该线圈将外接组件(外接电源92a和外接的电感充电器94a)与车载组件(车载整流器98a和ESD 86)连接。当将ESD 86充分地再充电时，电感接口96a不再定位在外接电感充电器94a附近，并且如在此所讨论的，再充电的ESD 86随后用于诸如在仅电动模式中给电动机/发电机20、22供电。
参考图3C，示出了可替代的外接电源系统91b，其使用外接电源92b和车载充电器98b以及诸如电插座或者插头的接口96b，该接口允许选择性地连接外接组件(外接电源92b)和车载充电器98b。车载充电器98b可以与车载ESD 86连接(参见图2、5a和5b)。在此描述的利用这种外接电源系统91b的变速器实施例可以称为插入式混合变速器。充电器98B是车载的导电型(conductive type)充电器，其调节电功率从外接电源92b到ESD 86的流动。当将ESD 86充分再充电时，终止通过接口96b的连接，并且再充电的ESD 86随后如在此所讨论的那样用于诸如在仅电动模式中给电动机/发电机20、22供电。
一起参考图1和3，当松开或者以其他方式分离离合器32、31、34以及33(分别为C1-C4)时，EVT 14处于空档(四个速度DOF)。在该模式中，中断从发动机12、ESD 86以及两个电动机/发电机20、22(分别为M/G A和M/G B)到最终驱动器17的功率流。为了提供输入分配模式(其相当于EVT1和EVT4模式中任意一个)，仅接合两个离合器。特别地，对于EVT1，接合离合器32(C1)和34(C3)，而对于EVT4，接合离合器31(C2)和34(C3)。同样地，为了提供复合分配模式或者EVT2和EVT3，也接合两个离合器，对于EVT2接合离合器32(C1)和33(C4)，而对于EVT3接合离合器31(C2)和33(C4)。
为了将EVT 14置于三个固定传动比FG1、FG2或FG3中的一个，也就是说，为了实现一个速度DOF，接合三个离合器。对于FG1，这三个离合器是32(C1)、34(C3)和33(C4)。对于FG2，该离合器是32(C1)、31(C2)和33(C4)。对于FG3，该离合器是31(C2)、34(C3)和33(C4)。最后，为了将EVT 14置于具有三个速度DOF的两个ETC模式中的一个，仅接合一个离合器。对于ETC模式1，接合离合器32(C1)。对于ETC模式2，接合离合器31(C2)。
参考图4，驻留在图1的控制器25中的算法100提供EVT换档或者转换控制策略以用于使用额外的速度自由度(DOF)来改变在图1的EVT 14内的传动比。算法100从步骤102开始，在步骤102中EVT14处于一个或者两个速度DOF模式中(参见图3)。算法100通过根据图2按照需要松开离合器(C1-C4)中的一个或两个来转换到比初始变速器模式大一的速度DOF模式，使得仅接合一个离合器(C1-4)。也就是说，如果初始处于一个速度DOF模式中，则算法100将进入两个速度DOF模式，而如果初始处于两个速度DOF模式中，算法100将进入三个速度DOF模式。然后算法100在一个实施例中进行到步骤104，而在另一实施例中进行到步骤103。
在图4中的虚线(phantom)所示出的步骤103中，算法100包括利用额外的速度DOF以便将传动比改变为预定传动比(B)，其中根据图2，通过接合一个离合器并且分离另一个可以同步地接合第二额外的速度DOF模式。在转换期间，在需要时，算法100通过对ESD 86(参见图1)放电或者充电来维持足够水平的输出转矩。然后算法100进行到步骤104。
在步骤104中，算法100通过同步地接合一个离合器和分离另一个离合器来转换到第二额外的速度DOF模式。在转换期间，应当根据需要通过对ESD 86(参见图1)放电或者充电来维持可接受水平的输出转矩。然后算法100进行到步骤105。
在步骤105中，算法100利用额外的速度DOF以便将传动比改变到预定传动比(A)，其中通过分别接合一个或两个离合器可以同步地接合(engage)所期望的最终的一个速度DOF或者两个速度DOF模式。在转换期间，在需要时，算法100通过对ESD 86(参见图1)放电或者充电来维持足够水平的输出转矩。然后算法100进行到步骤106。
在步骤106中，算法100将EVT 14(参见图1)换档到期望的最终变速器模式。这通过根据需要接合一个或两个离合器来实现，从而将EVT 14锁定到期望的如图2所描述的运行模式或者变速器模式。如接下来将参考图5-7描述的，可以根据算法100来执行各种示例性的换档操作，其中各个步骤取决于EVT 14的初始模式或模式以及期望的终点模式或模式。
参考图5，使用如上所述的图4的算法100的代表性或者示例性算法或者方法200提供了从一个固定传动比到另一个固定传动比(这里为FG3到FG1)以及从固定传动比到EVT模式(这里为FG3到EVT2)的降档(downshift)。然而，本领域普通技术人员将认识到在本发明范围内可以执行其它降档事件。
方法200开始于步骤210，该方法包括检测、测量或者以其他方式确定对应于从一个运行模式到另一个运行模式或者从一个固定传动比到另一个固定传动比的所命令的(commanded)换档事件的信号的存在。如果检测到这种所命令的换档事件的存在，则方法200进行到步骤212。否则，方法200退出到主换档算法(未示出)，主换档算法适于控制不属于本发明范围的其它换档事件。
在步骤212中，方法200包括确定所检测到的换档事件(参见步骤210)是否对应于从一个固定传动比(诸如FG3)到另一个固定传动比(诸如FG1)的降档。如果是，则方法200进行到步骤214。否则，方法200进行到步骤213。
在步骤213中，方法200包括确定所检测到的换档事件(参见步骤210)是否对应于从一个固定传动比(诸如FG3)到EVT模式(诸如EVT2)的降档。如果是，则方法200进行到步骤215。否则，方法200退出到上面在步骤210中讨论的主换档算法(未示出)。
在步骤214中，设置对应于所检测的换档事件的标志(flag)，例如通过将标志设置为整数值零来进行设置，在图5中表示为Flag＝0。然后方法200进行到步骤216。
在步骤215中，设置对应于所检测的换档事件的标志，例如通过将标志设置为整数值一来进行设置，在图5中表示为Flag＝1。然后方法200进行到步骤216。
在步骤216中，方法200包括将保持转矩(holding torque)(在图5中表示为T_H，本领域普通技术人员将理解该术语)传递(transition)到电动机/发电机20(M/G A)(参见图1)。同时松开离合器33(C4)和34(C3)。然后方法200进行到步骤218。
在步骤218中，在将图1的电动机/发电机22(M/G B)的速度回转或者改变到近似零的同时，将来自发动机12(参见图1)的转矩(Te)增加到最大值(Max)。同时，如果在步骤215中该标志等于1，则以正的速率(positive rate)回转电动机/发电机20(M/G A)的速度使得发动机转速遵循期望的轨迹从而以EVT2结束。然后方法200进行到步骤220。
在步骤220中，接合离合器32(C1)，并且将反作用转矩(T_R)从电动机/发电机22(M/G B)传递到离合器32(C1)。然后方法200进行到步骤222。
在步骤222中，松开或者分离离合器31(C2)，并且方法200进行到步骤224。
在步骤224中，方法200确定所述标志的状态或者设置(参见步骤214和215)。如果该标志具有对应于固定传动比降档的值，则方法200进行到步骤226。否则，方法200进行到步骤227。
在步骤226中，增大电动机/发电机22(M/G B)的速度(在图5中表示为N_B)直到横跨离合器33(C4)和34(C3)的速度等于零。然后方法200进行到步骤228，其中接合离合器34(C3)和33(C4)。然后方法200进行到步骤230。
在步骤227中，方法200增大电动机/发电机22(M/G B)的速度或者N_B直到横跨离合器33(C4)的速度等于零。可替代地，在打滑(slipping)时可以部分地或者异步地应用离合器33(C4)以便减少电池功率需求和/或减少加速电动机/发电机22(M/G B)所需要的时间。然后方法200进行到步骤229，其中接合离合器33(C4)。然后方法200进行到步骤231。
在步骤230中，将反作用转矩(T_R)从电动机/发电机20(M/G A)传递到离合器33(C4)。此时，方法200的执行导致离合器32(C1)、33(C4)以及34(C3)的接合，这建立了固定传动比FG1(参见图3)。然后图1的动力系10可以在FG1中运行直到控制器25在步骤210中检测到另一个命令的换档。
在步骤231中，方法200包括将转矩从电动机/发电机20(M/G A)(参见图1)传递到复合分配，即该转矩在电动机/发电机20(M/G A)和电动机/发电机22(M/G B)之间分配。此时，方法200的执行导致离合器32(C1)和33(C4)的接合，这建立了运行模式EVT2(参见图3)。然后图1的动力系10可以在EVT2中运行直到控制器25和驻留其中的任何更大的换档算法检测到与从EVT2到另一个运行模式的换档相对应的信号。
参考图6，使用如上所述图4的算法100的代表性或者示例性算法或者方法300用于在EVT模式(这里为EVT1)中起动发动机12(参见图1)，并且然后以同步的方式换档到发动机12速度为零的诸如EVT4的另一EVT模式。
从步骤350开始，动力系10(参见图1)在EVT1中启动，即，离合器32(C1)和34(C3)是闭合(closed)或者分离的。具有动力系10(参见图1)的车辆(未示出)使用ESD 86(参见图1)，也就是说仅利用电池功率，在EVT1中起动。在该模式中，可以应用或者接合离合器36(C5)(参见图1)作为发动机或者输入制动装置以保持输入速度为零并且提供足够的反作用转矩。由于应用的离合器36(C5)将速度DOF的数目减少了一，因此EVT 14进入固定档位模式，其中发动机12的固定比为零。然后方法300进行到步骤352。
在步骤352中，方法300将所有的推进转矩传递到电动机/发电机20(M/G A)。换句话说，电动机/发电机22(M/G B)上的转矩为零。然后方法300进行到步骤354。
在步骤354中，松开或者分离离合器34(C3)，从而实现额外的速度自由度(DOF)或者两个速度DOF。然后方法300进行到步骤356。
在步骤356中，方法300包括将电动机/发电机22(M/G B)的速度减小到零。然后方法300进行到步骤358，其中接合或者闭合离合器31(C2)。一旦离合器31(C2)完全接合，方法300就进行到步骤360。
在步骤360中，将离合器32(C1)上的转矩传递到电动机/发电机22(M/G B)，并且然后分离或者打开离合器32(C1)。电动机/发电机20和22(分别为M/G A和M/G B)上的转矩被控制或者设置到与期望的输出转矩成比例的水平。然后方法300进行到步骤362。
在步骤362中，增大电动机/发电机22(M/G B)的速度直到横跨离合器34(C3)的速度近似为零。此时，方法300进行到步骤364，其中离合器34(C3)被接合。在接合离合器34(C3)后，方法300包括对转矩进行传递，以便在电动机/发电机20与22(分别为M/G A和M/G B)之间分摊。
参考图7，使用如上所述图4的算法100的代表性或者示例性算法或者方法400用于在EVT模式(这里为EVT1以及在虚线部分为EVT4)中起动发动机12(参见图1)，并且然后在不骤然加大(flare)发动机12速度的情况下换档到诸如EVT2的另一个EVT模式。
从虚线所示出的步骤440开始，动力系10(参见图1)在EVT4中启动，即离合器31(C2)和34(C3)闭合或者接合。具有动力系10(参见图1)的车辆(未示出)使用ESD 86(参见图1)，也就是说只利用电池功率，在EVT4中起动。电动机/发电机20和22(分别为M/G A和M/G B)分摊(share)转矩。算法400进行到步骤442。
在步骤442中，方法400包括启动发动机12(参见图1)。一旦启动发动机12，就将发动机转速增加到预定的阈值速度，诸如在图7所示出的实施例中为至少大约1000转/分钟(rpm)。此时，电动机/发电机20(M/G A)的速度将是正的(positive)，其输入-输出速度比大于对应于FG3的输入-输出速比。然后方法400进行到步骤444。
在步骤444中，通过将转矩传递到电动机/发电机20和22(分别为M/G A和M/G B)以及发动机12来卸荷(unload)离合器34(C3)。然后方法400进行到步骤454。
在步骤450中，动力系10(参见图1)在EVT1中启动，即离合器32(C1)和34(C3)闭合或者接合，而不是如上面关于步骤440所说明的在EVT4中启动。具有动力系10(参见图1)的车辆(未示出)使用ESD 86(参见图1)，也就是说只利用电池功率，在EVT1中起动。电动机/发电机20和22(分别为M/G A和M/G B)分摊转矩。
在步骤451中，方法400包括启动发动机12(参见图1)。一旦启动发动机12，方法400包括将发动机转速增加到预定的阈值速度，诸如图7所示出的实施例中为至少大约1000转/分钟(rpm)。此时，电动机/发电机20(M/G A)的速度将是正的，其输入-输出速度比小于对应于FG1的输入-输出速比。然后方法400进行到步骤452。
在步骤452中，方法300将对发动机12(参见图1)起反作用所必需的所有转矩传递到电动机/发电机20(M/G A)。换句话说，电动机/发电机22(M/G B)上的转矩为零。然后方法400进行到步骤454。
在步骤454中，松开或者分离离合器34(C3)，然后方法400进行到步骤456，其中减小电动机/发电机22(M/G B)的速度直到离合器33(C4)近似为零。然后方法400进行到步骤456。
在步骤457中，方法400包括接合离合器33(C4)。一旦完成步骤457，方法400就进行到步骤459，其中将动力系10(参见图1)转换到复合分配模式，即其中在电动机/发电机20和22(分别为M/GA和M/G B)之间分摊发动机反作用转矩。
参考图8，真值表列出了图1的EVT 14的各种示例性的EVT换档或者可能的转换。图8的真值表对应于从初始变速器模式经过一个或两个中间变速器模式到最终变速器模式的转换。在图8中初始变速器模式表示为“1”。交替地，当使用单个中间变速器模式时最终变速器模式表示为“3”而当使用两个中间变速器模式时最终变速器模式表示为“4”。如上面所讨论的，初始和最终变速器模式可以是输入分配模式、固定档位模式、复合分配模式以及发动机12(参见图1)关闭或者挡接的固定档位模式。同样地，具有接合的离合器36(C5)(参见图1)的EVT 14也能够在发动机12关闭的固定档位之间转换。
虽然已经详细描述了实现本发明的最佳方式，但是本领域技术人员将认识到在所附权利要求书范围内的用于实践本发明的各种可选设计和实施例。