CN103386982A - 混合动力车辆中的齿隙区检测 - Google Patents

Abstract

本发明是混合动力车辆中的齿隙区检测。一种用于控制电动车辆的方法，所述电动车辆具有连接到传动系的牵引电动机，所述方法包括：在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动，其中，利用传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系确定所述区域，所述区域以零输入扭矩和零输出扭矩为边界。一种混合动力电动车辆具有：牵引电动机；传动系，连接到车辆车轮；控制器，被构造成在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动。用于混合动力车辆的控制***包括牵引电动机和控制器。控制器被构造成在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动。

Description

混合动力车辆中的齿隙区检测

本申请要求于2012年5月7日提交的第61/643,609号美国临时申请的权益并要求于2012年11月29日提交的第13/688,680号美国申请的优先权，这两个申请公开的内容通过引用被全部包含于此。

技术领域

各个实施例涉及一种混合动力车辆及检测混合动力车辆的传动系齿隙区的方法。

背景技术

在车辆中，当车轮扭矩或道路负载扭矩以及原动机扭矩从一个方向改变到另一个方向时，在整个传动系中会发生经过齿隙（backlash crossing）。传动系可包括变速器齿轮***、传动系万向节和车轮。例如，当（例如）在车辆加速或减速事件期间扭矩改变方向时，例如，由于由传动系的各个部件内的间隙或楔隙导致的空转（lost motion），而可产生间隙或齿隙。忽略经过齿隙的效应会导致对驾驶员造成干扰。

在传统车辆中，当经过齿隙区时可利用发动机扭矩的缓慢倾斜减小。还可使用其他方法以减少经过齿隙的效应，所述其他方法包括发动机内的点火延迟，这可导致发动机的燃料效率降低且扭矩负荷或振动增加，从而促成噪声、振动和声振粗糙度（NVH）。在混合动力车辆中，控制传动系经过齿隙变得更加复杂，这是因为可能存在多于一个原动机给传动系的单个输入轴提供扭矩。检测或预测可能产生传动系齿隙的操作条件或区域，这可用于减少经过齿隙的效应。

发明内容

在一个实施例中，提供一种用于控制电动车辆的方法，所述电动车辆具有连接到传动系的牵引电动机。在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动。利用传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系确定所述区域，所述区域以零输入扭矩和零输出扭矩为边界。

在另一实施例中，提供一种混合动力电动车辆，该车辆设置有牵引电动机、连接到车辆车轮的传动系、控制器。控制器被构造成在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动。基于传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系给所述区域定边界。

在另一实施例中，一种用于混合动力车辆的控制***设置有牵引电动机和控制器。控制器被构造成在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的齿隙效应。利用传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系确定所述区域，所述区域以零输入扭矩和零输出扭矩为边界。

提供一种混合动力电动车辆，该车辆包括：牵引电动机；传动系，连接到车辆车轮；控制器，被构造成在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动，其中，基于传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系给所述区域定边界。

传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系利用传动系上的变速比表示。

当传动系处于驱动构造时，所述区域以传动系零输出扭矩为边界，使得当传动系输入扭矩导致小于零的传动系输出扭矩时进入所述区域。

当传动系处于被驱动构造时，所述区域以传动系零输入扭矩为边界，使得当传动系输出扭矩导致大于零的传动系输入扭矩时进入所述区域。

传动系具有串联地布置的多个啮合齿轮。

扭矩扰动包括所述多个啮合齿轮中每个啮合齿轮中的齿隙。

在所述区域中，基于行进经过所述多个啮合齿轮中每个啮合齿轮中的齿隙区，传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系是非线性的。

提供一种用于混合动力车辆的控制***，该控制***包括：牵引电动机；控制器，被构造成在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动，其中，利用传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系确定所述区域，所述区域以零输入扭矩和零输出扭矩为边界。

当传动系处于驱动构造时，所述区域以传动系零输出扭矩为边界，使得当传动系输入扭矩导致小于零的传动系输出扭矩时进入所述区域。

当传动系处于被驱动构造时，所述区域以传动系零输入扭矩为边界，使得当传动系输出扭矩导致大于零的传动系输入扭矩时进入所述区域。

本公开的各个实施例具有相关的优点。例如，在混合动力车辆中，为了获得更好的操控性能并满足用户期望，可能需要对于齿隙区的检测和预测齿隙区，这是因为车辆具有多余一个的动力源且扭矩可沿着两个方向流过传动系。可在车辆加速或减速事件（例如，踏板踩下或踏板松开）期间预测或检测位于传动系和变速器内的齿隙区。对于一个档位，从利用不成比例损失和成比例损失的实际扭矩比对输入扭矩和输出扭矩之间的关系进行建模。根据通过变速器是传递正扭矩还是传递负扭矩，成比例损失不同地影响建模。利用建模将齿隙区定义为在正扭矩传递侧（电动机驱动）从变速器输出零扭矩时的输入扭矩和在负扭矩传递侧（即，制动或发电）零扭矩输入到变速器时的输出扭矩之间的区域。

附图说明

图1是能够实施实施例的混合动力车辆的示意图；

图2是示出在传动系中产生齿隙的示例的曲线图；

图3是示出用于检测车辆的齿隙区的模型的曲线图；

图4是示出根据实施例的用于确定齿隙区的过程的流程图；

图5a和图5b是示出在车辆没有进行经过齿隙控制的情况下踏板踩下事件和踏板松开事件的时间图；

图6a和图6b是示出在仅以电模式操作的车辆进行经过齿隙控制的情况下踏板踩下事件和踏板松开事件的时间图；

图7a和图7b是示出在以混合模式操作的车辆进行经过齿隙控制的情况下踏板踩下事件和踏板松开事件的时间图；

图8是示出用于控制在车辆中经过齿隙的效应的过程的流程图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅仅是本发明的示例性实施例，本发明可以以各种和可选的形式实施。附图不一定按照比例绘制；可能会夸大或最小化一些特征，以示出具体部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

图1示出了根据实施例的混合动力车辆10的示意图。车辆10包括发动机12和电动机，在图1中示出的实施例中，所述电动机为电动机/发电机（M/G）14，且可选地所述电动机可以是牵引电动机。M/G14被构造成将扭矩传递到发动机12或者传递到车辆车轮16。

M/G14利用第一离合器18（也被称为分离离合器或者上游离合器）连接到发动机12。第二离合器22（也被称为起动离合器或者下游离合器）将M/G14连接到变速器24，到达变速器24的所有输入扭矩流过起动离合器22。虽然离合器18和22被描述并示出为液压离合器，但是还可使用其他类型的离合器，例如，机电式离合器。可选地，离合器22可被具有旁路离合器的变矩器替代，如下面进一步描述的。在不同的实施例中，下游离合器22指的是用于车辆10的各种结合装置，包括传统离合器以及具有旁路（锁止）离合器的变矩器。该构造可使用具有变矩器的其他传统的有级式自动变速器，有时该构造被称为模块化混合动力变速器构造。

发动机12的输出轴连接到分离离合器18，分离离合器18再连接到M/G14的输入轴。M/G14的输出轴连接到起动离合器22，起动离合器22再连接到变速器24。车辆10的各个部件彼此按顺序串联布置。起动离合器22将车辆的原动机连接到传动系26，传动系26包括变速器24、差速器28、车辆车轮16以及将它们互连的部件。在其他实施例中，在此描述的方法可应用于具有其他***架构的混合动力车辆。

在车辆10的另一实施例中，下游离合器22是具有旁路离合器的变矩器。来自M/G14的输入是变矩器的泵轮侧，从变矩器至变速器24的输出是变矩器的涡轮侧。变矩器22利用其流体耦合传递扭矩，且可根据泵轮侧和涡轮侧之间的滑动的量实现扭矩倍增。用于变矩器的旁路离合器或锁止离合器可选择性地接合，以在泵轮侧和涡轮侧之间建立机械连接或摩擦连接，而直接传递扭矩。旁路离合器可滑动和/或分开，以控制通过变矩器传递的扭矩的量。变矩器还可包括机械式锁止离合器。

在车辆10中，用于变矩器的旁路离合器或起动离合器22可锁止以增加燃料效率，且可在踏板踩下事件或踏板松开事件期间在经过齿隙区时锁止。在传动系内对于经过齿隙的效应的控制和操控性能取决于对于来自发动机12和/或电动机/发电机14的动力传动系扭矩的控制。与发动机12的扭矩相比，M/G14的扭矩可更精确地控制且响应时间更快。在车辆10的纯电动模式操作期间，可在经过齿隙区时控制M/G14的扭矩。在车辆的混合模式操作（此时，发动机12和M/G14均操作）期间，M/G14的扭矩和发动机12的扭矩可一起控制，以提高车辆10的操控性能并减少传动系经过齿隙的效应。

在示出的代表性实施例中，发动机12是直接喷射式发动机。可选地，发动机12可以是另一类型的发动机或者原动机，例如，进气口喷射式发动机，或者可以是燃料电池，或者可使用各种燃料源，例如，柴油、生物燃料、天然气、氢等。在一些实施例中，车辆10还包括（例如）通过带或者齿轮传动可操作地连接到发动机12的起动电动机30。例如，对于冷起动或某些高速起动事件，起动电动机30可用于提供扭矩以起动发动机12，而不需要添加来自M/G14的扭矩。

M/G14与电池32连通。电池32可以是高电压电池。M/G14可被构造成在再生模式下（例如，当车辆动力输出超过驾驶员的需求时）通过再生制动等给电池32充电。M/G14还可置于发电机构造下，以适当控制发动机12提供给传动系26的扭矩的量。在一个示例中，电池32被构造成连接到外部电网，例如，使得插电式混合动力电动车辆（PHEV）能够从电网对电池进行再充电，所述电网将能量供应到充电站处的电出口。还可存在低电压电池，以将电力提供到起动电动机或其他车辆部件，或者可通过连接到电池32的DC至DC转换器提供低电压电力。

在一些实施例中，变速器24是自动变速器，并以传统的方式连接到驱动轮16，且可包括差速器28。车辆10还设置有一对非驱动轮，然而，在可选实施例中，可使用分动器和第二差速器以正向驱动所有的车辆车轮。

M/G14和离合器18、22可位于电动机/发电机壳34内，电动机/发电机壳34可集成到变速器24的壳中，或者可选地，电动机/发电机壳34是车辆10内的单独的壳。变速器24具有齿轮箱，以给车辆10提供各种变速比。变速器24的齿轮箱可包括离合器和行星齿轮组或者本领域已知的离合器和齿轮系的其他配置方式。在可选实施例中，变速器24是无级变速器或机械式自动变速器。变速器24可以是六速自动变速器、其他速度自动变速器、或者本领域已知的其他齿轮箱。

使用变速器控制单元（TCU）36等控制变速器24按照换档规律（例如，品质换档规律）运行，TCU36连接和断开齿轮箱内的各个元件，以控制变速器输出和变速器输入之间的变速比。变速器24的变速比是变速器24的理想扭矩比。TCU36还用于控制M/G14、离合器18、22以及电动机/发电机壳34内的任何其他部件。

发动机控制单元（ECU）38被构造成控制发动机12的操作。车辆***控制器（VSC）40在TCU36和ECU38之间传输数据，并且还与各个车辆传感器通信。车辆10的控制***42可包括任何数量的控制器，并可集成为单个控制器或者可具有各种模块。一些或者所有控制器可通过控制器局域网络（CAN）或者其他***连接。控制***42可被构造成在多种不同情况中的任何情况下（包括在踏板踩下事件或踏板松开事件期间按照最小化或者减少传动系26经过齿隙的效应和对驾驶员的冲击的方式）控制电动机/发电机壳34、起动电动机30、发动机12和变速器24中的各个部件的操作。

在正常的动力传动系（不存在有故障的子***/部件）情况下，VSC40解释驾驶员的需求（例如，PRND和加速或者减速需求），接着基于驾驶员的需求和动力传动系限制来确定车轮扭矩命令。此外，VSC40确定每个动力源何时需要提供扭矩以及需要提供多少扭矩来满足驾驶员的扭矩需求，并实现发动机12和M/G14的操作点（扭矩和速度）。

车辆10可具有速度传感器44，速度传感器44布置在动力传动系和传动系26的各个位置。虽然由于响应时间、信号和数据处理导致可能存在一些滞后，但是速度传感器44将关于轴的转速的信息大致实时地提供给控制***42。在图1中示出的实施例中，存在速度传感器44，所述速度传感器44测量发动机12的输出轴的速度（ω_eng）、测量连接到M/G14的轴的速度（ω_m）、测量变速器24的输入轴的速度（ω_in）、测量变速器24的输出轴的速度（ω_out）、测量连接到车轮16的一个或两个半轴的速度（ω_final）。

作为用于车辆10的操作的控制策略或算法的一部分，控制***42可获得发动机12的扭矩请求（τ_e）和/或M/G14的扭矩请求（τ_m），如图1所示。假设分离离合器18和起动离合器22锁止，则变速器的净输入扭矩（τ_i）由电动机扭矩和发动机扭矩构成（τ_i=τ_m+τ_e）。

在可选实施例中，离合器22可被包括变矩器和锁止离合器或旁路离合器的变矩器单元替代。当在变矩器上存在特定的转速差时，变矩器具有扭矩倍增效果。在扭矩倍增期间，由于变矩器上的扭矩倍增而使得变矩器的输出扭矩大于其输入扭矩。例如，当车辆10从静止起动、连接到变矩器的输入轴开始旋转、来自变矩器的输出轴仍然静止或者刚刚开始旋转时存在扭矩倍增。

锁止离合器或旁路离合器用于锁止变矩器，使得起动离合器（下游扭矩传递装置）22的输入扭矩和输出扭矩彼此相等，以及起动离合器22的输入转速和输出转速彼此相等。例如，当变矩器上的转速比大于约0.8时，锁止离合器消除了变矩器上的滑动和传动系的低效率，并可提高车辆10的燃料效率。

改变扭矩的量和/或方向可导致传动系26中与经过齿隙相关的扰动或振动。每当车轮16的扭矩、发动机12和M/G14的扭矩中的一个从一个方向改变到另一个方向时，可在车辆的传动系26中产生齿隙。当在锁止位置或接合位置，通过分离离合器18和起动离合器22两者或者用于变矩器的锁止离合器来操作车辆10时，可产生扭矩方向的这种改变。例如，当车辆10在减速时，发动机12的压缩制动效果给变速器24提供负扭矩，该负扭矩然后经过差速器28然后到达车轮16。在这点上，传动系26沿着负方向缠绕（wrap）。如果驾驶员利用加速踏板提供动力请求或者踩下踏板，则发动机12的扭矩从负转到正，从而发动机12开始提供扭矩以向前推进车辆10。当每个传动系部件从传递负扭矩改变到传递正扭矩时，传动系26不被缠绕（unwrap）。在这种改变期间的某个点，传动系26经过松弛状态，此时零扭矩施加到车轮16。

在这种零扭矩区，变速器24和/或差速器28中的齿轮齿可能不与它们配对齿轮的齿轮齿紧密啮合，且可能在传动系26中存在一些间隙。多组齿轮上的间隙会累积。当发动机12继续提供正扭矩时，传动系26将沿着正方向缠绕。齿轮可快速地啮合，导致闷响。此外，由于与将差速器28连接到车轮16的半轴的车轮16侧上的扭矩相比，该半轴的差速器28侧上的扭矩更高，导致该半轴可能稍微扭曲。半轴可用作扭转弹簧，以储存该能量。当车辆10开始加速时，车轮16的扭矩赶上差速器28处的扭矩，储存在半轴中的任何能量快速释放，导致沿着相反方向的振动或反冲。经过该齿隙的结果是当齿轮齿撞击在一起时产生闷响或噪声，以及当消耗半轴能量时使车轮扭矩减小。闷响和振动可根据其严重性而被驾驶员注意。对于具有串联地布置的多个啮合齿轮的传动系，每个啮合齿轮可具有齿隙区。传动系中的齿隙在整个啮合齿轮中叠加或行进。当扭矩反向行进时，在一个啮合齿轮啮合之后，其后的啮合齿轮经过齿隙区。齿隙可包括主齿轮齿隙和其后的齿轮。

在上面描述的方案还可沿着相反的方向产生。在这种情况下，驾驶员可能提供动力请求（例如，踩下加速踏板使车辆加速），然后突然通过踏板松开释放加速踏板而去除该动力请求。传动系26从沿着正方向缠绕转到沿着负方向缠绕，在转换期间产生类似的扭矩减小或下跌和闷响。与由于突然减速导致的经过齿隙的效应相比，通常更能注意到由于突然加速导致的经过齿隙的效应。

作为示例，车辆10的两种齿隙情况在图2中以曲线图示出。示出了在68处突然减速期间和在70处突然加速期间的加速踏板60，变速器输出速度62，车轮速度64，车轮扭矩66。在68处的减速请求之后，与车轮速度64相比，变速器输出速度62更快地减小。这导致区域72被标记为“零车轮扭矩”，在区域72中，由于车轮扭矩66进行从正到负的转换，使得传动系26处于其松弛状态。紧跟该转换，由于车轮速度64赶上变速器输出速度62，使得车轮扭矩66快速减小，这导致区域74被标记为“扭矩减小”。扭矩减小74在本质上是反冲，除了由变速器输出供应的负扭矩导致之外，扭矩减小74还由储存在半轴中的能量被释放、变速器24和其他传动系部件中的间隙导致。经过齿隙74的效应导致车轮扭矩最终振荡。

在70处踏板踩下请求之后加速期间，产生类似的方案，只不过是方案沿着相反的方向产生。变速器输出速度62的增加导致车轮速度64的增加，这导致零扭矩区域76，然后在78处扭矩快速增加或“扭矩突增”，导致经过齿隙效应或者可由驾驶员感觉到的噪声和振动。

控制***42被构造成检测、感测和/或预测齿隙区域，以减小或减少齿隙效应。车辆10中的齿隙可通过观察变速器输入扭矩和输出扭矩来感测，如下面所描述的。

图3示出了变速器24上输入扭矩与输出扭矩的比率。理想的或完美的变速器24具有如线100所示的经过零点的完美的或理想的扭矩比。然而，在实际变速器24中，存在应该考虑的成比例损失和不成比例损失。损失具有将输出扭矩与输入扭矩的理想扭矩比转换或修改成实际扭矩比的效果。实际扭矩比是理想扭矩比与损失相加。当输入扭矩和输出扭矩均为负（发电）时，变速器损失用于辅助车辆减速。当输入扭矩和输出扭矩均为正（推进）时，变速器损失阻碍推进操作。线118表示在推进期间考虑了损失的实际比率。线120表示在发电时考虑了损失的实际比率。线122是比率的范围，在该范围内，变速器24传递接近零的扭矩，产生齿隙区效应的可能性最高，线122表示齿隙区。

区域124表示从推进侧或正输入扭矩侧进入齿隙区的入口区。区域126表示从发电侧或负输入扭矩侧进入齿隙区的入口区。注意的是，在区域124和126之间的线122的边界是（在126处）零输入扭矩至（在124处）一定数量输入扭矩。在其他实施例中，可设置其他边界以限定齿隙区。通过控制当由于车辆沿着线122加速或减速而使车辆10在线122上操作时的输入扭矩，可减小或减少经过齿隙事件的效应。线122可以是线性的或非线性的。例如，线122可以是由传动系中每个啮合齿轮中的齿隙导致的多个阶梯的阶梯函数。

如图3所示的变速比的输入扭矩至输出扭矩模型可如下描述那样确定。在加速事件期间，传动系处于驱动构造，使得来自发动机和/或M/G14的扭矩通过变速器24传递到车轮16。在减速事件期间，传动系处于被驱动构造，使得来自车轮16的扭矩通过变速器24传递到M/G14。然而，通过变速器24和传动系26传递的扭矩的量是变速器24和传动系26中的变速比和损失的函数。图3以曲线图示出了变速器24的扭矩、变速比和损失。变速器24的变速比等于输入扭矩（τ_in）和输出扭矩（τ_out）的比率，其中，τ_in是在输入轴46处到达变速器24的扭矩，τ_out是在变速器24的输出轴48处的扭矩，且在***中不存在损失。变速比可基于速比，从在变速器24中啮合的各个齿轮的齿数直接计算。变速比还可被认为是理想扭矩比。例如，如果变速比是4:1，则对于+100Nm（牛米）的输入扭矩（τ_in），输出扭矩（τ_out）是400Nm。因此，在图3中理想扭矩比由线100表示，其中，该线的斜率是理想扭矩比或变速比。

线性关系可用于将变速器的输入扭矩与输出扭矩相关联，其中，线性线可由下面的方程描述：

y=m×x+b

其中，y是输出扭矩（τ_out），x是输入扭矩（τ_in）。斜率m是输出扭矩/输入扭矩之比或变速比，b是当输入扭矩是零时的输出扭矩。

理想地，或者在不存在损失的变速器24中，斜率可以是理想扭矩比，偏移量是零，如线100所示。不存在损失时的斜率是理想扭矩比或变速比（TR_ideal）。因此，用于线100的方程是：

τ_out=(τ_in×TR_ideal)   等式（1）

然而，变速器24不是完全高效的且具有一些损失。变速器中的损失可以是摩擦、热、旋转损失或多个其他因素的函数。变速器中的损失可被表征为“成比例损失”和“不成比例损失”。成比例损失根据当前档位和速度的函数改变，而不成比例损失与扭矩无关。变速器24的效率通常对整个变速器24进行测量。传动系26的效率通常在起动离合器22锁止或用于变矩器的旁路离合器锁止时测量，或者可在没有变矩器的情况下进行建模。

对于有级式齿轮变速器的每个档位，截距b等于在图3中的112处示出的不成比例损失T_s。线114示出了当考虑变速器24中的不成比例损失T_s时的理想扭矩比或变速比。不成比例损失T_s可以以输出扭矩为单位。传动系中的不成比例损失或旋转损失可以是传动系输出速度、传动系油温、传动系处于哪个档位的函数。传动系输出速度可以是传动系输入速度和传动系的变速比的函数。因此，用于线114的方程式是：

τ_out=(τ_in×TR_ideal)-T_s   等式（2）

在建模时还应该考虑变速器的成比例损失。变速器24的实际扭矩比（τ_out:τ_in）可在不同档位下经验性地进行测量。在没有起动离合器（变矩器）22（起动离合器22锁止或不包括起动离合器22）的情况下，变速器24的经验建模允许“与扭矩成比例的”损失与“与扭矩不成比例的”损失分开表示，这可通过利用输出扭矩和输入扭矩之间的线性关系来表示。成比例损失可以是传动系油温、传动系处于哪个档位、到达传动系的输入扭矩的函数。对于每个档位，成比例损失由输出扭矩与输入扭矩关系的斜率表示。包括成比例损失的斜率等于变速器24上的实际扭矩比。

通过已知理想扭矩比或变速比以及扭矩输入-输出关系且仅测量实际扭矩比输入-输出关系的一些点，可确定理想扭矩比（TR_ideal）的斜率和实际扭矩比（TR_actual）的斜率之间的差异。通过减去从理想扭矩比和实际扭矩比之间的斜率差异获得的τ_in的那部分，我们可计算与扭矩成比例的损失。不成比例损失由T_s表示。如图2中的线116所示，当考虑成比例损失和不成比例损失时，用于变速器的线性方程式可写成：

τ_out=(τ_in×TR_ideal)-T_s-τ_in×(TR_ideal-TR_actual)   等式（3A）

抵消掉损失等式的右手侧中的项，用于图3中的线116的方程式可简化成：

τ_out=(τ_in×TR_actual)-T_s   等式（3B）

例如，对于+100Nm的输入扭矩，实际扭矩比是4.0，理想扭矩比是4.1，不成比例损失是5，τ_out可如下那样确定。注意的是，在示例中为了简化而对数字进行了舍位。

首先，利用等式（3A），输出扭矩计算为：

τ_out=(100×4.1)-5-(100×(4.1-4.0))=395Nm

利用等式（3B），输出扭矩计算为：

τ_out=(100×4.0)-5=395Nm

通过将轴46、48的速度乘以扭矩，可确定功率，功率由下面的等式示出：

P=τ×ω

利用400弧度/秒的输入速度，我们可确定功率计算。

P_in=100×400=40,000瓦

P_out=395×(400/4.1)=38,536瓦

变速器输入轴46处的功率和变速器输出轴48处的功率之差是由于变速器效率低而导致的功率损失的量。

P_in-P_out=1,464瓦

损失方程式（等式（3））通常精确地描述传统的动力传动系中包括损失的变速器。当车辆10正被电动机驱动时，损失方程式（等式（3））还可精确地描述HEV动力传动系中包括损失的变速器。然而，例如在HEV中动力传动系再生制动期间，当车辆10将功率输入变速器输出轴48且从变速器输入轴46提取功率时，出现问题。在这种情况下，经过传动系26的扭矩值为负，变速器处于被驱动构造，不同地应用损失方程式（等式（3））。

可通过下面示出的另一示例说明在动力传动系再生制动期间损失方程式（等式（3））的问题。例如，对于负扭矩，其中，输入扭矩τ_in是-100Nm，实际比率是4.0，理想比率是4.1，不成比例损失（T_s）是5，τ_out计算为：

利用等式（3A），τ_out=(-100×4.1)-5-(-100×(4.1-4.0))=-405Nm，或者

利用等式（3B），τ_out=(-100×4.0)-5=-405Nm。

利用400弧度/秒的输入速度，我们可确定功率计算：

P_in=-100×400=-40,000瓦

P_out=-405×(400/4.1)=-39,512瓦

P_in-P_out=P_loss=-488瓦

利用标准方程式得到负损失计算，这是不可能的，这是因为在此期间进入变速器24的输出轴48的功率小于从变速器的输入轴46出来的功率。例如，当仅有39,512瓦的再生能量从车轮16进入变速器输出轴48时，在变速器输入轴46处收集到40,000瓦的再生能量。

对于扭矩关系的建模，两条线比一条线更好地匹配数据。第一线，示出为图3中的线118，用于（例如）当车辆10正被电动机驱动时的正输出扭矩τ_out和正输入扭矩τ_in。第二线，示出为图3中的线120，用于（例如）当车辆10正进行再生制动时的负输出扭矩和负输入扭矩。

在电动机驱动和再生期间，同样地计算不成比例损失112。因此，对于与扭矩不成比例的损失T_s，线118和线120均使用相同的偏移项b。然而，在再生期间，利用电动机驱动的标准等式不会正确地计算成比例损失。

对于给定的τ_out值，当与扭矩成比例的损失以正确的方向求和时，正确地计算正确的τ_in。等式（3A）中成比例损失的项，即，τ_in×(TR_ideal-TR_actual)必须是正值，而不管变速器传递正扭矩还是传递负扭矩。由于在再生期间τ_in为负且等式（3A）中成比例损失表达式必须为正，所以在再生期间，理想扭矩比必须小于实际扭矩比，以提供正确的计算，即在负扭矩传递期间，与在变速器输入轴46处接收的能量相比，更多能量进入变速器输出轴48。

例如，在变速器的负扭矩期间，其中，变速器输入扭矩τ_in是-100Nm，实际扭矩比是4.2，理想扭矩比是4.1（小于实际扭矩比），不成比例损失T_s是5，τ_out可确定为：

利用等式（3A），τ_out=(-100×4.1)-5-(-100×(4.1-4.2))=-425Nm，或者

利用等式（3B），τ_out=(-100×4.2)-5=-425Nm。注意的是，在前的损失-405大约存在5%的误差。

利用400弧度/秒的输入速度，功率可计算为：

P_in=-100×400=-40,000瓦

P_out=-425×(400/4.1)=-41,463瓦

P_in-P_out=P_loss=1463瓦

当输出扭矩和输入扭矩均为正时，实际测量的斜率小于理想扭矩比，如通过线118与线114的比较看见的。然而，当输出扭矩和输入扭矩均为负时，实际测量的斜率或TR_actual大于理想扭矩比或TR_ideal，如通过线120与线114的比较看见的。对于负扭矩，实际扭矩比被测量为4.2。如果将测量的4.0的正扭矩比用于负扭矩情况，则在再生期间，等式（3）将计算出在变速器输入轴46处收集的能量比输入至变速器输出轴48的能量更多（如通过线116与线114的比较看见的）。

为了计算实际扭矩比与理想扭矩比（或变速比）之差，针对每个档位，利用下面的方程式计算成比例损失系数C1：

C1=τ_in×(TR_ideal-TR_actual)   等式（4）

在推进/电动机驱动或者正扭矩经过变速器24期间，将成比例损失系数C1包括在等式（3B）中，从而获得如下损失等式：

τ_out=(τ_in×(TR_actual-C1))-T_s   等式（5）

或者可选地，在电动机驱动期间，基于期望的输出扭矩τ_out，可重新整理等式（5）以确定τ_in：

τ_in=(τ_out+T_s)/(TR_ideal-C1)   等式（6）

例如，在再生制动事件期间，当经过变速器24的扭矩值为负时，实际扭矩比比理想扭矩比（或者变速比）大的量与在电动机驱动期间理想扭矩比比实际扭矩比大的量相同。因此，在再生制动期间，C1的符号改变，但是C1的绝对值保持不变。因此，在通过变速器传递负扭矩期间，基于期望的输出扭矩τ_out得到τ_in：

τ_in=(τ_out+T_s)/(TR_ideal+C1)   等式（7）

因此，变速器24的输入扭矩与输出扭矩的关系由两条线118,120更好地表征，以在电动机驱动和再生之间或者在正扭矩和负扭矩之间进行区分。图3中的线120示出了考虑了加到再生制动的成比例损失的线。线120可通过重新整理等式（7）表征为：

τ_out=(τ_in×(TR_ideal+C1))-T_s   等式（8）

在整个变速器控制开发过程中，变矩器的包括、泵损失及动态惯性损失可保持不变。例如，当车辆包括变矩器22时，当车辆正被电动机驱动时，输入扭矩τ_in可被确定为：

τ_in=((τ_out+T_s)/(TR_ideal-C1))×(1/TR_{torque_converter})+Loss_pump+Loss_{dyn_inertia}   等式（9）

当M/G14正在发电时或者当车辆正进行再生制动使得变速器输出扭矩为负时，等式（9）变型成使得输入扭矩τ_in可由下面的等式确定：

τ_in=((τ_out+T_s)/(TR_ideal+C1))×(1/TR_{torque_converter})Loss_pump+Loss_{dyn_inertia}   等式（10）

变矩器22可连接在M/G14和变速器24之间。变矩器22还可包括在变速器24中。当变矩器22锁止时，变矩器的扭矩比是1:1。

控制***42被构造成基于变速器的档位确定车辆的齿隙区，在车辆操作期间利用确定的齿隙区来预测或检测即将到来的齿隙区，进而该齿隙区可用于控制策略以减少传动系经过齿隙的效应。

参照图4，首先，在框150处控制器42接收车辆扭矩请求，例如，来自驾驶员通过踏板踩下事件或踏板松开事件的扭矩请求。车辆扭矩请求是用于车轮扭矩的请求，其与τ_out相关。控制器42基于变速器24的理想扭矩比将τ_out转换成τ_in，如框152表示的。

控制器42确定当前档位的值，或者可选地确定实际扭矩比，如框156表示的。实际扭矩比可存储在查找表中，该查找表对应于当前档位或者对应于车辆是否正被电动机驱动或者进行动力传动系再生制动（如上面描述的）。

实际扭矩比与估计的或实际的变速器速度一起用于确定不成比例损失，如框154表示的。不成比例损失值可存储在查找表中，该查找表对应于当前档位，且在稍后计算实际扭矩比时由变速器速度（如上面描述的）访问或索引。

控制器42确定与扭矩成比例的损失，如图4的框158表示的。成比例损失值还可存储在查找表中，该查找表具有针对每个可用档位或扭矩比的单独的一组值以及负扭矩值或正扭矩值。

框160表示基于当前选择的档位对成比例损失系数的确定。该因素可用于微调或校准对于可能不包括在上述扭矩损失项中的任何附加损失的扭矩确定。

然后，在框162处控制器42确定扭矩是沿着正方向还是沿着负方向经过变速器和传动系，即，车辆是正被电动机驱动还是在发电/制动，或者传动系是处于驱动构造还是处于被驱动构造。如果车辆10正被电动机驱动使得传动系是处于驱动构造或者使正扭矩从发动机12和/或M/G14流动到车轮16，则控制器42前进到框164，以利用等式（6）计算τ_in。当τ_out是零或另一指定值时，在框166处通过计算τ_in来计算进入齿隙区的点。

如果车辆10正发电/制动使得传动系是处于被驱动构造或者使扭矩从车轮16流动到发动机12和/或M/G14，则控制器42前进到框168，以利用等式（8）计算τ_in。当τ_in是零或另一指定值时，在框170处通过计算τ_out（或者输入到传动系或变速器的扭矩）来计算进入齿隙区的点。

在框172处，来自框166和170的齿隙区进入点用于给控制***42提供齿隙区，以用于经过齿隙控制算法。经过齿隙算法的示例在下面描述，以说明齿隙检测方法的实施方式。齿隙区还可用于本领域已知的用于经过齿隙控制和减少经过齿隙的其他控制策略。

通过控制算法，基于发动机12是关闭使得车辆10以纯电动模式操作还是发动机12打开使得车辆以混合模式操作（此时M/G14也操作），可不同地实施经过齿隙区控制。在发动机关闭的情况下，致动器仅仅是M/G14，所以变速器的净输入扭矩τ_in等于电动机扭矩。在发动机打开的情况下，存在两个致动器作用在变速器输入轴上，所以变速器的净输入扭矩τ_in等于M/G14的扭矩加上发动机12的扭矩。因此，在电驱动时仅仅控制电动机14的扭矩，而在混合驱动时控制并协调电动机扭矩和发动机扭矩。

图5a和图5b示出了在经过齿隙事件期间在不进行控制以减少任何经过齿隙的效应的情况下输入扭矩和输出扭矩的示例。在图5a中的踏板踩下的情况下，用于踏板踩下的命令在200处示出。输入扭矩202和输出扭矩204从负扭矩（即，充电、再生或巡航）转到正扭矩（即，推进或电动机驱动）。当净输入扭矩202经过从R1到R2的齿隙206区域时，传动系和变速器中的齿轮脱离啮合，在输出处扭矩不会线性增加，如208所示。当在齿隙区206的结束处到达R2时，齿轮突然啮合，导致输出扭矩在210处激增。该激增像弹簧那样缠绕传动系，然后弹簧能量释放，导致在212处产生振荡。

在图5b中示出的踏板松开情况期间在不进行经过齿隙控制的情况下产生类似的现象。在踏板松开期间（如由线214上的踏板松开命令所示），输入扭矩216和输出扭矩218从正扭矩（即，推进或电动机驱动）转到负扭矩（即，充电或再生）。当净输入扭矩216经过从R2到R1的齿隙220区域时，传动系和变速器中的齿轮脱离啮合。当在齿隙区220的结束处到达R1时，齿轮突然啮合，导致输出扭矩在222处向下激增。该激增像弹簧那样沿着与图5a相比相反的方向缠绕传动系，然后弹簧能量释放，导致在224处产生振荡。

图6a和图6b示出了在发动机12关闭时的齿隙事件，其中，在图6a中的踏板踩下情况下和在图6b中的踏板松开情况下电动机14的扭矩控制用于减少经过齿隙事件。由于发动机12关闭且可通过分离离合器18分开而脱离连接，所以到达变速器24的净输入扭矩等于电动机14的扭矩。在图6a中250处踏板踩下事件期间，电动机扭矩252随着驾驶员的需求增加而快速增加，直到达到输入扭矩点R1。在齿隙区254内，从R1到R2，电动机扭矩252由于渐变或滤波函数而缓慢增加，直到净输入扭矩达到R2。然后，恢复正常扭矩控制，进行快速渐变或滤波以使扭矩252以平滑的方式增加到驾驶员的需求。通过控制经过齿隙区域254的输入扭矩252增加，变速器24经过其脱离啮合状态，缓慢地将齿轮齿从脱离啮合状态结合在一起，几乎不或根本不产生闷响，如输出扭矩256所示。一旦在R2处齿轮齿啮合，则可施加更大的扭矩252，而不会产生严重事件及导致严重振荡。

相同类型的控制用于在图6b中示出的踏板松开情况。即使在260处踏板松开之后，电动机扭矩262快速减小以满足驾驶员的需求或充电/再生需要，直到达到点R2。在齿隙区264内，从R2到R1，扭矩262以倾斜减小或滤波函数控制，直到达到点R1。在点R1处，齿轮齿啮合，可沿着负方向施加更大的扭矩262，而不会产生严重事件或振荡，如平滑的输出扭矩266所示。

图7a和图7b示出了在发动机12打开且车辆10以混合模式操作时的经过齿隙事件。在这种情况下，净输入扭矩等于电动机14的扭矩加上发动机12的扭矩。因此，需要控制电动机14的扭矩和发动机12的扭矩以减少经过齿隙事件。命令发动机12的扭矩是恒定值或总体上恒定的值同时调节电动机14的扭矩以在变速器净输入扭矩方面实现期望的效果，这是因为电动机扭矩响应通常比节气门响应快。在从R1至R2的齿隙区域期间，在踏板踩下的情况下和在踏板松开的情况下，电动机扭矩响应引起发动机扭矩响应。

在图7a中示出的300处踏板踩下事件期间，电动机扭矩302随着驾驶员的需求增加而快速增加，直到达到净输入扭矩304的输入扭矩点R1。电动机扭矩302通常快速增加以满足驾驶员的需求，并引起从节气门响应的发动机扭矩的任何增加，这被称为扭矩瞬间填充。在齿隙区306内，从R1到R2，命令发动机扭矩308总体上恒定且电动机扭矩302由于渐变或滤波函数而缓慢增加以控制齿隙区上的扭矩，直到净输入扭矩达到R2且齿轮齿平稳地啮合。然后，恢复正常扭矩控制，发动机扭矩308以平滑的方式增加到驾驶员的需求。注意的是，输出扭矩310不具有任何可注意到的经过齿隙事件。

在图7b中示出的踏板松开事件350期间，发动机扭矩352快速减小以满足驾驶员的需求，直到达到输入扭矩点R2。在齿隙区354内，从R2到R1，发动机扭矩352保持恒定且电动机扭矩356以倾斜减小或滤波函数控制，直到达到点R1。输入扭矩358是发动机扭矩352和电动机扭矩356之和。在点R1处，齿轮齿平稳地啮合，可沿着负方向施加更大的扭矩，而不会产生严重事件或振荡，如输出扭矩360所示。发动机扭矩352允许减小到怠速值。

经过齿隙区的控制算法如图8中的流程图所示。流程图的左半部分总体上示出了驾驶员的需求增加时或在踏板踩下的情况下的操作，流程图的右半部分总体上示出了驾驶员的需求减小时或在踏板松开的情况下的操作。

控制器42在框400处开始并前进到框402，在框402处控制器确定输入扭矩τ_in是正还是负。如果输入扭矩是正，则控制器42前进到框404，在框404处，控制器42确定驾驶员的需求是否在减小，（例如）通过踏板松开事件确定驾驶员的需求是否在减小。如果在框404处驾驶员的需求减小，则控制器42监测与齿隙区相比的变速器输入扭矩。如果在框406处变速器输入扭矩进入齿隙区，则在框408处控制器42确定发动机12是否在操作和提供扭矩。如果发动机12未操作（这与车辆的纯电动模式操作相关），则在框412处控制器42控制电动机14减小扭矩，直到离开齿隙区。如果在框408处发动机12操作（这与车辆的混合模式相关），则在框410处控制器42保持发动机12的输出扭矩恒定或者在稳态值，且在框412处控制器42还控制电动机14减小扭矩，直到离开齿隙区。

如果在框402处输入扭矩为负，则控制器42前进到框414，在框414处，控制器42确定驾驶员的需求是否在增加，（例如）通过踏板踩下事件确定驾驶员的需求是否在增加。如果在框414处驾驶员的需求增加，则控制器42监测与齿隙区相比的变速器输入扭矩。如果在框416处变速器输入扭矩进入齿隙区，则在框418处控制器42确定发动机12是否在操作和提供扭矩。如果发动机12未操作（这与车辆的纯电动模式操作相关），则在框422处控制器42控制电动机14增加扭矩，直到离开齿隙区。如果在框418处发动机12操作（这与车辆的混合模式相关），则在框420处控制器42保持发动机12的输出扭矩恒定或者在稳态值，且在框422处控制器42还控制电动机14增加扭矩，直到离开齿隙区。

这样，根据本公开的各个实施例提供在车辆加速或减速事件（例如，踏板踩下或踏板松开）期间对于传动系和变速器内的齿隙区的检测和预测。对于一个档位，从利用不成比例损失和成比例损失的实际扭矩比对输入扭矩和输出扭矩之间的关系进行建模。根据通过变速器是传递正扭矩还是传递负扭矩，成比例损失不同地影响建模。利用建模将齿隙区定义为在正扭矩传递侧（电动机驱动）从变速器输出零扭矩时的输入扭矩和在负扭矩传递侧（即，制动或发电）零扭矩输入到变速器时的输出扭矩之间的区域。例如，在混合动力车辆中，为了获得更好的操控性能并满足用户期望，可能需要对于齿隙区的检测和预测齿隙区，这是因为车辆具有多余一个的动力源且扭矩可沿着两个方向流过传动系。

虽然在上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，实现的各个实施例的特征可结合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种用于在车辆车轮扭矩反向期间控制电动车辆的方法，所述电动车辆具有连接到传动系的牵引电动机，所述方法包括：

在围绕车辆车轮扭矩反向的区域控制牵引电动机的输出扭矩，而减少传动系中的扭矩扰动，其中，利用传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系确定所述区域，所述区域以零输入扭矩和零输出扭矩为边界。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系利用传动系上的变速比表示。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，当传动系处于驱动构造时，所述区域以传动系零输出扭矩为边界，使得当传动系输入扭矩导致小于零的传动系输出扭矩时进入所述区域。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，当传动系处于被驱动构造时，所述区域以传动系零输入扭矩为边界，使得当传动系输出扭矩导致大于零的传动系输入扭矩时进入所述区域。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，扭矩扰动与传动系中的主齿轮齿隙和其后的齿轮齿隙相关。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述区域中，传动系输入扭矩和传动系输出扭矩之间的关系是非线性的。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域还利用传动系中的不成比例损失被确定。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，传动系中的不成比例损失是传动系输出速度、传动系油温、传动系档位的函数。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域还利用传动系中的成比例损失被确定。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，传动系中的成比例损失是传动系输入扭矩、传动系油温、传动系档位的函数。

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