CN104661887B - 用于操控车辆动力总成的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明涉及一种用于操控具有变速器的车辆的动力总成的方法，其中，由驾驶员执行在变速器内的换挡。车辆可以通过混合动力装置以内燃机行驶模式和/或电动行驶模式运行。依赖于存在有适合电动行驶的车辆运行状态地启用电动行驶模式。在电动行驶模式启用时，锁止变速器的挡位选择。本发明还涉及操控车辆动力总成的装置。

Description

用于操控车辆动力总成的装置和方法
技术领域
本发明涉及用于操控车辆动力总成的方法和装置。
背景技术
通常具有自动变速器的传统混合动力车辆是公知的，通过该自动变速器接合电机。同时存在一种需求，即，在具有装备了手动变速器的内燃机的车辆中将手动变速器与电动驱动装置组合。在这里的问题是，操作内燃机和电机与手动变速器相关联，尤其是对两个驱动装置的逻辑和直观可靠的操作。
根据DE 29 43 519 A1已知一种用于具有内燃机和电动机的车辆的驱动装置，其中通过操纵变速器换挡杆同时可以关闭电动机的电机电路中的开关。
DE 10 2009 026 788 A1描述了一种具有混合动力装置和自动变速器的机动车，其中，给包含可由驾驶员选择的多种状态的行驶条件元件分配混合动力功能。
发明内容
本发明的任务因而在于，提供一种前述类型的方法和装置，它们与混合动力装置结合确保了具有手动变速器的车辆简单可靠的运行。
建议，车辆通过动力总成内的混合动力装置以在内燃机行驶模式和电动行驶模式之间变换的方式运行。替选地，也可以设置同时又内燃机和电动的运行。在此，优选依赖于存在有适合电动行驶的车辆运行状态地进行对电动行驶模式的启用。在电动行驶模式启用时，锁止变速器的挡位选择，以避免在电动行驶模式启用时切换变速器。为此例如可以在变速器中锁止换挡杆，或者在变速器外面卡住挡位选择杆或变速肘杆。这样可以以简单方式基于手动变速器结合混合动力装置地运行车辆。可靠避免了临界运行状态。
优选依赖于存在有至少一个通过驾驶员侧的操纵而生成的信号地启用电动行驶模式。由此能够可选地由驾驶员确定车辆运行模式，尤其可以直接根据驾驶员期望启用电动行驶模式。
优选在累加存在下列前提条件时，启用电动行驶模式以起动车辆：
例如通过***点火开关钥匙和接通点火***用信号传递车辆处于行驶就绪状态。
变速器以及进而挡位选择杆处于空挡位置或者切换至空挡位置。
操纵车辆制动器的制动踏板。
不操纵离合器或者说离合器踏板。
车速为零，即，车辆处于停止状态。
此外不存在与电动行驶模式对立的其它车辆运行状态，尤其是没有显示临界车辆参数，例如蓄电池电量状态较低，冷却水、发动机油或内部空调等的临界温度或其它对立的调节变量或运行参数，并且没有检测到车辆故障或故障信息。相关影响参数可以依赖于运行策略地被预设定。
如果上述前提条件不存在，那么例如在车辆显示器屏幕上给驾驶员提示，电动行驶模式未启用。为了起动车辆，可以由驾驶员按照传统方式起动内燃机。
相反如果上述前提条件存在，那么启用电动行驶模式。
当启用电动行驶模式并检测到操纵了车辆加速踏板时，操控电机用以生成对应于加速踏板位置的扭矩。优选地，在此加速踏板位置必须对应于如下扭矩请求，该扭矩请求小于或等于电机的预设定的允许可生成的最大扭矩，并且不应识别到操纵了离合器踏板，否则停用电动驱动模式。
如果存在电动行驶模式的前提条件，电动驱动模式的启用也可以直接根据驾驶员期望优选通过操纵开关来。可以以这种方式来实现启用电动行驶模式，例如驾驶员按压按钮以进行安排调整。
如果车辆装有自动发动机启动停止***，那么替选或补充地，在车辆的自动的发动机启动停止运行的情况下在发动机停止阶段当检测到驾驶员操纵脚踏制动器时启用电动行驶模式。替选地也可以在不操纵脚踏制动器情况下在发动机停止阶段实现自动启用。优选仅当车辆运行状态允许电动行驶模式时，才启用该电动行驶模式。启用例如可以依赖于是否还继续存在针对发动机启动停止运行的前提条件和/或是否已满足了启用电动行驶模式起动车辆的上述前提条件。
电动行驶模式的停用可以由于检测至少一个驾驶员侧的操作信号而实施，例如由于驾驶员操纵离合器踏板或者根据直接的驾驶员期望，尤其是通过操作开关。
优选当下列前提条件的至少其中一个存在时，停用电动行驶模式：
操纵离合器。
驾驶员操纵开关。
检测对应于扭矩请求的加速踏板位置，该扭矩请求大于电机的预设定的最大允许扭矩。
达到大于预设定极限车速的车速。
极限车速和最大允许的电机扭矩可以相应依赖于运行策略地例如作为在电动行驶模式下的最大可能的/或者说最佳的车速或扭矩可变地预设定。存在与电动行驶模式对立的前面已述的其它车辆运行方式。相关影响参数可以与运行策略有关地被预设定。
优选在电动行驶模式停用时，进行对驾驶员的提示以便在变速器内挂入对应于车辆运行状态的行驶挡位。此外，松开对变速器挡位选择进行的锁止，并且在操纵车辆离合器时启动内燃机。
在内燃机模式下，在变速器的各个固定挡位级之间进行挡位变换并且驾驶员进行为此所需地操纵离合器。在内燃机运行的情况下，根据本发明方法不会影响各个固定挡位级之间的挡位变换。
优点是，在内燃机行驶模式下，在可能变换至电动行驶模式方面持久检查运行状态。
优选在检测到下列所有条件时，从内燃机行驶模式变换至电动行驶模式：
例如通过***点火开关钥匙和接通点火***来显示车辆的行驶就绪状态。
接通内燃机。
不操纵离合器。
车速，其小于或等于预设定的极限车速。
加速踏板位置对应于扭矩请求，其小于或等于电机的预设定的最大允许可生成的扭矩。
没有检测到与电动行驶模式对立的其它车辆运行状态。在此，与运行策略有关地预设定其它运行状态的影响参数。
如果存在所有上述前提条件，进行对驾驶员的提示以便挂入变速器空挡位置。当识别到挂入空挡位置时，松开对变速器挡位选择进行的锁止并且启用电动行驶模式。
优选仅由驾驶员操纵离合器。替选地在根据本发明另一变型方案中，车辆离合器利用离合器执行机构局部自动化地运行。在此，离合器可以通过离合器踏板，进而通过驾驶员以及通过离合器执行器彼此互不依赖地操纵。以这种方式可以实现不依赖于操纵离合器踏板地自主操控离合器。在该设计方案中可以实现其它运行状态。一旦显示车辆处于行驶就绪状态，并且驾驶员未进行离合器的操纵且没有检测到与电动行驶模式对立的车辆运行状态，那么启用电动行驶模式。
在电动行驶模式启用时，可以通过操纵车辆加速踏板，通过用于驱动车辆的电机根据加速踏板位置所生成的扭矩来实现各个相关行驶状态。为此，前提条件是，
-加速踏板位置对应于扭矩请求，其小于或等于电机的最大允许可生成的扭矩，和
-没有识别到驾驶员操纵离合器，和
-车速小于或等于预设定的极限车速。
在停用电动行驶模式时，通过离合器执行机构可以自动地进行对离合器的操纵并且接通内燃机。
此外，在存在前提条件时可以自动地从内燃机行驶模式变换至电动行驶模式。在此，为了分离内燃机，在必要时需要对离合器进行的操纵在变速器内有挂入的挡位的情况下可以自动通过离合器执行机构来进行。
优选在电动行驶模式启用时，将至少一个电机联接至变速器。电机优选可选地与变速器的至少一个第一或第二齿轮轴相连或者相应与它们脱开。电机在电动行驶模式启用时优选与变速器的变速器输出轴相连。优点是，在电动行驶模式下可以以无内燃机牵引损失的方式实现驱动车辆。
替选地，电机可以在电动行驶模式启用时与变速器的变速器输入轴相连。在该位置处，在内燃机行驶模式下通过电机可以实现助力(Boosting)、提高负荷点或能量回收(Rekuperation)。此外可以松开在电动行驶模式下对变速器的挡位选择进行的锁止。由此实现，通过切换变速器的行驶挡使得电机以不同的传动比运行。
本发明的任务也通过一种用于执行上述方法的、操控具有手动变速器和混合动力装置的车辆的动力总成的装置来解决。根据本发明的装置包括在信号技术上与车辆动力总成相连的控制装置，利用其能够依赖于对适合电动行驶的车辆运行状态进行的检测地操控内燃机行驶模式和电动行驶模式之间的变换。
在此，控制装置优选具有用于检测显示车辆处于行驶就绪状态的信号的信号连接部，用于检测识别内燃机运行模式的信号的信号连接部，用于检测车辆制动器的操纵的信号连接部，用于检测驾驶员对离合器进行的操纵的信号连接部，用于检测变速器空挡位置的信号连接部，用于检测车速的信号连接部，用于检测车辆加速踏板位置的信号连接部，用于检测对用于启用和/或停用电动行驶模式的开关进行的操纵的信号连接部和至少一个用于检测与电动行驶模式对立的其它车辆运行状态的信号连接部。
该控制装置优选在功能方面集成在车辆的发动机控制装置中。
附图说明
根据本发明其它特征由下列说明和其中简化示出根据本发明多个实施例的附图得到。图中：
图1以第一实施例示出根据本发明方法的示意性流程图；
图2是补充根据图1的方法的示意性流程图；
图3以第二实施例示出根据本发明方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1所示的根据本发明的用于操控车辆动力总成的方法涉及具有手动变速器的混合动力车辆，其中，驾驶员执行换挡并且由驾驶员操作离合器。取决于信号技术检测运行状态地，车辆通过混合动力装置以在内燃机和电动行驶模式之间变换的方式运行。
为了执行起动过程，当检测到所有下列信号时启用电动行驶模式：识别表示车辆行驶就绪状态的信号，例如通过将点火开关钥匙***点火开关：“Key-On(开动)”，并且接通点火***：“接通点火***”，“挂入空挡”，“操纵脚踏制动器”，“车速V＝0Km/h”和“车辆参数正常”，即，不存在与电动行驶模式对立的车辆运行模式。
在启用电动行驶模式时为了禁止操作而进行变速器的挡位锁止。
替选地，如果在发动机启动停止运行期间在停止阶段关闭内燃机，并且发动机启动停止运行的前提条件继续存在，那么自动启用电动行驶模式来起动车辆。
相反地，如果未满足上述前提条件，那么发送电动行驶模式未启用的提示给驾驶员。在这种情况下，驾驶员可以按照惯例在内燃机行驶模式下起动车辆。电动行驶模式的启用尤其是与临界车辆参数对立，例如临界蓄电池电量状态SOC(State Of Charge(充电状态))，冷却水、发动机油或空调等的临界温度。
电动行驶模式的启用也可以根据驾驶员期望例如通过操纵开关来进行。
在启用电动行驶模式时，变速器的变速器输出轴优选与车辆混合动力装置的电机相连。由于变速器挡位锁止，所以在电动行驶模式下对于驾驶员而言不可能通过变速器的换挡杆挂入挡位。
如果加速踏板位置对应于扭矩请求Mde-Drive(其小于或等于预设定的电机最大扭矩MdEM)，并且没有识别到操纵离合器，那么车辆以电动行驶模式行驶。在此，最大可能的扭矩MdEM可变地匹配于运行策略以限制电动行驶模式下的车速。
相反如果不存在上述前提条件，那么电动行驶模式停用。
如果在电动行驶模式下行驶，那么检查是否存在电动运行的条件。如果存在，那么保持电动行驶模式。在检测到驾驶员操纵离合器时或者如果驾驶员通过开关关闭电动行驶模式，那么停用电动行驶模式。为此可以利用通过其启用电动行驶模式的相同的开关。此外，如果检测到与保持电动行驶模式对立的预设定的调节变量或参数，那么离开电动行驶模式。例如如果车速V超过电动行驶模式下的最大可能的或最佳极限车速Ve-Drive-Limit，那么停用电动行驶模式。在此，可以与运行策略有关地可变调节极限车速Ve-Drive-Limit。此外，如果尤其是显示临界车辆参数，例如临界蓄电池电量状态SOC，那么停用电动行驶模式。
当驾驶员结束电动行驶模式时，尤其当驾驶员已关闭电动行驶模式时，也可以规定，直到在下一次将点火开关钥匙***点火开关“Key-On”(参看上述)并且存在如上所述的其它前提条件时或者在下一次停车时在“车速V＝0”的情况下，才启用电动行驶模式。
电动行驶模式停用时，打开变速器的锁止，车辆内燃机在驾驶员操纵离合器时开始工作。在此，给出驾驶员提示，以便在变速箱挂入匹配于车速V的挡位，例如“操纵离合器，然后挂入编号X的挡位”。通过行驶速度和探测挡位可以使内燃机达到相关转速。通过松开离合器踏板，离合器闭合。现在驾驶员在内燃机行驶模式下行驶，正如带手动变速器和内燃机的传统PKW一样。
如果车辆进入停止状态并且自动发动机停止模式已启用，那么驾驶员可以通过操纵制动踏板将车辆转至电动行驶模式(如参看上文“Key-On”)。替选地，电动行驶模式在发动机停止阶段自动启用。
通过使用例如集成在车辆发动机控制单元(ECU)内的控制装置可以处理所需信号，这些信号由另一控制单元通过总线***(例如通过CAN，中文，控制器局域网络)或者直接通过传感器或通过其它所谓的控制器传输。就直接停用电动行驶模式而言，例如离合器踏板信号、蓄电池电量状态(SOC)或信号“车辆制动器(脚踏制动器)未启用”或者可能的故障信息可能是决定性的。
图2的流程图补充图1示出从内燃机行驶模式变换至电动行驶模式的流程。为此，图2的流程从图1的停用电动行驶模式之后导入的内燃机行驶模式出发。为了执行到电动行驶模式的变换，在第一步骤中检查是否可以变换至电动行驶模式。为了执行变换，下列信号必须都存在：“Key-On”，“离合器未操纵”，“车辆参数正常”，“内燃机已接入”，“加速踏板位置对应于扭矩请求Mde-Drive(其小于或等于预设定的电机最大扭矩MdEM)”，“车速V未超过极限车速Ve-Drive-Limit”。如果这些前提条件不存在，那么保持内燃机行驶模式。相反如果上述前提条件存在，那么进行对驾驶员的显示以便切换至变速器空挡位置。在下一步骤中检查，变速器是否处于空挡位置。如果是这种情况，那么启用对变速器进行的锁止并且启用电动行驶模式。在此，可以关闭内燃机或保持其运行。后续操作例如按照图1的流程，启用电动行驶模式(参见标记(*))。
在图3中以第二实施例示出根据图1和图2的方法描述的理念的扩展。根据图3的方法基于使用局部自动化的离合器。在此可以实现与操纵离合器踏板无关的自主离合器操控。在操纵离合器踏板时通过离合器执行机构分离离合器，以便驾驶员找到同传统手动变速器一样的离合器特性。
另一可行步骤是，附加整合或使用可用的控制单元数据，以便在不操纵离合器踏板情况下有针对性地操控离合器。操控离合器在此可以理解为有针对性地分离或闭合离合器以及将离合器保持在这种状态下。为此，例如液压操作离合器踏板信号和离合器执行器，以便在数据技术上将启用离合器整合到控制器范围内。
以下借助相对于根据图1的流程的差别来阐述图3所示的流程图。通过在按照图3的方法中的自主操控离合器可以获得其它运行状态，从而始终可以在电动行驶模式下起动(步骤A)。在电动行驶模式下，各个相关行驶状态可以通过对应于扭矩请求Mde-Drive的加速踏板位置，在考虑到可能的电机最大扭矩MdEM和极限车速Ve-Drive-Limit情况下获得。在电动行驶模式停用时，自动操纵离合器(步骤B)并且启动内燃机。另一个区别是，如果存在上面提到的条件(参看上文的步骤A“Key-On”)，就自动进行从内燃机行驶模式到电动行驶模式的变换(步骤C)。自动执行在变速器中挂入挡位时为了脱开内燃机所需的对离合器的操纵，自动执行锁止变速器的挡位选择和启用电动行驶模式(步骤D)。此外可以有针对性地导入和结束所谓的滑行模式(关闭内燃机并分离离合器)。
为了实现根据图1至图3的方法，至少一个电机连接至例如传统的手动变速器。其可以实施为两轴变速器或其它多轴变速器。为了接合电机，优选设置接合执行机构，通过该接合执行机构电机能够可选地与变速器的两个齿轮轴联接或脱开。为此设置切换单元，通过该切换单元利用接合执行机构(例如切换遥杆)获得相应切换状态。在接合执行机构和变速器的上述自主离合器执行机构之间协作情况下可以视运行策略而定地灵活接合变速器的第一变齿轮轴或第二齿轮轴。在行驶模式下可以通过对于控制装置的操控通过将电机接合至变速器的第一或第二齿轮轴来生成最佳行驶策略。在此这种接合通过启用接合执行机构实现。第一或第二齿轮轴接合至电机或齿轮轴不连接至电机的切换逻辑与运行策略有关。在车辆停止或不启用的状态下，其它电路连接是可行的。电机和变速器之间的接合优选在变速器输入轴或变速器输出轴上进行。
在第一状态下，电机通过接合执行机构接合至变速器输出轴。在此，在启用电动行驶模式时通过电机实现纯电动驾驶，与此同时，变速器的换挡杆处于空挡位置。驾驶员可以通过加速踏板对应于加速踏板位置地预设扭矩请求Mde-Drive，从而依赖于可用的和已安装的电能例如可以40km/h车速行驶。通过电机经由变速器输出轴驱动车辆的优点是，可以实现以没有通过内燃机的牵引损失的方式进行驱动。此外，在驾驶员切换变速器挡位时，当变速器离合器分离时通过将电机接合至变速器输出轴可以实现用于牵引无中断地切换变速器的扭矩支持，由此不仅提高了行驶动态也提高了行驶舒适性。
在第二状态下，当电动行驶模式启用时，电机通过接合执行机构与变速器输入轴相连。由此可以实现在手动变速器中的变速器输入轴的传动比。通过在变速器中挂入相应挡位，扭矩可以传递至变速器输出轴。通过选择电机驱动轴和变速器输入轴之间的不同传动比可以达到例如高达约140km/h的车速。通过选择电机驱动轴和变速器输出轴之间的不同传动比可以实现低至约40km/h的车速。此外，在已接合变速器输入轴时可以实现混合动力运行方式。通过对变速器控制单元的操控可以通过电机来助力、能量回收或使内燃机的负荷点提高。
在空挡状态下，当电动行驶模式启用时，电机通过接合执行机构与变速器输入轴和变速器输出轴脱开。该状态可以在轴转速非常高或车辆停止时作为保护功能用于运行辅助机组。
附图标记列表
Key-On 信号
Mde-Drive 扭矩请求
MdEM 扭矩
V 车速
Ve-Drive-Limit 极限车速
SOC 电量状态
A 方法步骤
B 方法步骤
C 方法步骤
D 方法步骤

Claims (9)

1.一种用于操控具有变速器的车辆的动力总成的方法，其中，在所述变速器内的换挡根据驾驶员的操作来执行，其特征在于，所述车辆通过混合动力装置以内燃机行驶模式和/或电动行驶模式运行，内燃机行驶模式和电动行驶模式的动力都经过所述变速器被传递，其中，所述电动行驶模式根据存在有适合电动行驶的车辆运行状态的判断结果自动启动，并且在所述电动行驶模式启用时，锁止所述变速器的挡位选择。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，驾驶员侧的操作是所述存在有适合电动行驶的车辆运行状态判断的非唯一条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在下列前提条件都存在时，启用所述电动行驶模式以起动所述车辆：
-显示所述车辆处于行驶就绪状态的信号，
-所述变速器的空挡位置，
-操纵制动踏板，
-不操纵离合器，
-车速(V)等于零，
-没有与所述电动行驶模式对立的车辆运行状态。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，当所述电动行驶模式启用并且下列前提条件都存在时，
-操纵所述车辆的加速踏板，
-加速踏板位置对应于如下扭矩请求(Mde-Drive)，所述扭矩请求小于或等于在所述车辆动力总成内混合动力装置的电机的预设定的最大允许扭矩(MdEM)，
-不操纵离合器，
操控所述电机以便产生对应于加速踏板位置的扭矩。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当至少一个下列前提条件存在时，停用电动行驶模式：
-操纵所述离合器，
-由驾驶员操纵开关，
-加速踏板位置对应于如下扭矩请求(Mde-Drive)，所述扭矩请求大于所述电机的预设定的最大允许扭矩(MdEM)，
-车速(V)大于预设定的极限车速(Ve-Drive-Limit)，
-与所述电动行驶模式对立的车辆运行状态。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当下列前提条件都存在时，进行从内燃机行驶模式至所述电动行驶模式的变换：
-显示所述车辆处于行驶就绪状态的信号，
-信号“内燃机处于运行中”，
-不操纵所述离合器，
-小于或等于预设定的极限车速(Ve-Drive-Limit)的车速(V)，
-加速踏板位置对应于如下扭矩请求(Mde-Drive)，所述扭矩请求小于或等于所述电机的预设定的最大允许扭矩(MdEM)，
-没有与电动行驶模式对立的车辆运行状态。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，由驾驶员和/或通过离合器执行机构自动进行对离合器的操纵。
8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述电动行驶模式启用时，所述车辆的混合动力装置的至少一个电机为传输驱动功率与所述变速器的至少一个第一或第二齿轮轴联接。
9.一种用于操控具有手动变速器的车辆的动力总成的装置，其用于执行根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在动力总成中设置混合动力装置以及在信号技术上与所述动力总成相连的控制装置，利用其能够依赖于对适合电动行驶的车辆运行状态进行的检测地操控内燃机行驶模式和电动行驶模式之间的变换。
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