CN104875600A - 用于运行道路耦联式混合动力车辆的控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行道路耦联式混合动力车辆的控制设备，所述混合动力车辆包括配设给第一轴的第一驱动单元并且包括配设给第二轴的第二驱动单元，所述混合动力车辆包括能由驾驶员操作的选择装置以用于手动地在电气式运行模式和自动式运行模式之间转换，并且所述混合动力车辆包括至少一个电子控制单元以用于至少部分地与操作选择装置有关地控制各驱动单元，其中，第一驱动单元具有电动机和与电动机配合作用的可自动切换的双挡位变速器，并且其中，第二驱动单元具有内燃机和与内燃机配合作用的另外的变速器。

Description

用于运行道路耦联式混合动力车辆的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于运行道路耦联式混合动力车辆的控制设备，所述混合动力车辆包括至少一个电子控制单元、包括配设给第一轴(例如前轴)的第一驱动单元(例如包括电动机作为驱动马达)并且包括配设给第二轴(例如后轴)的第二驱动单元(例如包括内燃机作为驱动马达)。
背景技术
第一驱动单元和第二驱动单元不是经由车辆内部的机械耦联装置或者纵向销止差速器()而是仅经由车辆通过道路与驱动有关地耦联。这种道路耦联式混合动力车辆也被称为“分轴(Axle-Split)”混合动力车辆。优选地，电动机在此被用作初级马达并且内燃机被用作次级马达。
用于运行道路耦联式混合动力车辆的不同方法例如在德国专利申请10 2012 211 920、10 2013 208 965或10 2013 219 085中描述。
这种混合动力车辆特别是能在一个第一运行模式(优选用于纯电气式行驶的E模式)中和在一个第二运行模式(优选用于自动控制的电气式和/或内燃机式行驶的A模式)中运行，在所述第一运行模式中为了驱动控制仅运行作为初级马达的电动机，在所述第二运行模式中为了驱动控制也能自动地接通和断开作为次级马达的内燃机。
德国专利申请10 2012 211 920和10 2013 208 965涉及用于接通次级马达的方法。
在德国专利申请10 2013 219 085中，在针对运行的行驶的情况下重视用于操控初级和次级马达的优化行驶功率以及优化消耗的运行策略。与此相对地，在针对行驶动态性的行驶的情况下特别是在需要牵引力时重视对各轴的驱动力矩分配。
发明内容
本发明的任务在于，在达到高的电气式起动加速度连同驱动力矩与达到尽可能高最高车辆速度之间进行优化的折衷方面来改善开头所述类型的混合动力车辆。
按照本发明，该任务通过独立权利要求1的技术方案得以解决。从属权利要求是本发明的有利的进一步扩展方案。
本发明涉及一种用于运行道路耦联式混合动力车辆的控制设备，所述混合动力车辆包括配设给第一轴的第一驱动单元并且包括配设给第二轴的第二驱动单元，所述混合动力车辆包括能由驾驶员操作的选择装置以用于手动地在纯电气式运行模式和自动式运行模式之间进行转换，并且所述混合动力车辆包括至少一个电子控制单元以用于至少部分地也与选择装置的操作有关地控制各驱动单元，其中，所述第一驱动单元具有电动机和与电动机配合作用的可自动切换的双挡位变速器，并且其中，第二驱动单元具有内燃机和与内燃机配合作用的另外的变速器。
本发明基于特殊的可机电式控制的、具有同步的挡位转换过程的双挡位变速器，所述双挡位变速器配设给作为驱动马达的电动机。所述(电气式)第一驱动单元包括作为驱动马达的电动机，并且所述双挡位变速器对混合动力车辆的第一轴起作用并且不在车辆内部机械地与在混合动力车辆的第二轴上的(内燃机式)第二驱动单元连接。
按照本发明的用于控制在双挡位变速器中的挡位转换的控制设备考虑在混合动力车辆中的不同运行模式，特别是在由自动式混合动力模式(A模式)转换到纯电气式运行模式(E模式)时和由纯电气式运行模式(E模式)转换到自动式混合动力模式(A模式)中时。
本发明也涉及一种用于流程控制在双挡位变速器中的挡位转换的控制设备，所述挡位转换以电动机的转矩降低而导入；然而按照本发明的设备不设有在电动机与双挡位变速器之间的离合器。
优选地，如果第二驱动单元未被断开或者不能足够快地被接通，则电动机在挡位转换时在第一轴上的按照本发明的转矩降低通过在第二轴上的第二驱动单元通过道路耦联来补偿。
本发明基于如下考虑：
通过包括内燃机和电机(＝电动机)的组合，不同的运行模式(例如纯电气式行驶、纯内燃机式行驶或者组合的电气式和燃机式行驶)是可能的。例如在A模式中在强烈加速的情况下，内燃机和电机优选共同工作。通常，电机在加速时用于短期地供应高的转矩，因为内燃机具有较缓慢的时间特性。
本发明例如借助于“分轴”混合动力车辆构思来阐述，在所述分轴混合动力车辆中，电机作为中央的驱动装置处于前轴上并且内燃机作为中央的驱动装置处于后轴上。所述两种驱动技术能彼此无关地运行并且也能借助于至少一个配设给两种驱动技术的电子控制仪在功能上鉴于与轮力矩有关的转矩结构而相互耦联。
对于技术背景补充地参阅本申请人在2013年10月第22届亚琛研讨会上的报告，在该报告中已经指出一些由本发明出发的对于新的BMW i8(计划于2014年3月批量投产)的构思考虑。
此外，对于普遍的与轮力矩有关的转矩结构，在道路耦联式混合动力车辆中在借助于马达控制仪(DME)耦联的驱动控制的范畴内参阅本申请人的更早的专利申请DE 10 2011 004 862和DE 10 2011 005962。
附图说明
在这里如下的实施例中借助附图更详细地阐述本发明的细节。图中：
图1示出道路耦联式混合动力车辆的示意性视图，所述混合动力车辆具有对于本发明重要的组件，
图2示出双挡位变速器中的致动器布置结构的示意性视图，其用于借助于能电动机式调整的换挡拨叉来调整换挡杆，以及
图3示出在一种借助于按照本发明的切换装置的有利的切换流程控制中的重要过程的视图。
具体实施方式
在图1中示出所谓的道路耦联式混合动力车辆，所述混合动力车辆包括一个电动机1，该电动机作为第一驱动马达例如对前轴VA起作用，并且所述混合动力车辆包括一个内燃机3，所述内燃机作为第二驱动马达对后轴HA起作用。附加于内燃机3可以设有一个第二电动机2。此外，第二变速器4优选以可电子控制的自动变速器形式(如由BMW量产车辆的现有技术已经已知的那样)在输入侧与内燃机3连接。类似地，本发明也能应用于所述组件2、3和4的不同设置的顺序。
电动机1也可以设置在后轴上，并且内燃机3也可以设置在前轴上。
电动机1在没有中间连接离合器的情况下与双挡位变速器7配合作用。
此外，混合动力车辆具有一个能由驾驶员操作的选择装置(“Max-E-Drive”按键)以用于在纯电气式运行模式(E模式)与自动式运行模式(A-模式)之间手动地转换。
此外，在混合动力车辆中存在本身已知的(例如BMW量产车辆的)电子变速器选择装置9，通过所述电子变速器选择装置由驾驶员能选择常见的设置用于自动变速器4的行驶位置P、R、N和D以及用于选择运动型自动模式的开关位置“S”；
最后在图1中示出一个同样已知的强制降挡开关(Kick-Down-Schalter)KD，所述强制降挡开关按照已知的那样设置在这里未更详细示出的加速踏板的下端部上。
混合动力车辆的驱动控制优选通过第一电子控制仪5实施，通过所述第一电子控制仪原则上能实施与轮力矩有关的针对所有存在的驱动马达的总驱动控制(例如由上面提到的专利申请DE 10 2011 004 862和DE 10 2011 005 962已知)。此外，例如同样在控制仪5中或优选(如这里所示的那样)在机电一体化地位置上更靠近地配设给双挡位变速器7的附加控制仪8中，按照本发明地包括一个功能模块GS-E(“变速器控制E驱动”)。功能模块GS-E例如构造为软件程序模块。借助于功能模块GS-E和控制仪5和/或8，双挡位变速器7优选能以在图3中示出的特别有利的流程控制来操控。
控制仪5和8优选通过数据总线(例如CAN)相互连接并且按照需要交换传感器或控制信号。控制仪8例如可以由控制仪5接收车辆速度v和信号T0作为信息。当用于内燃机3的燃料箱为空时，产生信号T0。
利用图2在功能上阐述双挡位变速器7的致动器布置结构：换挡拨叉SG能通过可由控制仪8电气操控的转轴伺服马达SM平移地移动到配设给第一挡位G1的第一换挡杆位置POS G1、配设给空挡位置N的中间的换挡杆位置POS N和配设给第二挡位G2的第二换挡杆位置POS G2中。通过霍尔传感器S能检测换挡拨叉SG的瞬时的实际位置。在各换挡杆位置之间设有本身已知的同步切换元件SE。换挡杆位置事实上是如下的换挡杆位置区域，所述换挡杆位置区域通过滑块在换挡拨叉SG上的为了降低在调整环过渡至转动运动时的摩擦损失所必需的缝隙来预定(本身已知)。
控制仪8具有一个功能模块GS-E，所述功能模块这样构造(特别是编程)，使得在第一挡位G1与第二挡位G2之间的转换能与选择装置(Max-E-Drive按键)的操作有关地导入。
但功能模块GS-E也这样构造(特别是编程)，使得在第一挡位G1与第二挡位G2之间的转换能与其他预定的操作有关地导入。
在此，挡位转换例如以理论挡位跳转(Sollgang-Sprung)(例如以在软件程序之内的电子升挡或降挡指令形式，也参见图3)而导入。
挡位转换借助于按照本发明的控制设备优选(也作为独立的构思)如下地进行：
如果存在如下的预定的操作中的至少一个操作，则导入由第二挡位G2到第一挡位G1中的挡位转换，所述预定的操作包括：
1)在向前行驶期间由驾驶员操作选择装置“Max-E-Drive”以用于
接通E模式，并且车辆速度v处于经定义的下速度范围、例如
0<v<120km/h内。
说明：下速度范围通常向上通过在E模式时第一挡位G1中最高可能的车辆速度v来确定。在较高车辆速度v时接通E模式引起直到达到下速度范围的挡位转换的延迟。
或者
2)在向后行驶之后又进行向前行驶，在所述向后行驶中由驾驶员
操作了选择装置(Max-E-Drive按键)来接通E模式。
说明：在向后行驶期间保持第2挡位。
或者
3)存在信号(T0)，所述信号能在存在空的燃料箱时产生。
说明：该挡位转换与自动接通E模式相联系，所述自动接通E模式例外地在没有操作选择装置(Max-E-Drive按键)的情况下被连接，因为否则车辆将不能继续行驶(可用性方面，紧急运转)。
如存在如下的预定的操作中的至少一个操作，则导入由第一挡位G1到第二挡位G2中的挡位转换，所述预定的操作包括：
-由接通了E模式出发由驾驶员操纵强制降挡开关KD
或者
-由接通了E模式出发由驾驶员选择运动性模式S
或者
-将混合动力车辆停放或者重新启动
或者
-用于运行电动机1的电能量存储器已达到定义的最高允许的放电。
一种本身也独立的创造性的构思在于按照图3的挡位转换的流程控制，所述流程控制按以下阶段实施：
-在第一阶段I中，电动机1的转矩ME减少到至少接近零(因为双挡位变速器不具有可以打开以切断动力啮合的离合器)，
-在第二阶段II中，通过将换挡拨叉SG调整到配设给空挡位置N的中间换挡杆位置POS N中来撤除在电动机1和变速器7之间的动力啮合，
-在第三阶段III中，在保持空挡位置N时借助于电动机1的转矩ME的相应调节或控制来进行在给定的车辆速度v时电动机1的转速n对新的挡位(这里G2)的主同步，直至达到预定的相对小的转速偏差dn，以及
-在第四阶段IV中，在挂入新的挡位(这里G2)时进行通过借助于机械作用的同步切换元件SE来克服残余的转速差别dn而进行剩余同步(参见区域i)。
优选地，在第四阶段IV中在发生同步的区域i之后，在区域ii中发生惯性滑行(Freiflug)。在区域iii中，换挡拨叉SG被调整直至换挡杆位置POS G2的机械止挡。最后在区域iv中发生上面描述的滑块的减少摩擦的释放。在区域V中，为了进一步加速车辆必要时与内燃机3一同地可以重新提高电动机1的转矩。
在该实施例中，从由第一挡位G1到第二挡位G2中的理论挡位跳转出发，例如在120km/h时(亦即在所定义的下速度范围的上边界时)的牵引升挡的情况下。在此，因此离开M模式，以便在第二驱动单元的协作下达到较高的车辆速度。
在图3中示出以下曲线：
-长虚线曲线＝作为用于在时刻A由第一挡位G1升挡到第二挡位G2中的导入指令的理论挡位跳转；
-细实线曲线＝具有轻微上升的车辆速度v；
-短虚线曲线＝电动机1的转矩ME，所述转矩在时刻B接近零并且在时刻C为零；
-粗实线曲线＝以％为单位的换挡拨叉SG的位置或者调节行程，其中，由转矩ME接近零的时刻B导入，将换挡杆位置POS G1由第一挡位G1直至时刻C调整到换挡杆位置N中；
-点划线曲线＝电动机1的转速n，所述转速这里在挡位转换之前应用约9200U/min并且在挡位转换之后应该应用约5800U/min的同步转速；在时刻D达到同步转速加上预定的转速偏差dn；直至时刻D，双挡位变速器保持在空挡位置N中，以便能对于转速调节无冲击地(rucklos)地调整转矩ME。

Claims (8)

1.用于运行道路耦联式混合动力车辆的控制设备，所述混合动力车辆包括配设给第一轴(VA)的第一驱动单元并且包括配设给第二轴(HA)的第二驱动单元，所述混合动力车辆包括能由驾驶员操作的选择装置(Max-E-Drive按键)以用于手动地在电气式运行模式(E模式)和自动式运行模式(A模式)之间进行转换，并且所述混合动力车辆包括至少一个电子控制单元(5、8)以用于至少部分地与选择装置(Max-E-Drive按键)的操作有关地控制各驱动单元，其中，第一驱动单元具有电动机(1)和与电动机(1)配合作用的可自动切换的双挡位变速器(7)，并且第二驱动单元具有内燃机(3)和与内燃机(3)配合作用的另外的变速器(4)。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其特征在于，所述双挡位变速器(7)具有换挡拨叉(SG)，所述换挡拨叉通过能由所述至少一个电子控制单元(5；8)电气操控的伺服马达(SM)平移地移动到配设给第一挡位(G1)的第一换挡杆位置(POS G1)、配设给空挡位置(N)的中间的换挡杆位置(POS N)和配设给第二挡位(G2)的第二换挡杆位置(POS G2)中。
3.根据上述权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个电子控制单元(5；8)具有功能模块(GS-E)并且因此构造成使得在第一挡位(G1)与第二挡位(G2)之间的转换能与预定的操作有关地导入。
4.根据上述权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个电子控制单元(5；8)具有功能模块(GS-E)并且因此构造成使得在第一挡位(G1)与第二挡位(G2)之间的转换能至少与选择装置(Max-E-Drive按键)的操作有关地导入。
5.根据上述权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个电子控制单元(5；8)具有功能模块(GS-E)并且因此构造成使得如果存在如下的预定的操作中的至少一个操作，则能导入由第二挡位(G2)到第一挡位(G1)的挡位转换，所述预定的操作包括：
-向前行驶期间由驾驶员操作选择装置(Max-E-Drive按键)以用于接通E模式，并且车辆速度(v)处于定义的下速度范围(0<v<120km/h)内，或者
-在向后行驶之后又进行向前行驶，在所述向后行驶期间由驾驶员操作了选择装置(Max-E-Drive)以用于接通E模式，或者
-存在“燃料箱排空”信号(T0)。
6.根据上述权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个电子控制单元(5；8)具有功能模块(GS-E)并且因此构造成使得如果存在如下的预定的操作中的至少一个操作，则能导入由第一挡位(G1)到第二挡位(G2)的挡位转换，所述预定的操作包括：
-由接通了E模式出发由驾驶员操纵强制降挡开关(KD)，或者
-由接通了E模式出发由驾驶员选择运动型模式(S)，或者
-将混合动力车辆停放或者重新启动，或者
-用于运行电动机(1)的电能量存储器已达到定义的最高允许的放电。
7.根据上述权利要求之一所述的控制设备，其特征在于，所述至少一个电子控制单元(5；8)具有功能模块(GS-E)并且因此构造成使得能按如下阶段实施挡位转换流程控制：
-在第一阶段(I)中，电动机(1)的转矩(ME)能降低到至少接近零，
-在第二阶段(II)中，能通过将换挡拨叉(SG)调整到配设给空挡位置(N)的中间换挡杆位置(POS N)中来撤除在电动机(1)与变速器(7)之间的动力啮合，
-在第三阶段(III)中，在保持空挡位置(N)的情况下能借助于电动机(1)的转矩(ME)的相应调节或控制来进行在给定车辆速度(v)时电动机(1)的转速(n)与新的挡位(G1；G2)的主同步，直至达到预定的转速偏差(dn)，并且
-在第四阶段(IV)中，在挂入新的挡位(G1；G2)时能通过借助于机械作用的同步切换元件(SE)来克服残余的转速偏差(dn)而进行剩余同步(i)。
8.控制仪(8)，具有功能模块(GS-E)以用于控制双挡位变速器(7)，所述控制仪用于应用在按照上述权利要求之一所述的控制设备中。
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