包括至少两个驱动马达以及包括具有固定传动比级和功率分流传动比级的自动变速器的机动车

摘要

本发明涉及一种具有至少两个驱动马达的机动车，其中，至少一个驱动马达是电机，所述机动车具有高电压存储器和自动变速器，所述自动变速器具有至少一个固定传动比级和至少一个用于从所述至少一个固定传动比级开始进行传动比调节的功率分流传动比级。根据本发明的机动车还具有电子控制单元，所述电子控制单元包括转速调节模块，该转速调节模块在传动比变换期间能被激活。转速调节模块设计成，使得预先计算额定转速，通过该额定转速既能限制转速梯度又能限制转速曲率，其中，连续地将所述至少一个驱动马达的目标转速与最大允许转速梯度和最大允许转速曲率进行比较。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有至少两个驱动马达的机动车，其中，至少一个驱动马达是电机，所述机动车具有高电压存储器、自动变速器和电子控制单元，所述自动变速器具有至少一个固定传动比级和至少一个用于从所述至少一个固定传动比级开始进行传动比调节的功率分流传动比级。

背景技术

用于机动车的自动变速器是已知的。此外，已知用于混合动力电动车辆的自动变速器，所述混合动力电动车辆除了内燃机之外还具有至少一个用于驱动的电机。当前用于混合动力电动车辆的自动变速器(混合动力变速器)通常基于现有的自动变速器。用于电气化的电机通常定位在内燃机和变速器之间(所谓的P2混合)。但这种混合动力化没有给变速器本身带来优点。

适合用于混合动力化的变速器例如是可动力切换的自动变速器，其通过摩擦锁合的切换元件提供不同的固定传动比级。在这种变速器中，在换挡期间至少一个切换元件在滑转的情况下运行。滑转运行期间的摩擦功在此转换成热量，该热量必须通过足够的冷却油流从摩擦锁合的切换元件输送走。此外，摩擦锁合的切换元件在打开状态中产生相应的拖曳损失。通常液压地控制切换元件。为了使它们在闭合状态中能够传递力，必须持续地以相应高的液压压力将切换元件的摩擦片相互压紧。为此所需的液压泵不仅用于冷却而且也用于操作切换元件。然而液压泵需要一定的功率来运行，由此总效率降低。

根据DE102017217133A1的技术方案设置自动变速器，其具有内燃机、至少两个固定传动比级、三个变速器轴、周转轮系传动机构、两个切换元件和变速机构(Variator)。在此，变速机构的第一侧能与第一变速器轴传递扭矩地耦联，并且变速机构的第二侧能通过第二变速器轴与周转轮系传动机构调节传动比地耦联。这意味着，变速机构的第二侧与内燃机和自动变速器的从动端一起处于三轴运行中，由此变速机构的第二侧通过周转轮系传动机构对内燃机具有传动比调节的作用。变速机构在此能够实现连续的传动比调节。因此，可以与固定传动比级无关地调节其它传动比，尤其是各固定传动比级之间的任意中间状态。优选变速机构由两个电机形成。在此，所述电机之一作为发电机运行，并且另一个电机作为马达运行。通过将机械能暂时转换成电能，这两个电机的转速可以脱耦并且因此通过这两个电机提供变速机构功能。周转轮系传动机构可以是行星齿轮传动机构。

发明内容

本发明的任务是，在传动比调节方面改进开头所述类型的具有自动变速器的混合动力机动车。

该任务通过独立权利要求的特征来解决。有利的扩展方案是从属权利要求的技术方案。

本发明涉及一种具有至少两个驱动马达的机动车，其中，至少一个驱动马达是电机，所述机动车具有高电压存储器和自动变速器，所述自动变速器具有至少一个固定传动比级(固定挡位)和至少一个用于从所述至少一个固定传动比级开始进行传动比调节的功率分流传动比级(E-CVT)。例如离开唯一的固定挡位进入功率分流传动比级(E-CVT)也是重要的。

本发明尤其是涉及一种机动车，其具有内燃机、至少一个电机、自动变速器，所述自动变速器具有至少两个固定传动比级和用于在两个固定传动比级之间进行传动比调节的变速机构，其中，所述变速机构例如包括两个电机。一个电机也可以足够。在这种情况下，变速机构包括所述电机和高电压存储器。

根据本发明的机动车还包括具有转速调节模块的电子控制单元，该转速调节模块在传动比变换期间能被激活。转速调节模块设计成，使得预先计算额定转速，通过该额定转速既能限制转速梯度又能限制转速曲率，其中，连续地将所述至少一个驱动马达的目标转速与最大允许转速梯度和最大允许转速曲率进行比较。

本发明例如具有由两个电机形成的变速机构。在传动比变换期间，第一电机作为发电机运行，并且第二电机作为马达运行。然而第一电机在传动比调节之前也可以作为马达运行。

优选切换元件是形锁合的切换元件(如爪齿)。这具有的优点是：切换元件能够以小的力保持或锁定在闭合位置中。因此，可以降低用于维持固定传动比级的能量消耗并且因此提高总效率。此外，在形锁合的切换元件的打开状态中(几乎)不产生拖曳损失。

根据本发明的另一种有利的设计方案，第一切换元件设置用于接合第一固定传动比级，并且第二切换元件设置用于接合第二固定传动比级。这意味着，每个固定传动比级分配有一个优选单独的切换元件，借助该切换元件接合传动比级并且尤其是使其保持闭合。作为替代方案，也可以设置多个切换元件，以用于接合一个固定传动比级，和/或设置单独的切换元件，以用于接合多个固定传动比级。

以这种方式，可以通过变速机构以连续的传动比调节的方式在两个固定传动比级之间进行切换(E-CVT)并且同时维持牵引力。在此，功率仅在于固定传动比级之间切换期间流经变速机构，该变速机构相对于纯机械的力传递通常具有较差的效率。尤其是在固定传动比级接合的情况下没有功率流经变速机构。通过相应的切换元件提供固定传动比级的力传递，自动变速器由此可以具有高效率。

在根据本发明的换挡方法中，变速机构的第一电机可以至少暂时与变速器轴传递扭矩地耦联，以便将扭矩输入到变速器中或从其中提取扭矩。

此外，变速机构的第二电机可以至少暂时通过轴与周转轮系传动机构调节传动比地耦联。也就是说，变速机构的第二侧通过周转轮系传动机构对内燃机具有传动比调节的作用，其方式尤其是：变速机构的第二侧与内燃机和自动变速器的从动端一起处于三轴运行中。

原则上，为了解释变速器设计结构也参考DE102017217133A1。

因此，根据本申请对本发明重要的是转速调节模块，其设计成，使得预先计算额定转速，通过该额定转速既能限制转速梯度又能限制转速曲率，其中，连续地将所述至少一个驱动马达的目标转速与最大允许转速梯度和最大允许转速曲率进行比较。

本发明基于以下考虑：

与驱动马达的传统转速调节任务相反，在功率分流运行中，即在具有至少两个驱动马达的机动车中，其中，至少一个驱动马达是电机，并且所述机动车具有自动变速器，该自动变速器具有至少一个固定传动比级和至少一个用于传动比调节的功率分流传动比级，与转速调节任务并行地也必须根据驾驶员期望(例如通过加速踏板位置来传达)调节两个驱动马达、尤其是一个/所述内燃机和一个/所述电机的变速器输出扭矩。

为此，使用形锁合的切换元件，其仅允许非常小的转速窗口，以便从功率分流挡位(即功率分流传动比级)无损坏地且不可察觉地为驾驶员接合固定挡位(即固定传动比级)。

在现有技术中，迄今使用摩擦锁合的或组合地摩擦锁合的切换元件，它们在较大的转速差时已经可以辅助性地用于同步期望的挡位。这通过低水平的摩擦力矩来实现，该摩擦力矩对于驾驶员来说是不可察觉的，但对于转速调节任务来说起到稳定作用。

为了使用形锁合的切换元件，在功率分流运行中必须仅由内燃机和电机来完成转速调节任务。内燃机相对于电机具有决定性的缺点，即内燃机可以根据其可能的工作点以强烈变化的扭矩梯度来调节其扭矩。然而最大可能的可调节扭矩梯度对于转速调节任务的动态，即对于内燃机转速在变速器的两个传动比级之间的调节持续时间是决定性的。

因此，为了在功率分流运行中的转速调节期间能够利用电机和内燃机的全动态，需要预先计算内燃机和电机关于时间的希望的转速变化曲线(额定转速)。为此，传统的转速梯度限制是不够的，因为内燃机和电机不能跳跃式地改变其扭矩。

因此，提出一种不仅能够限制转速梯度而且能够限制转速梯度的导数(转速曲率)的额定转速预先计算。为此，该预先计算必须连续地观察内燃机的或电机的实际目标转速并且根据最大允许转速梯度以及最大允许转速曲率确定用于下一步长的额定转速。

对转速梯度和转速曲率的传统两级限制在此导致过调，这出于转速调节任务的原因应被避免。因此，提出以制动函数扩展对转速梯度和转速曲率的两级限制。为此，连续确定刚好还允许多少转速梯度，以使当前允许转速曲率(对应于转矩梯度)以及在目标转速的当前存在的变化率的情况下与目标转速曲线精确相切。因此，转速梯度可以在接近目标转速时连续减小，由此遵守内燃机的和电机的允许扭矩梯度。从而避免了新的参考变量(＝用于内燃机和电机的额定转速)过调并且转速调节可以充分利用驱动系统的全动态。

根据新的参考变量及其一阶和二阶时间导数，现在可以构造具有非常精确的预控制的转速调节器，该预控制在没有调节器干预的情况下已经很好地受控地运行受控系统。该特性允许调节电路中具有相对长的死区时间的运行并且因此例如可以通过车辆总线(例如CAN或Flexray)控制内燃机和电机。本来的转速调节器“仅还”校正受控系统与预控制之间的误差并且因此能够调节对于形锁合的切换元件所需的转速差。

DHT(混合动力专用变速器)是目前最常见的混合动力变速器，其仅在具有内燃机和至少一个电机的车辆中使用。电机(在此为变速机构的第一电机)在此是变速器的一部分，其可以连接到不同的变速器轴上。

在DHT驱动装置中使用形锁合的切换元件来形成挡位和进行力传递提供了在力传递时的最大效率以及基于以需求为导向的致动的最小功率需求的可能性。但同时形锁合的切换元件也具有挑战。在传统的手动换挡变速器或类似的自动化系统中，在操作形锁合的切换元件之前完全中断力传递。这种无负载性允许在不影响驱动装置的情况下并且以相对小的花费打开或闭合形锁合的切换元件。

附图说明

下面借助附图阐述本发明。附图如下：

图1示出在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态1；

图2示意性示出根据本发明的机动车或变速器的重要部件及其在整个换挡过程的状态1时的状态；

图3示出在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态2；

图4示意性示出根据本发明的机动车或变速器的重要部件及其在整个换挡过程的状态2时的状态；

图5示出在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态3；

图6示意性示出根据本发明的机动车或变速器的重要部件及其在整个换挡过程的状态3时的状态；

图7示出在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态4；

图8示意性示出根据本发明的机动车或变速器的重要部件及其在整个换挡过程的状态4时的状态；

图9示出在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态5；

图10示意性示出根据本发明的机动车或变速器的重要部件及其在整个换挡过程的状态5时的状态；

图11示出在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态6和7；

图12示意性示出根据本发明的机动车或变速器的重要部件及其在整个换挡过程的状态6和7时的状态；

图13示出状态3和5之间的根据本发明的重要中间步骤，即，在借助根据本发明的自动变速器从第一固定挡位切换到第二固定挡位时整个换挡过程的状态4(也参见图7和8)的一种特殊的方法技术上的设计方案；

图14示意性示出用于借助图13中的本发明重要的转速调节模块(DRM)进行调节的重要转速变化曲线；和

图15示意性示出根据图13的本发明重要的转速调节模块(DRM)的一种实施例。

具体实施方式

图1示出在换挡指令之前挂入第一挡位(固定挡位G1)时的初始状态，即状态1。随后，通过相应的输入信号在电子控制单元SG中发出换挡指令。

图2示出本发明的最重要的部件，这些部件也适用于图4、6、8、10和12：

在图2中示意性示出混合动力车辆，其具有自动变速器、内燃机VM、第一电机EMA、第二电机EMB、高电压存储器HVS和电子控制单元SG。

自动变速器包括功率分流式行星齿轮传动机构形式的周转轮系传动机构UG、包括两个电机EMA和EMB的变速机构以及用于接合第一固定传动比级G1(下面也称为固定挡位G1)的第一切换元件K1和用于接合第二固定传动比级G2的第二切换元件B2。

两个传动比级的数量在此仅用于更好的说明；在实践中也可以使用更多数量的传动比级。

自动变速器还包括两个变速器轴，即驱动轴形式的输入轴和从动轴形式的输出轴，自动变速器借助驱动轴与内燃机VM传递扭矩地耦联，自动变速器借助从动轴与机动车的车轮R传递扭矩地耦联。

自动变速器也可以具有三个或更多个固定传动比级，在此情况下它也可能具有相应更多数量的切换元件，这些切换元件设置用于接合其它传动比级。也可以设置单独的切换元件用于多个传动比级，和/或设置多个切换元件的组合用于一个传动比级。

行星齿轮传动机构UG具有行星架1、齿圈2和太阳轮3。周转轮系传动机构UG不仅与输入轴而且与输出轴传递扭矩地耦联。此外，周转轮系传动机构UG包括如下轴，通过该轴，周转轮系传动机构可借助于在此形成离合器的第一切换元件K1与输入轴传递扭矩地耦联以及可与在此形成制动器的第二切换元件B2传递扭矩地耦联。该轴在此对内燃机VM具有转速调节的作用。在一种替代的实施方式中，切换元件K1、B2可以设置用于任何传递扭矩功能。

切换元件K1、B2分别构造为爪齿离合器。也就是说，它们是形锁合的切换元件并且仅需要小的压力以保持在闭合位置中。在一种替代的实施方式中，切换元件K1、B2可以是任何其它适合的切换元件，如力锁合的切换元件。

通过使第一电机EMA作为发电机运行并且第二电机EMB作为马达运行提供用于传动比调节的变速机构功能。由此，动能和电能可以相互转换并且因此两个电机EMA、EMB的转速可以相互解耦。

自动变速器从第一传动比级(固定挡位)G1到第二固定传动比级(固定挡位)G2的切换根据借助图3、5、7、9、11和13示出的换挡过程进行。

根据图1和2，第一固定传动比G1被接合，即第一切换元件K1闭合并且第二切换元件B2打开。此外，变速机构脱耦；即所述电机既不与输入轴也不与输出轴传递扭矩地耦联。所有转速nG1是相同的。第一电机EMA可以作为发电机运行，以便对高电压存储器HVS充电。

为了切换到第二固定传动比G2，现在根据图3卸载当前(旧的)固定挡位G1的切换元件K1。

如图4可看出的那样，变速机构与输出轴传递扭矩地耦联以及通过所述轴与周转轮系传动机构UG传递扭矩地耦联。换言之，第二电机EMB与从动端或齿圈2或车轮R(连接且)作为马达运行并且由高电压存储器HVS供电。内燃机VM可以是关闭的或可以被关闭。

现在借助变速机构经由输出轴通过扭矩叠加卸载第一切换元件K1(K1以虚线示出)。

在该点处，本发明的核心开始，这将再次参考图13和14进行解释。

根据在图5中激活地示出的状态3，随后将切换元件K1脱接，如图6中以打开的K1所示。

然后是根据图7的状态4，即在功率分流传动比级(E-CVT)中进行优选电气和连续的传动比调节。这在图8中通过太阳轮3上的转速移动示出。因此，在打开第一切换元件K1之后，通过变速机构或电机EMA的连续的传动比调节来设置第二传动比级(固定挡位)G2的传动比。制动器B2在此仍是打开的。

这意味着，出现三轴运行，由此降低第二切换元件B2上的转速差。

图9示出状态5，在该状态中，切换元件B2被闭合用于新的固定挡位G2。

在此，在图10中可以看出，一旦转速差降低到零或特定极限值以下，第二切换元件B2闭合。由此，第二切换元件B2从变速机构接收负载并且变速机构可以脱耦(参见图10，虚线示出的电机EMB)。制动器B2尚未被加载(虚线示出的B2)。

在图11中达到状态6和直接与之连接的状态7或再次达到状态1，在该状态中，可以加载新的切换元件B2(在图12中完全闭合的B2)。

以图12结束换挡的换挡过程(G1＝>G2)。

从当前固定挡位(在此是G1)开始具有根据本发明的中间状态的整个换挡过程的总结如下：

-通过驱动机器卸载旧的切换元件K1(状态2)。

-打开旧的切换元件K1(状态3)(转换到E-CVT模式中)。

-通过根据本发明地激活转速调节模块DRM经由E-CVT模式(状态4)在变速器中进行用于传动比调节(nG1＝>nG2)的转速适配。

-接合新的切换元件(B2)(状态5)。

-加载新的切换元件(B2)(状态6)。

-“分开”电机EMA和EMB(状态7＝状态1)＝>新的固定挡位G2。

图13示出根据本发明的具有转速调节模块DRM的“状态4”。

图14示出在具有加速度(t1之前和之后增加的目标转速x_Ziel)的示例性升挡(时间点t1处负的目标转速跳跃x_Ziel)中转速n的三条重要曲线。下述曲线示出：

-实线：目标转速x_Ziel

-虚线：额定转速y

-点划线：实际转速y_ist

为了调节转速n，观察在时间点T1至T4之间的时间范围T。在时间点t1，升挡的转速改变阶段开始，并且在时间点t4，升挡结束。在时间点t2观察转速梯度。在时间点t3观察转速曲率。在各个时间点之间产生t1和t2之间的第一部分观察时间段A、t2和t3之间的第二部分观察时间段B和t3和t4之间的第三部分观察时间段C。

为了根据目标转速x_Ziel确定额定转速y并且为了计算其它所需的变量或参数，使用图15中示出的根据本发明的转速调节模块DRM的功能。

在此适用：

x_Ziel＝目标转速

Δt＝采样时间/步长

dy_limits＝最大允许转速梯度(正和负)

dy

dy_br_limits＝最大允许制动转速梯度(正和负)

dx/dt＝信号关于时间的导数(梯度计算)

1/z＝信号反馈(前一个时间步长的值)

y＝额定转速n

Δy＝额定转速的梯度(在一个时间步长Δt内y的变化)

ΔΔy＝额定转速的曲率(在一个时间步长Δt内Δy的变化)

y_ist＝实际转速n

目标转速x_Ziel在时间点t1基于新挂入的固定挡位G2的传动比相对于旧固定挡位G1的改变而跳跃地改变。在这种换挡中，转速调节器通常实现至少300转/分钟直至2500转/分钟或更大的转速变化。为了减小转速调节器的工作点的方差，根据本发明，在部分观察时间段B中一阶梯度限制、在部分观察时间段A中二阶梯度限制以及在部分观察时间段C中具有梯度限制的制动函数fA产生在时间范围T上连续的信号，即额定转速y。

因此，例如内燃机VM的额定转速y的转速梯度被预先限制在内燃机的工作范围内(dy_limits)，所述转速梯度可以基于有效惯性矩被换算成所需的内燃机扭矩的总变化，并且反之亦然。

内燃机VM的额定转速y的最大允许曲率dy

内燃机VM的实际转速y_ist为示例性曲线，该曲线可以基于适合的调节器结合通过额定转速y及其时间导数的预控制出现。

制动函数fA根据关于最大允许转速曲率dy

换言之，部分观察时间段B中的一阶梯度限制设计成，使得不超过由驱动马达VM和EMA和/或EMB最大可调节的扭矩；即，例如：y'＝dy/dt＝MIN((M_VM，M_EMA)/J)(MIN＝最小选择，J＝惯性矩)。部分观察时间段A中的二阶梯度限制设计成，使得不超过由驱动马达VM和EMA和/或EMB最大可调节的扭矩梯度；即，例如：y”＝(MIN_VM/dt，dM_EMA/dt)/J。通过制动函数fA确定时间范围T。

以下关系式适用于制动函数fA：

在此，在方根项中根据目标转速和额定转速的差以及可实现的转速曲率确定当前期望的制动持续时间(t-t4)。

根据制动持续时间和最大允许转速曲率dy

所示出的总函数将制动函数fA直接设置在一阶梯度限制之后，二阶梯度限制设置在第三位。这种设置的优点是，额定转速y在任何情况下都遵守对于转速梯度和转速曲率所需的极限。

在总函数的一种变型方案中，制动函数可以设置在第三位用以限制额定转速的梯度。然而这种变型方案带来的危险是，不能在所有情况下都遵守额定转速在梯度和曲率方面的极限值。

根据x_Ziel的转速跳跃的高度，其可能导致必须跳过部分观察时间段B，即没有达到最大转速梯度并且直接必须从部分观察时间段A跳跃到部分观察时间段C中。