CN102463987B - 汽车的混合式动力系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种汽车的混合式动力系统的控制方法，该混合式动力系统包含：内燃机；电机；自动化的动力换挡变速器，其包含与电机的转子处于驱动连接的输入元件并且包含至少两个摩擦换挡元件，其中，为了提高行驶舒适感和为了减小动力换挡变速器的动态负荷，内燃机结合动力换挡变速器的降挡按下述方法步骤以牵引起动方式实施起动：a)打开待断开的摩擦换挡元件直至低于打滑极限；b)闭合分离离合器直至内燃机达到或超过最小起动转速；c)内燃机自起动；d)尽可能地打开分离离合器；e)将内燃机和电机分开地引导到目标挡的同步转速；f)完全打开待断开的摩擦换挡元件及完全闭合待接通的摩擦换挡元件和分离离合器。

Description

汽车的混合式动力系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种汽车的混合式动力系统的控制方法，该混合式动力系统包含：具有驱动轴的内燃机；至少可作为马达运行的电机，该电机包含可经由自动化的分离离合器与内燃机的驱动轴连接的转子；自动化的动力换挡变速器，其包含与电机的转子处于驱动连接的输入元件并且包含至少两个摩擦换挡元件以用于两个变速器挡位之间的在时间上重叠的转变，其中，在关断内燃机和打开分离离合器的情况下电动行驶运行时，内燃机结合动力换挡变速器的降挡以牵引起动方式实施起动。
背景技术
上述类型的并联工作的混合式动力系统是通常已知的。这种混合式动力系统具有如下优点：相关的汽车可以有选择地关断内燃机按纯电动行驶方式行驶；可以以纯内燃机行驶方式行驶，其中电机不接入动力；或者可以通过内燃机和电动的联合驱动按混合式行驶方式行驶。在按内燃机式行驶方式时，电机在必要时可以作为发电机工作，此时所产生的电流可以用于车上电网的供电和/或用于蓄电器的充电。通常在汽车刹车的时候，电机也可以作为发电机工作并且在此所获得的电能可存储在蓄电器中。
动力换挡变速器可以设计成行星齿轮式自动变速器，其中为了激活变速器挡位分别有多个摩擦换挡元件如换挡离合器和换挡制动器被闭合，但是为了相邻的两个变速器挡位之间的切换，通常只打开配属于实际挡的一个摩擦换挡元件，与此同时闭合一个配属于目标挡的摩擦换挡元件。动力换挡变速器当然也可以设计成双离合器变速器，其中，输入元件在两个输入端的摩擦离合器的共轴布置的情况下是通过一个共同的离合器壳构成，并且在两个输入端的摩擦离合器安置在两个轴向平行的输入轴上时则是通过一个与两个摩擦离合器处于驱动连接的驱动轴构成，并且为了在两个相邻的变速器挡位之间实现切换，在变速器内部置入目标挡之后，便将配属于实际挡的摩擦离合器打开，与此同时将配属于目标挡的摩擦离合器闭合。
如果在这种混合式动力系统的情况下在电动行驶运行时出现提高的功率要求，而这种要求又不能由电机独自予以满足的话，则必须起动内燃机，以便尔后单独利用内燃机或者同电机一起共同地利用一个相应提高的牵引力来驱动该汽车。在油门踏板操作中，要求通过驾驶者较强地踩踏油门踏板，从而提高驱动机组的输出功率，例如为了使汽车加速以实施超车过程。在速度调节装置运行时，可能通过速度调节装置要求提高驱动机组的输出功率，例如在驶入一个上升路段的情况下，借以能够保持预定的额定速度。
由于电机的在结构上预定的最大力矩之故和/或由于不再是充分充电的蓄电器之故，可能存在电机的不再对此足够的输出功率。在出现提高功率要求的情况下，为了提高特别是内燃机的牵引力，通常也触发动力换挡变速器的降挡。为了在同时存在起动内燃机的要求和执行换挡的要求的情况下，能尽可能快速和舒适地完成上述两个过程，内燃机的起动优选结合换挡予以实施，即紧接在换挡之前、在换挡过程中或紧接在换挡之后予以实施。
所以例如在EP 1 762 417 A1所介绍的一种相应的控制方法中提出：当涉及降挡时，将内燃机紧接在动力换挡变速器的一个预定的换挡之前就按一种牵引起动方式加以起动；当涉及升挡时，则将内燃机紧接在动力换挡变速器的一个预定的换挡之后按一种牵引起动方式加以起动。由此在内燃机的牵引起动时使得分离离合器上的待克服的转速差最小化，从而可减小分离离合器的热负荷和机械性磨损。这种控制方法却只能有限地加以应用，这是因为为了内燃机的牵引起动必须在分离离合器的输入端和输出端之间有足够高的转速差。
相反，在DE 10 2006 031 684A1中也介绍一种相应的控制方法，其中，内燃机在同时规定的动力换挡变速器的降挡过程中按照一种牵引起动方式加以起动。为此，首先将配属于实际挡的待断开的摩擦换挡元件打开直至低于打滑极限，然后将内燃机通过分离离合器的闭合而加速到超过其起动转速。在内燃机通过接通点火系统和/或燃料喷射系统而实现自起动之后，在待断开的摩擦换挡元件完全打开且配属于目标挡的待接通的摩擦打开元件完全闭合之前，两个驱动机组在分离离合器继续闭合的情况下尽可能共同地被引导到目标挡的同步转速。
通过待断开的摩擦换挡元件的打滑运行，在内燃机起动时强制产生的相对于动力换挡变速器的力矩峰值和转速峰值应加以抑制，从而提高所涉及汽车的行驶舒适感。但因为分离离合器在内燃机的牵引和高速旋转的过程中总是继续加以闭合的，所以从内燃机和从分离离合器的调节过程出发的力矩峰值和转速峰值不断增大地被传递到电机的转子上，并从该转子出发至少部分地经过待断开的摩擦换挡元件而被引导到动力换挡变速器中，从而会降低行驶舒适感，并提高动力换挡变速器的齿轮和轴承上的磨损。
发明内容
因此，本发明的任务在于建议一种开头所述类型的用于控制汽车的混合式动力系统的改进的控制方法，利用此方法，结合一种降挡实现内燃机的牵引起动，与DE 10 2006 031 684 A1中提出的控制方法相比能提高行驶舒适感并降低动力换挡变速器的动态负荷。
根据本发明，上述任务是通过以下措施加以解决的：在关断内燃机和打开分离离合器进行电动行驶运行时，内燃机结合动力换挡变速器的降挡以下述的方法步骤以牵引起动方式加以起动：
a)打开待断开的摩擦换挡元件直至低于打滑极限；
b)闭合分离离合器直至内燃机达到或超过最小起动转速；
c)内燃机自起动；
d)尽可能地打开分离离合器；
e)将内燃机和电机分开地引导到目标挡的同步转速；
f)完全打开待断开的摩擦换挡元件及完全闭合待接通的摩擦换挡元件和分离离合器。
因此，本发明以一种已知的汽车的混合式动力系统为出发点，该混合式动力系统包含：具有驱动轴的内燃机；至少可作为马达运行的电机，该电机配有可经过自动化的分离离合器而与内燃机的驱动轴相连的转子；自动化的动力换挡变速器，该动力换挡变速器包含与电机的转子处于驱动连接的输入元件并且包含至少两个摩擦换挡元件以用于两个变速器挡位之间的在时间上重叠的转变。
为了从在关断内燃机和打开分离离合器情况下的电动行驶运行出发，结合动力换挡变速器的降挡以牵引起动方式起动内燃机，按本发明设定：首先打开配属于实际挡的待断开的摩擦换挡元件直至低于打滑极限。由此该电机部分地与动力换挡变速器脱开联接，并在自身的剩余力矩的作用下被加速。随后将分离离合器闭合，直至内燃机达到或超过最小起动转速，从而使内燃机通过电机被牵引，直至内燃机在接通点火系统和/或燃料喷射系统之后可自动运行为止。在内燃机的自起动之后，再将分离离合器尽可能打开，从而使内燃机与电机和动力换挡变速器脱开联接。然后将内燃机和电机分开地引导到目标挡的同步转速。在这两个驱动机组达到这一目标转速之后，通过完全打开待断开的摩擦换挡元件以及通过完全闭合配属于目标挡的待接通的摩擦换挡元件和分离离合器来结束降挡。
根据本发明的控制方法与已知的由DE 10 2006 031 684 A1所提出的控制方法的主要区别在于：分离离合器在内燃机自起动之后再次被打开，并且这两个驱动机组分开地、即尽可能彼此脱开联接地且通过各自的独立控制装置而被调节到目标挡的同步转速。这样，在内燃机高速旋转情况下所产生的力矩峰值和转速峰值将尽可能完全地保持远离电机和动力换挡变速器，这就导致获得更高的行驶舒适感和电机和动力换挡变速器的更小的动态负荷。
为了在通过电机牵引内燃机时，能通过摩擦打滑达到与动力换挡变速器的充分的脱开联接，规定：当电机在打开待断开的摩擦换挡元件之后已经达到或超过一个事先确定的相对于实际挡的同步转速的最小转速差时，才闭合分离离合器用以内燃机的牵引。
还可附加地通过以下方式达到内燃机、电机和动力换挡变速器之间更好的脱开联接：自在待断开的摩擦换挡元件上低于打滑极限起，首先将电机引导到一个居于实际挡的同步转速和目标挡的同步转速之间的中间转速并保持在这一中间转速上，并且而后当内燃机已达到或超过目标挡的同步转速时，才将电机引导到目标挡的同步转速。
电机的上述中间转速最好确定在这样一个值上，该值至少比实际挡的同步转速高一个事先确定的第一最小转速差并且至少比目标挡的同步转速低一个事先确定的第二最小转速差。
为了进一步保护动力换挡变速器不受力矩峰值和转速峰值的影响，还可做如下设定：只有当电机已经达到或超过目标挡的同步转速时，才完全打开待断开的摩擦换挡元件和完全闭合待接通的摩擦换挡元件及分离离合器。
按照分离离合器和待接通的摩擦换挡元件的压力介质操作的、可主动闭合的一种实施形式，例如作为可液压操作的盘式离合器，这些离合器元件优选在直至分离离合器由牵引起动引起的闭合的开始时刻的时间间隔内被预先灌注(vorbefüllt)。在此离合器元件的预先灌注优选依次地按照这些离合器元件的接下来的闭合操作的顺序予以实现，即首先是分离离合器的预先灌注，然后是待接通的摩擦换挡元件的预先灌注。
附图说明
为了阐述本发明，在说明书中提出了有实施例的附图。附图表示：
图1a  在根据本发明的用于起动内燃机的控制过程期间并联工作的混合式动力系统的内燃机和电机的转速特性曲线；
图1b  在根据本发明的用于起动内燃机的控制过程期间分离离合器和并联工作的混合式动力系统的动力换挡变速器的两个摩擦换挡元件的控制压力特性曲线；
图2a  一种用于实施本发明的根据图1a和图1b的控制方法的并联工作的混合式动力系统的示意图，其包含一种第一实施形式的动力换挡变速器；以及
图2b  一种用于实施本发明的根据图1a和图1b的控制方法的并联工作的混合式动力系统的示意图，其包含一种第二实施形式的动力换挡变速器。
具体实施方式
在图2a和图2b中分别示意示出一种并联工作的混合式动力系统1、1′，在该混合式动力系统上均可应用根据本发明的控制方法。混合式动力系统1、1′的这两种实施形式分别包含：一个配有一驱动轴2的内燃机VM；一个可至少作为马达运行的、配有一转子3的电机EM；以及一个动力换挡变速器LSG、LSG′。电机EM的转子3能够分别在输入端经过一个自动化的分离离合器K0与内燃机VM的驱动轴2相连且能够与该驱动轴分离，从而使内燃机在必要时可通过电机EM起动、与该电机联接且与该电机断开联接。电机EM的转子3在输出端分别与动力换挡变速器LSG、LSG′的一个输入元件4、4′相连。
在按图2a所示的混合式动力系统1的实施形式中，动力换挡变速器LSG构成为行星齿轮式自动变速器，其中在两个相邻的变速器挡位之间的切换已知是通过在时间上重叠地打开位于变速器内部的配属于实际挡的第一摩擦离合器K1和闭合位于变速器内部的配属于目标挡的第二摩擦离合器K2来予以实现的。该动力换挡变速器LSG的输入元件4因此构成为输入轴。
在按图2b所示的混合式动力系统1′的实施形式中，动力换挡变速器LSG′构成为双离合器变速器，其包含两个输入轴5a、5b，和各一个输入端的摩擦离合器K1′、K2′。在双离合器变速器LSG′的情况下，两个相邻的变速器挡位之间的切换已知是通过配属于实际挡的第一摩擦离合器K1′的在时间上重叠的打开和配属于目标挡的第二摩擦离合器K2′的闭合来予以实现的，其中首先在变速器内部接入目标挡，然后在变速器内脱开实际挡。动力换挡变速器LSG′和两个摩擦离合器K1′、K2′的输入元件4′在摩擦离合器K1′、K2′的共轴安置情况下是可通过一个共同的离合器壳构成并且在摩擦离合器K1′、K2′安置在两个轴向平行的输入轴5a、5b上的情况下则可通过一个与两个摩擦离合器K1′、K2′处于驱动连接的驱动轴构成。
这两种动力换挡变速器LSG、LSG′在其输出端各自有一个输出轴6，该输出轴经过一个车轴差速器7与相关汽车的一个主动轴的各驱动轮8a、8b处于驱动连接。
如果配有这种混合式动力系统1、1′的汽车以纯电动行驶方式行驶，也就是以关断内燃机VM且打开分离离合器K0的方式行驶，则由于驾驶者或速度调节装置的提高的功率要求之故，可能需要结合动力换挡变速器LSG、LSG′的降挡来起动内燃机VM。采取这一措施的原因可能是这样一种高的功率要求：该功率要求不再能够通过电机EM的结构上预定的最大转矩予以满足，和/或该功率要求由于所配备的蓄电器的过小的充电状态不再能够单独由电机予以满足。
下面将参照图1a中所示的电机EM的转速曲线nEM(t)和内燃机VM的转速曲线nVM(t)以及参照图1b中所示的分离离合器K0的、配属于实际挡的待断开的摩擦换挡元件K_ab的和配属于目标挡的待接通的摩擦换挡元件K_zu的(它们当前例如都构成为压力介质操作的、可主动闭合的离合器元件)控制压力曲线pK0(t)、pK_ab(t)、pK_zu(t)进行阐述，借以说明根据本发明的控制方法如何结合动力换挡变速器LSG、LSG′的降挡按牵引起动方式起动内燃机VM。
根据在时间点t0的一个提高的功率要求(通过此功率要求，结合动力换挡变速器LSG、LSG′的降挡而开始起动内燃机VM)，首先打开配属于实际挡的待断开的摩擦换挡元件K_ab直至低于打滑极限(参见图1b中的pK_ab(t))，从而使电机EM部分地与动力换挡变速器LSG、LSG′脱开联接。在时间点t1达到或随后低于待断开的摩擦换挡元件K_ab的打滑极限，接着电机EM在自身的剩余力矩的作用下被加速(参见图1a中的nEM(t))。
随着在时间点t2(nEM≥nSync_IStG+Δnmin_IStG)达到或超过实际挡的事先确定的相对于同步转速nSync_IstG的最小转速差Δnmin_IstG并且从而达到或超过用于将动力换挡变速器LSG、LSG′从电机EM上脱离联接的最小打滑转速，便开始牵引内燃机VM。直至该时间点t2，分离离合器K0和待接通的摩擦换挡元件K_zu(它们也如同待断开的摩擦换挡元件K_ab构成为压力介质操作的且可主动闭合的)也都是被预先灌注，这在当前情况下例如是依次按照它们接下来的闭合操作顺序实现(参见图1b中的pK0(t)和pK_zu(t))。
为了牵引内燃机VM，将分离离合器K0部分闭合，从而使得内燃机VM转动，直至内燃机在时间点t3达到其最小起动转速nVM_Start，从该最小起动转速开始，内燃机VM在接通点火系统和/或燃料喷射系统之后便可自动运行。因此，这时分离离合器K0为了使内燃机VM从电机EM上脱离联接而再尽可能打开，并且然后将这两个驱动机组VM、EM分开地引导到目标挡的同步转速nSync_ZielG。
为了与动力换挡变速器LSG、LSG′更好地脱开联接，电机EM从在时间点t1在待断开的摩擦换挡元件K_ab上低于打滑极限起依照一个在图1a中示出的额定转速指标nEM_soll，首先被引导到一个居于实际挡的同步转速nSync_IstG和目标挡的同步转速nSync_ZielG之间的中间转速nEM_Zw并保持在此中间转速上。只有当内燃机VM已经达到或超过(nVM≥nSync_ZielG)目标挡的同步转速nSync_ZielG(在时间点t4是这种情况)，电机EM才会从中间转速nEM_Zw被引导到目标挡的同步转速nSync_ZielG。
电机EM的中间转速nEM_Zw现在例如被确定在这样一个值上，该值比实际挡的同步转速nSync_IstG高一个大于事先确定的第一最小转速差Δnmin_IstG的值并且比目标挡的同步转速nSync_ZielG低一个事先确定的第二最小转速差Δnmin_ZielG。
在电机EM在时间点t5处达到目标挡的同步转速nSync_ZielG之后，便将待断开的摩擦换挡元件K_ab完全打开并且将待接通的摩擦换挡元件K_zu和分离离合器K0完全闭合，这在时间点t6处结束。
本发明提出的控制方法通过使得内燃机VM最大可能地与电机EM脱开联接且使得电机EM最大可能地与动力换挡变速器LSG、LSG′的输入端脱开联接而达到下述目标：将在内燃机VM的牵引与起动时和在两个驱动机组VM、EM的接下来的转速匹配时产生的力矩峰值和转速峰值尽可能保持远离动力换挡变速器，从而提高行驶舒适感并降低动力换挡变速器LSG、LSG′的动态负荷。
附图标记清单
1   混合式动力系统
1′ 混合式动力系统
2   内燃机VM的驱动轴，曲轴
3   电机EM的转子
4   动力换挡变速器LSG的输入元件，输入轴
4′ 动力换挡变速器LSG′的输入元件
5a，5b  动力换挡变速器LSG′的输入轴
6   动力换挡变速器LSG、LSG′的输出轴
7   车轴差速器
8a，8b   驱动轮
EM  电机
K_ab  待断开的摩擦换挡元件
K_zu  待接通的摩擦换挡元件
K0    分离离合器
K1    摩擦换挡元件
K1′  摩擦换挡元件，换挡离合器
K2    摩擦换挡元件
K2′  摩擦换挡元件，换挡离合器
LSG   动力换挡变速器，行星齿轮式自动变速器
LSG′ 动力换挡变速器，双离合器变速器
n     转速
nEM   电机EM的转速
nEM_soll 电机EM的额定转速指标
nEM_Zw   电机EM的中间转速
nSync_IstG  实际挡的同步转速
nSync_ZielG 目标挡的同步转速
nVM  发动机转速，内燃机VM的转速
nVM_Start  内燃机VM的最小起动转速
p   压力
pK  控制压力
pK_ab  待断开的摩擦换挡元件K_ab的控制压力
pK_zu  待接通的摩擦换挡元件K_zu的控制压力
pK0    分离离合器K0的控制压力
t  时间
t1-t6  时间点
VM     内燃机
Δn    转速差
Δnmin_IstG   相对于实际挡的同步转速nSync_IstG的第一最小转速差
Δnmin_ZielG  相对于目标挡的同步转速nSync_ZielG的第二最小转速差

Claims (7)

1.汽车的混合式动力系统的控制方法，该混合式动力系统包含：具有驱动轴(2)的内燃机(VM)；至少可作为马达运行的电机(EM)，该电机包含可经由自动化的分离离合器(K0)与内燃机(VM)的驱动轴(2)连接的转子(3)；自动化的动力换挡变速器(LSG，LSG′)，其包含与电机(EM)的转子(3)处于驱动连接的输入元件(4，4′)并且包含至少两个摩擦换挡元件(K1，K2；K1′，K2′)以用于两个变速器挡位之间的在时间上重叠的转变，其中，在关断内燃机(VM)和打开分离离合器(K0)的情况下电动行驶运行时，内燃机结合动力换挡变速器(LSG，LSG′)的降挡按下述方法步骤以牵引起动方式实施起动：
a)打开待断开的摩擦换挡元件(K_ab)直至低于打滑极限；
b)闭合分离离合器(K0)直至内燃机(VM)达到或超过最小起动转速(nVM_Start)；
c)内燃机(VM)自起动；
d)尽可能地打开分离离合器(K0)；
e)将内燃机(VM)和电机(EM)分开地引导到目标挡的同步转速(nSync_ZielG)；
f)完全打开待断开的摩擦换挡元件(K_ab)及完全闭合待接通的摩擦换挡元件(K_zu)和分离离合器(K0)。
2.按权利要求1中所述的方法，其特征在于：当电机(EM)已达到或已超过(nEM≥nSync_IstG+Δnmin_IstG)事先确定的相对于实际挡的同步转速(nSync_IstG)的最小转速差(Δnmin_IstG)时，才闭合分离离合器(K0)以牵引内燃机(VM)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：自在待断开的摩擦换挡元件(K_ab)上低于打滑极限起，首先将电机(EM)引导到一个居于实际挡的同步转速(nSync_IstG)和目标挡的同步转速(nSync_ZielG)之间的中间转速(nEM_Zw)并保持在这一中间转速上，并且而后当内燃机(VM)已达到或超过目标挡的同步转速(nSync_ZielG)时，才将电机引导到目标挡的同步转速(nSync_ZielG)。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于：电机(EM)的中间转速(nEM_Zw)被确定在这样一个值上，该值至少比实际挡的同步转速(ΔnSync_IstG)高一个事先确定的第一最小转速差(Δnmin_IstG)并且至少比目标挡的同步转速(nSync_ZielG)低一个事先确定的第二最小转速差(Δnmin_ZielG)。
5.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：当电机(EM)已达到或超过(nEM≥nSync_ZielG)目标挡的同步转速(nSync_ZielG)时，才完全打开待断开的摩擦换挡元件(K_ab)和完全闭合待接通的摩擦换挡元件(K_zu)和分离离合器(K0)。
6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在分离离合器(K0)和待接通的摩擦换挡元件(K_zu)设计成压力介质操作的、可主动闭合的情况下，将该分离离合器和待接通的摩擦换挡元件在直至分离离合器(K0)由牵引起动引起的闭合的开始时刻的时间间隔(t0-t2)内预先灌注。
7.按权利要求6所述的方法，其特征在于：离合器元件(K0，K_zu)的预先灌注是依次按照其接下来的闭合操作的顺序实现的。
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