CN104309607B - 用于控制变速器的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制变速器的方法和装置，具体而言，涉及用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器的方法和装置，其中，变速器在输入侧与电动车或混合动力车辆的电机相联结，其中，变速器在输出侧与电动车或混合动力车辆的驱动轴相联结，其中，探测所期望的换挡过程，其中，确定电机的当前的工作点，其中，仅当电机的工作点(A)不或不再处于全负载范围中时，那时才执行换挡过程。

Description

用于控制变速器的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器(Schaltgetriebe)的方法和装置。
背景技术
为了尤其在起动范围中在保持或提高车速的情况下提高车轮扭矩，电的驱动器可与多挡变速器相联结。在混合动力驱动器和插电式混合动力驱动器中，电的驱动器同样与多挡变速器相联结，例如在并行式混合动力驱动车辆中。
电的驱动器和变速器的联结还可用于提高效率，以便在车辆的动态运行中在考虑到传动损失的情况下调整电的驱动器的在效率方面最好的运行点。
文献DE 10 2008 032 768 A1公开了一种用于在从初始挡位(在其中，驱动设备在初始驱动转速的情况下提供初始驱动力矩)到目标挡位(在其中，驱动设备在目标驱动转速的情况下提供目标驱动力矩)中的换挡过程的情况下操控带有自动变速器的机动车的驱动设备的方法。为了在换挡过程期间完全避免力矩突变，除了第一修正力矩(其由开始挡位和目标挡位的已知的传动比来计算)之外，计算和考虑附加力矩。
文献DE 10 2011 117 853 A1公开了一种新型的电的驱动器以及一种用于控制驱动器的方法，从而实现在纯电动或主要电驱动的情况下带有在输出轴处的扭矩的无过渡的过程的变速级变化。所教导的电的驱动器包括至少两个电的驱动器件。
文献DE 10 2008 031 456 A1公开了一种在驱动轴和从动轴之间的负载控制变速器(Lastschaltgetriebe)。在这种负载控制变速器中，在两个偶数的挡位之间或两个奇数的挡位之间的切换需要在参与到两个挡位中的负载换挡离合器处的负载中断。教导了在如此换挡期间电马达通过叠加传动器(Überlagerungsgetriebe)作用到从动部上，即使在这种换挡期间在驱动轮处还存在一定的牵引力。在此可使电马达短暂地强地过载，由此在没有牵引力中断情况下实现换挡。
文献DE 10 2007 055 830 A1公开了一种用于运行车辆的混合驱动器的方法和装置。在此，以在离合器断开的情况下电动地行驶为起点，为了在按负载换挡期间借助于电机起动内燃机，通过操控带有作用到内燃机上的且在值上逆反的动态扭矩走向的离合器代替操控用于在负载控制变速器的输入部处产生降低的动态扭矩走向的电机。
发明内容
提出这样的技术问题，即，提供一种用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器的方法和装置，其实现更舒适的驾驶感觉并且同时保证尤其电机的期望的运行性能。
提出一种用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器的方法。变速器在此可为负载控制变速器。变速器的不同的构造方案是可行的。例如，变速器可构造为所谓的双离合变速器。
变速器在输入侧与电动车或混合动力车辆的电机相联结。例如，电机的从动轴可与变速器的输入轴有效连接。因此，电机形成电动车或混合动力车辆的驱动设备。如果车辆构造为混合动力车辆，则车辆可为并行式混合动力车辆。
此外，变速器在输出侧与电动车或混合动力车辆的驱动轴相联结。通过该驱动轴可使变速器与电动车或混合动力车辆的可驱动的车轮有效连接。尤其可通过驱动轴传递扭矩。
变速器包括带有彼此不同的传动级(Übersetzungsstufe)或传动比的至少两个换挡级(Schaltstufe)或挡位。在换挡过程中可在至少两个换挡级之间进行切换。在此，换高挡表示这样的换挡过程，即在其中切换到带有更低的传动级的换挡级上。相应地，换低挡表示这样的换挡过程，即在其中切换到带有更高的传动级的换挡级上。
此外，探测所期望的换挡过程。例如，当机动车驾驶员例如改变换挡杆的位置时，可探测手动执行的换挡过程。同样，例如可取决于用于操控用来执行换挡过程的器件的信号来探测自动执行的换挡过程。
显然还可评估用于探测所期望的换挡过程的其他的和/或备选的标准。
重要的是在时间上在执行换挡过程之前探测将来的或计划的换挡过程。
此外，确定电机的当前的工作点。该工作点例如可通过由电机当前产生的扭矩和电机的当前的转速来说明。
取决于工作点可确定电机的负载范围。负载范围表示例如在当前调整的转速的情况下可由电机产生的功率的部分范围。
例如可确定由电机产生的功率，其中，该功率可与彼此不同的多个功率范围中的一个相关联。
尤其可存在两个负载或功率范围：全负载范围和部分负载范围。在此，全负载范围表示这样的功率范围，即，在其中电机例如在当前调整的转速的情况下产生最大功率或产生大于或等于预定功率的功率，其中，预定功率可比最大功率小预定的程度，例如10%。在部分负载范围中，电机产生这样的功率，即，其小于最大功率或预定功率。
此外，在时间上仅当电机的工作点不或不再处于全负载范围中时，那时才执行换挡过程。
因此，取决于由电机当前产生的功率执行换挡过程。
例如可检查电机的工作点是否处于全负载范围中。当电机的工作点处于全负载范围中时，在时间上延迟地执行换挡过程。当电机的工作点不处于全负载范围中时，可在时间上立即执行换挡过程。
由此以有利的方式得到在执行换挡过程时存在功率储备，也就是说，在引入换挡过程时和/或在执行换挡过程期间还可提高由电机产生的功率。在转速恒定时，这例如意味着在引入换挡过程时和/或在执行换挡过程期间还可提高由电机产生的扭矩。这在下面将进行进一步阐述。
由于存在功率储备，通过换挡过程引起的功率变化或在换挡过程期间出现的功率变化可以有利的方式通过仍然可能地改变尤其提高由电机产生的功率来补偿。由此可最小化或完全补偿对于车辆驾驶员和/或车辆乘客来说可感觉到的功率变化的作用，例如下面还将进一步阐述的晃动。这以有利的方式提高了驾驶舒适性，其中，不必使电机过载。
在另一实施方式中，在开始换挡过程时和/或在换挡过程期间改变尤其提高电机的扭矩。在此，电机的转速尤其可保持恒定。在此，开始换挡过程表示引入换挡过程的时刻。在此，在换挡过程期间表示在引入换挡过程之后的时间段。
如果电机尤其在给定的或保持恒定的转速的情况下处于以上阐述的部分负载范围中，则还可提高由电机产生的扭矩。
尤其可在换挡过程之前在换高挡时，尤其在拉动式升挡(Zug-Hochschaltung)时，即在电动车或混合动力车辆的加速期间换高挡时提高扭矩。此外，尤其可在拉动式升挡时在加速的情况下执行该方法，在其中，电机在换挡过程之前在全负载范围中运行。
已知在所谓的力矩平滑转换(Momentenüberblendung)的情况下，即在从初始换挡级的机械的传递路径到期望的换挡级的机械的传递路径上的扭矩传递转移时，尤其在拉动式升挡时，出现在可驱动的车轮处存在的扭矩(即车轮扭矩)的突然的下降。这由减小的传动级引起。因为通过换挡过程还减小了转速，所以通常可在换挡过程之后再次提高扭矩。然而，由于扭矩的突然下降而使得对于车辆驾驶员和/或其他的车辆乘客来说可感觉到的晃动是干扰的。
在所提出的实施方式中，通过提高电机的扭矩来减小或者甚至完全防止车轮扭矩的下降。由此以有利的方式得到驾驶舒适性的提高，尤其可减小或补偿由换挡过程引起的觉得干扰的晃动。
在另一实施方式中，取决于变速器的从动力矩的变化改变电机的扭矩。在此，变速器的从动扭矩表示在车辆的驱动轴处存在的扭矩。在此，上述阐述的车轮扭矩取决于从动扭矩来确定。尤其可如此调整电机的扭矩的在时间上的走向，即，从动力矩是恒定的或者并未改变超过预定的程度，例如10%。
由此以有利的方式得到尽可能完全补偿以上阐述的晃动。
在另一实施方式中，仅当电机在预定的转速范围中运行时，那时才执行换挡过程。例如可使换挡过程在时间上如此长地延迟，直至电机的转速大于或等于预定的转速范围的最小转速，或者小于或等于预定的转速范围的最大转速。
在此，预定的转速范围的最大转速小于电机的最大允许的转速，尤其小预定的差额。
转速范围可取决于换挡级或挡位来选择。在此，例如预定的转速范围的最小转速和最大转速可随着传动级的上升而减小。由此以有利的方式得到在执行换挡过程之后提供电机的最大功率或几乎最大的功率。
在另一实施方式中，仅当电机的扭矩(M)以大于预定的程度的方式小于最大的扭矩(M)时，那时才执行换挡过程。例如可使换挡过程在时间上如此长地延迟，直至扭矩小于或等于这样的扭矩，其比最大可产生的扭矩小预定的程度。
在此，所预定的程度可取决于在当前的调整的换挡级的传动级和待通过换挡过程调整的换挡级的传动级之间的比来选择。取决于该比得到最大值，以便可尤其在恒定的转速的情况下在力矩平滑转换时改变尤其减小扭矩。在此，所预定的程度可选择成等于或大于该值。
由此以有利的方式得到在引入换挡过程时存在足够大的扭矩储备，以便补偿最大出现的扭矩变化。
在另一实施方式中，将换挡过程最大限度地抑制在预定的时间段上和/或仅抑制在预定的最大转速之下。
如果在当前的时刻和期望地引入换挡过程的时刻(其例如可等于期望的换挡过程的探测的时刻)之间的时间差超过预定的时间段，则引入换挡过程，尽管可能缺乏功率或扭矩储备。此外，可由此以有利的方式避免车辆驾驶员的恼怒：未执行所期望的换挡过程。
如果在期望地引入换挡过程的时刻之后电机的转速超过预定的最大转速，则可同样引入换挡过程，尽管可能缺乏功率或扭矩储备。由此可以有利的方式避免车辆驾驶员的尤其在声方面的恼怒，其可由于提高的转速产生。通过这种强制换挡还可以有利的方式避免带有电机的低效率的工作点。
在另一实施方式中，仅当电机的在以期望的传动级运行时出现的效率与电机的在开始换挡过程时在以当前的传动级运行的情况下出现或已经出现的效率相差不大于预定的程度时，那时才执行换挡过程。例如，当效率比在0.9至1.1之间时，偏差可小于所预定的程度。
例如可使换挡过程在时间上如此长地延迟，直至出现以上阐述的效率比。
由此以有利的方式在电动车或混合动力车辆通过电机的驱动期间即使在换挡过程中也得到高的效率。
在另一实施方式中，不仅在电机的发动机驱动(motorisch)的运行中执行该方法，而且在电机的发电机驱动(generatorisch)的运行中执行该方法。在发动机驱动的运行中，电机将例如储存在牵引用电池中的电能转化成机械能。在发电机驱动的运行中，电机将例如由车辆的动能产生的机械能转化成电能。
如果在符号方面考虑由电机产生的扭矩，则扭矩在发动机驱动的运行中具有正的符号，而在发电机驱动的运行中具有负的符号。因此，在发电机驱动的运行的情况下，全负载范围相应于这样的功率范围，其包括在其中转动机械在发电机驱动的运行中产生最大的电功率的工作点。例如，仅当当前(负)的扭矩大于尤其在当前的转速的情况下最小的扭矩时，那时才执行换挡过程。
此外，提出一种用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器的装置。该变速器在输入侧与电动车或混合动力车辆的电机相联结，其中，变速器在输出侧与电动车或混合动力车辆的驱动轴相联结。该装置包括用于探测所期望的换挡过程的至少一个器件、用于操纵变速器的至少一个器件和至少一个控制和评估装置。用于操纵变速器的器件可包括可手动操纵的元件，例如换挡杆。备选地或附加地，用于操纵变速器的器件可构造为执行器，其例如使得能够实现自动执行换挡过程。
借助于用于探测所期望的换挡过程的器件可探测期望的换挡过程。借助于控制和评估装置可确定电机的当前的工作点。仅当电机的工作点不或不再处于全负载范围中时，那时才操控或释放用于操纵变速器的至少一个器件以用于执行换挡过程。
借助于所提出的方法可以有利的方式执行以上阐述的方法中的一种。
在另一实施方式中，可借助于控制和评估装置在开始换挡过程时和/或换挡过程期间改变尤其提高电机的扭矩。这可尤其在拉动式升挡(即在车辆加速期间换高挡时)进行。
附图说明
借助实施例进一步阐述本发明。其中：
图1显示了在拉动式升挡时的示例性的转速－扭矩走向，以及
图2a显示了在电机的全负载运行中在拉动式升挡时的转速和扭矩走向的示意图，以及
图2b显示了在电机的部分负载运行中在拉动式升挡时的转速和扭矩走向的示意图。
以下相同的参考标号表示带有相同或相似的技术特征的元件。
参考标号列表
1 特征线
2 特征线
3 工作点的走向
4 换挡过程
5 换挡过程
6 在第2挡位中的最佳的驱动效率的范围
7 在第3挡位中的最佳的驱动效率的范围
n_opt 最佳转速的范围
A 工作点
AA 初始工作点
SA1 换挡工作点
SA2 延迟的换挡工作点
ZA1 目标工作点
ZA2 目标工作点
WA1 另一工作点
M 扭矩
M_AA 扭矩
n_AA 转速
n_ZA1 转速
M_WA1 扭矩
n_WA1 转速
n 转速
M_SA2 扭矩
n_SA2 转速
MV 扭矩维持(Drehmomentvorhalt)
t 时间
PI 第一阶段
PII 力矩转变阶段
PIII 转速转变阶段
M_K1 在初始挡位中的扭矩
M_K2 在目标挡位中的扭矩
n_K1 在初始挡位中的转速
n_K2 在目标挡位中的转速
n_EM 电机的转速
M_EM 电机的扭矩
M_EM_max 电机的最大扭矩。
具体实施方式
在图1中示出了在根据现有技术拉动式升挡时和在根据本发明拉动式升挡时的示例性的转速扭矩走向。拉动式升挡表示从带有第一传动级的换挡级切换到带有更低的传动级的换挡级中。
在图1中，在x轴上示出了转速n，而在y轴上示出了由电动车或混合动力车辆的电机(未示出)产生的扭矩M。
在图1中，特征线1示出了当在变速器中例如嵌入第2挡位时最大可产生的功率。在此，第2挡位相应于初始换挡级。此外，特征线2示出了当在变速器中嵌入第3挡位时最大可产生的功率。在此，第3挡位表示期望的待调整的换挡级，其中，在第3挡位中传动级比在2挡位中小。
在此，最大可产生的功率表示可由电机产生的并且可传递到至少一个可驱动的车轮处的功率。特征线1、2的区段(在其中电机产生恒定的功率)还可被称为所谓的功率双曲线。
通过实线3示出电机的出现的工作点的走向。在此，箭头指出工作点的在时间上的走向。在此，工作点通过转速n和扭矩M来说明。在此示出工作点在开始时处于电机的部分负载范围中。这意味着电机在当前的转速n的情况下并未产生最大可产生的扭矩，而是产生相比于最大可产生的扭矩M更低的扭矩M。在时间上在工作点A之后直至初始工作点AA，电机在全负载范围中运行。在此，所产生的扭矩M为在转速n的情况下最大可产生的扭矩M或者与最大可产生的扭矩M仅偏离很少的程度。
在初始工作点AA时探测到期望的换挡过程，其中，应从第2挡位换高挡到第3挡位中。
根据现有技术的换挡过程通过虚线4示出。在初始工作点AA中，电机在全负载下运行。这意味着产生针对所出现的转速n_AA的最大的扭矩M_AA。在根据现有技术执行的换挡过程中，初始工作点AA相应于换挡工作点SA1。在换挡工作点SA1中引入换挡过程。如果现在嵌入第3挡位，则在力矩转变阶段PII中或期间(参见图2)实现车轮扭矩的未示出的下降，其出现在电动车或混合动力车辆的可驱动的车轮处。于是在第3挡位中出现目标工作点ZA1。在该目标工作点中，转速n_ZA1小于在换挡工作点SA1中的转速n_SA1。然而，扭矩M_ZA1比在换挡工作点SA1中高。当然，电机在目标工作点ZA1中同样在全负载下运行。
此外示出了在达到目标工作点ZA1之后出现另一工作点WA1，其处于电机的部分负载范围中。在此，所产生的扭矩M_WA1处在在出现转速n_WA1时最大可产生的扭矩M之下。
通过点划线5示出了根据本发明的换挡过程。在延迟的换挡工作点SA2引入该换挡过程。延迟的换挡工作点SA2在时间上出现在初始工作点AA之后。电机尤其在延迟的换挡工作点SA2中在部分负载范围中运行。示出了扭矩维持MV的值MV，其必须至少还可通过电机在延迟的换挡工作点SA2中产生。如在图1中示出的那样，在扭矩M(其在在延迟的换挡工作点SA2中出现转速n_SA2的情况下可最大地产生)和在延迟的换挡工作点SA2中产生的扭矩M_SA2之间的差大于扭矩维持MV。
此外，示出了转速范围n_opt，其中，仅当转速n在延迟的换挡工作点SA2中处于该转速为范围n_opt中时，那时才执行换挡过程。在此，转速范围n_opt为带有最小的参数的转速范围，其包括最佳的驱动效率的与挡位相关的区域6、7的最小转速和最大转速。在此，包括电机和变速器的驱动系统在第2挡位中在由最佳的效率的区域6包围的工作点中运行时具有最佳的驱动效率。相应地，驱动系统在第3挡位中在由最佳的效率的区域7包围的工作点中运行时具有最佳的驱动效率。
在此，区域6的最小转速n相应于最佳的转速的区域n_opt的最小转速n。区域7的最大转速n相应于最佳的转速的区域n_opt的最大转速n。
因此，在延迟的换挡工作点SA2中满足以上列举的与扭矩和转速相关的条件，从而切换到目标工作点ZA2中。在此，目标工作点ZA2相应于另一工作点WA1。在此，在引入换挡过程中出现的(未示出的)车轮扭矩的下降可通过提高由电机产生的扭矩M来进行补偿。
图2a显示了在未示出的电动车或混合动力车辆的电机的全负载运行中在拉动式升挡时的转速和扭矩走向的示意图。在此，关于时间t示出转速n。
在第一阶段I之前，嵌入初始挡位，例如在图1中阐述的第2挡位，并且电机的转速n_EM相应于初始转速n_K1。电机的初始扭矩M_EM相应于最大可由电机产生的扭矩M_EM_max。
在第一阶段I中出现换挡需求，其中，应切换到带有更小的传动级的目标挡位中。例如，目标挡位可为在图1中阐述的第3挡位。在第一阶段I期间嵌入目标挡位，其中，目标挡位的相应的离合器或变速级承担转速n_K2，其由车速和目标挡位的传动比得到。
在扭矩转变阶段PII中使电机的扭矩M_EM从初始挡位的变速级转变到目标挡位的变速级上。在此，由于目标挡位的更小的传动比，发生车轮扭矩的上述阐述的力矩中断。因为电机在全负载运行中运行且产生最大可产生的扭矩M_EM_max，所以不可提高扭矩M_EM，以便补偿力矩中断。
在转速转变阶段PIII中使电机的转速n_EM转变到在目标挡位中的更低的转速n_K2上。在此可在转速转变阶段PIII中降低电机的扭矩M_EM，因为由于转速减小而可利用传动器输入轴的可供支配的动能，以便在传动器输入轴处产生附加的扭矩。
图2b显示了在未示出的电动车或混合动力车辆的电机的部分负载运行中在拉动式升挡时的转速和扭矩走向的示意图。在此，关于时间t示出了转速n。
不同于在图2a中示出的走向，电机并未产生最大可产生的扭矩M_EM_max，而是产生更小的扭矩M_EM，其中，以虚线示出了最大可产生的扭矩M_EM_max。
因此可在力矩转变阶段PII中提高电机的扭矩M_EM。由此可补偿由于目标挡位的更小的传动比而出现的车轮扭矩的力矩中断。在图2b中示出了将扭矩M_EM在力矩转变阶段PII期间线性地提高到最大可产生的扭矩M_EM_max上。但显然还可设想其他的走向。

Claims (10)

1.一种用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器的方法，其中，变速器在输入侧与电动车或混合动力车辆的电机相联结，其中，变速器在输出侧与电动车或混合动力车辆的驱动轴相联结，
其中，探测所期望的换挡过程，
其中，确定电机的当前工作点，
其中，仅当电机的工作点(A)不处于全负载范围中时，那时才执行换挡过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在开始换挡过程时和/或在换挡过程期间改变电机的扭矩(M)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，取决于变速器的从动力矩的变化改变电机的扭矩(M)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，仅当电机在预定的转速范围(n_opt)中运行时，那时才执行换挡过程。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，仅当电机的扭矩(M)以大于预定的程度的方式小于最大的扭矩时，那时才执行换挡过程。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，将换挡过程最大限度地抑制在预定的时间段上和/或抑制在预定的最大转速之下。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，仅当电机的在以将来的传动级运行时出现的效率与电机的在开始换挡过程时在以当前的传动级运行的情况下出现的效率相差不大于预定的程度时，那时才执行换挡过程。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，不仅在电机的发动机驱动的运行中执行该方法，而且在电机的发电机驱动的运行中执行该方法。
9.一种用于控制在电动车或混合动力车辆中的变速器的装置，其中，变速器在输入侧与电动车或混合动力车辆的电机相联结，其中，变速器在输出侧与电动车或混合动力车辆的驱动轴相联结，
其中，装置包括用于探测所期望的换挡过程的至少一个器件、用于操纵变速器的至少一个器件和至少一个控制和评估装置，
其中，可借助于用于探测所期望的换挡过程的器件探测所期望的换挡过程，其中，可借助于控制和评估装置确定电机的当前的工作点(A)，其中，仅当电机的工作点不处于全负载范围中时，那时才操控用于操纵变速器的至少一个器件以用于执行换挡过程。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，可借助于控制和评估装置在开始换挡过程时和/或在换挡过程期间改变电机的扭矩(M)。
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