CN108700189B - 用于在机动车的驱动系统中执行行驶速度级变换的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行具有驱动马达（2）和切换传动机构（5）的驱动系统的方法，其中，驱动马达（2）通过离合器（4）连接到切换传动机构（5），其中，离合器用于断开和闭合驱动系统（1）的传动系，所述方法包括以下步骤：当传动系被断开时，激活（S3）用于驱动马达（2）的转速调节，其中，为该转速调节预先给定待设定的额定转速（nSoll），该额定转速取决于待设定的行驶速度级；根据在离开切换传动机构（5）的空档位置期间出现的传动机构输入转速（nTra_in）的梯度来设定（S2）额定转速（nSoll）。

Description

用于在机动车的驱动系统中执行行驶速度级变换的方法和 装置
技术领域
本发明涉及一种特别是具有手动的切换传动机构的用于机动车的驱动系统。此外，本发明涉及一种在通过手动的切换传动机构变换行驶速度级期间用于操控机动车的驱动系统中的驱动马达的方法。
背景技术
用于机动车的驱动系统通常具有切换传动机构，以便能够最佳地将由驱动马达提供的驱动功率进一步传送到机动车的被驱动的轮。为了变换切换传动机构的行驶速度级、即切换传动机构的减速，可以针对手动的切换传动机构设置的是，释放驾驶踏板以预先给定驾驶员期望力矩到驱动马达，致动离合器踏板来脱离，从而驱动马达的从动系和传动系与切换传动机构退耦，并且在选择和挂入待选择的行驶速度级后，通过取消离合器踏板的致动而重新接合离合器。在此，驱动马达的马达转速匹配于离合器的配属于切换传动机构的侧部的转速、即所谓的传动机构输入转速。如果在接合过程期间驱动马达的马达转速和传动机构输入转速不相同，则可能出现诸如急冲（Ruckeln）等的不舒适的负载变换反应。
从公开文献DE 10 2010 063043 A1中已知这样的一种方法，在该方法中在切换传动机构的已脱离的状态期间激活转速调节以匹配驱动马达的转速。通过将驱动马达的转速调节到中间转速来执行对驱动马达的转速的匹配，所述中间转速取决于车辆速度和已挂入的行驶速度级。所述中间转速位于脱离时的驱动马达的转速和在行驶速度级的变化之后在接合后预期占据的驱动马达的转速之间。中间转速被设定在脱离时的驱动马达的初始的转速和在变换行驶速度级后的传动机构输入转速之间的范围内。
发明内容
根据本发明，提出了一种用于运行具有手动的切换传动机构的驱动系统中的驱动马达的方法以及一种相应的装置和驱动系统。
在下文中说明了其它的设计方案。
根据第一方面，提出了一种用于运行具有驱动马达和切换传动机构的驱动系统的方法，其中，驱动马达通过离合器连接到切换传动机构，其中，离合器用于断开和闭合所述驱动系统的传动系。所述方法包括以下步骤：
- 当传动系断开时，激活用于驱动马达的转速调节，其中，为该转速调节预先给定待设定的额定转速，该额定转速取决于待设定的行驶速度级；
- 根据在离开切换传动机构的空档位置期间出现的传动机构输入转速的梯度来设定额定转速。
上述方法的构思在于在换档过程期间如此执行转速调节，使得驱动马达的转速被设定到传动机构输入转速，所述传动机构输入转速在手动的切换传动机构的行驶速度级的变换之后设定。上述方法规定，在已脱耦的状态下如此确定用于转速调节的额定转速，使得在识别到待挂入的行驶速度级之后将所述额定转速设定到传动机构输入转速并且尽可能在通过驾驶员接合之前进行设定。为此，可以借助于空档传感器检测行驶速度级的变换，利用所述空档传感器能够检测在手动的切换传动机构中的行驶速度级的离开。通过分析离开空档时的传动机构的输入侧的传动机构输入转速能够识别到行驶速度级在哪个方向上发生了变化、即行驶速度级是否通过升档或降档而发生了变化。
通过可视化将马达转速设定到传动机构输入转速的过程的完成，从而使得驱动马达的马达转速和传动机构输入转速同步，可以为机动车的驾驶员表明何时可以实现舒适的重新接合。
此外，在断开传动系时和离开切换传动机构的空档位置之前，可以将额定转速设定到中间转速，该中间转速对应于这样的转速，由在升档至少一个行驶速度级时的传动比和车辆速度、特别是当占据空档位置时的车辆速度得到所述转速。
能够规定，当识别到行驶速度级升档时，在离开切换传动机构的空档位置之后将所述额定转速设定到传动机构输入转速或者设定到所述传动机构输入转速和所述中间转速的最小值。
尤其当识别到行驶速度级降档时，同样在离开所述切换传动机构的空档位置后，也能够将所述额定转速设定到当前的传动机构输入转速（nTra_in）。
根据一种实施方式，空档位置可以对应于切换传动机构的这样的位置，在该位置中传动机构输入端和传动机构输出端之间不出现力矩连接。
当传动机构输入转速的梯度超过预先给定的第一梯度阈值时，可以识别到行驶速度级降档，并且/或者其中当传动机构输入转速的梯度低于预先给定的第二梯度阈值时，识别到行驶速度级升档。
根据一种实施方式，可以在断开的传动系中通过第一信号来信号表示马达转速和传动机构输入转速是不同步的，并且在断开的传动系中通过第二信号来信号表示马达转速和传动机构输入转速是同步的。
第一信号尤其可以包括特别是呈第一种颜色的视觉显示，并且第二信号包括特别是呈第二种颜色的其他的或相同的视觉显示。
能够规定，当存在中断条件时、尤其是在传动系断开期间的持续时间超过阈值时，在所述驱动马达与切换传动机构退耦期间，中断转速调节。
根据另一方面，提出了一种用于运行具有驱动马达和切换传动机构的驱动系统的装置，其中，驱动马达通过离合器连接到切换传动机构，其中，离合器用于断开和闭合所述驱动系统的传动系，其中，所述装置被构造成：
- 当传动系断开时激活用于驱动马达的转速调节，其中，为转速调节预先给定待设定的额定转速，该额定转速取决于待设定的行驶速度级；并且
- 根据在离开切换传动机构的空档位置期间出现的传动机构输入转速的梯度来设定额定转速。
根据另一个方面设置了驱动系统，该驱动系统包括：
- 驱动马达；
- 切换传动机构；
- 离合器，驱动马达能够通过该离合器与切换传动机构耦联；
- 马达控制单元，其用于操控驱动马达；
- 上述的装置。
附图说明
在下面借助附图详细说明实施方式。
其中：
图1是用于机动车的驱动系统的示意性视图；
图2是用于说明用于变换手动的切换传动机构中的行驶速度级的示例性方法的流程图；并且
图3是马达转速、传动机构输入转速、传动机构输入转速的梯度和内燃机的充气量的曲线的示意性视图。
具体实施方式
在图1中示出了用于机动车的驱动系统1的示意性视图。驱动系统1包括驱动马达2，该驱动马达可以例如构造为内燃机。驱动马达2的从动系3通过能够手动致动的离合器4连接到传动机构5。离合器4例如构造为传统的盘式离合器并且例如机械地与离合器踏板6耦联，使得离合器4在致动离合器踏板6时脱离、即断开传动系3，并且在松开离合器踏板6时接合、即闭合传动系3。
传动机构5是这样的切换传动机构，在该切换传动机构中可以通过诸如变速杆（Schaltknüppel）的致动单元7来选择行驶速度级。切换通常在从动系3的无力矩的状态下进行、即在离合器4的脱耦的状态中进行。
在传动机构5的输出侧，从动系3将所提供的转矩引导至车辆的驱动轮8。驱动马达2由马达控制器10操控，以在从动轴3上提供驱动力矩。经由驾驶踏板11预先给定驱动力矩，该驾驶踏板向马达控制器10预先给定呈驾驶踏板位置指示的形式的驾驶员期望力矩。根据驾驶员期望力矩来操纵驱动马达2并提供对应于驾驶员期望力矩的驱动力矩。
此外，设置有制动踏板12，该制动踏板与制动系统13耦联以降低车辆的车辆速度。此外，制动踏板12同样连接到马达控制器10，使得在那里存在关于制动干预的信息。
马达控制器10可以通过传动机构输入转速传感器14检测传动机构输入转速作为切换传动机构5的输入侧的转速。
此外，切换传动机构5或替代性地致动单元7可以具有空档传感器15，利用该空档传感器可以确定在离开行驶速度级之后何时通过换挡过程占据空档，也就是说在传动机构5的输入侧和输出侧之间不存在力矩耦联。此外，可以由空档传感器确定何时再次离开空档，这尤其当驾驶员通过致动单元7已经选择了待设定的行驶速度级时进行。
当在换挡过程期间进行调节时，用于转速调节的额定转速的计算是重要的，因为根据所计算的额定转速确定马达转速调节器的输出力矩。以下描述一种方法，由此安全且明确地获取用于转速调节的额定转速，并且由此尽可能最好地支持转速调节。特别地，在下面描述的方法中，假设内燃机（汽油机）作为驱动马达。
在图2中示出了用于说明用于在变换行驶速度级时运行驱动马达的方法的流程图。
在步骤S1中检查是否存在传动系的力配合中断或离合器致动。相应地产生指示这一点的离合器信息。可以通过检查离合器踏板6是否已经由驾驶员致动来确定力配合中断或离合器致动。
可以通过不同方式来检测驾驶员已经致动了离合器踏板6。在最简单的实施方案中，离合器踏板6可以设有离合器开关，所述离合器开关信号表示离合器踏板6的致动。
替代性地或附加地，离合器踏板6可以设有指示离合器踏板6的位置的离合器踏板行程指示器，从而可以通过由离合器踏板行程指示器检测到的离合器踏板6的位置指示的改变而推断出离合器踏板6的致动或力配合中断。
替代性地，可以通过获取离合器滑动而识别离合器4的致动。通过离合器4的离合器滑动或力配合中断可以以已知的方式根据马达转速与驱动轮8的轮速之比来计算。
替代性地或附加地，可将将由传动机构输入转速传感器14测量的在传动机构5的输入侧的传动机构输入转速与马达转速进行比较。为此，可以观察马达转速以检测力配合中断。如果在离合器踏板6的致动之后不久，马达转速比在离合器踏板6的致动之前不久增加得更快，则由此识别到力配合中断。
此外，当致动单元7被移动到空档的位置中并且这由空档传感器15识别到时，可以借助于空档传感器15识别力配合中断或脱离。
如果在步骤S1中识别到力配合中断或离合器致动（选项：是），则所述方法以步骤S2继续。否则跳回到步骤S1。
在步骤S2中，获取额定转速nSoll。额定转速nSoll最初被设置到特定的中间转速N1，该中间转速对应于这样的马达转速，当驾驶员想要切换到下一个更高的行驶速度级时设定所述马达转速。可以通过在已知的传动机构传动比的情况下在脱离之前检测待挂入的行驶速度级和车辆速度来计算所述中间转速N1。由于被限定的传动比，所述中间转速N1总是小于断开离合器4的时刻的马达转速。
几乎在时间上，在步骤S3中激活转速调节。因此，转速调节首先假设中间转速N1作为额定转速nSoll。由于脱离之后额定转速nSoll立即小于驱动马达2的马达转速n，转速调节暂时不起作用，并且驱动马达2不提供驱动力矩，即在内燃机作为驱动马达的情况下，该驱动马达处于切断进给（Schubabschaltung）的运行方式中。在切断进给中，没有燃料被喷入到内燃机中。
在汽油机作为内燃机的情况下，现在可以通过打开节气门附加地提高气缸中的充气量，而不提供额外的转矩。在马达转速必须快速增加的情况下，气缸中的充气量增加实现了快速的力矩建立。
在步骤S4中，查询空档传感器15以识别是否已经离开手动的切换传动机构5的空档。当驾驶员选择新的行驶速度级时，致动单元7始终经过空档位置。当驾驶员决定仍然不变换行驶速度级并重新挂入最初选择的行驶速度级时，情况也是如此。因此，随着离开空档可以明确地检测到，已经选择了新的行驶速度级。因此当离开了空档并且因此选择了新的行驶速度级（选项：是）时，以步骤S5继续所述方法，否则在保持激活转速调节时跳回到步骤S4。
利用离开空档的时刻的信息，可以更好地解释传动机构输入转速的特性。行驶速度级变化的方向可以借助传动机构输入转速的梯度可靠地得到识别，即是否驾驶员已经切换到更高或更低的行驶速度级。因此行驶速度级变化的早期的检测是重要的，从而最小化这样的延迟时间，当驾驶员已经选择并设定较低的行驶速度级时需要所述延迟时间将马达转速调节到稍微更高的目标转速。通过识别离开空档位置可以立即识别到的是，已经挂入了新的行驶速度级。
在步骤S5中，执行行驶速度级识别，该行驶速度级识别确定所选择的或待设定的行驶速度级。行驶速度级识别基于所测量的传动机构输入转速的梯度。在此，当传动机构输入转速的梯度超过预先给定的第一梯度阈值时，检测到行驶速度级的降档。如果检测到降档（选项：A1），则在步骤S6中将用于转速调节的额定转速nSoll直接设置到当前的传动机构输入转速nTra_in。由此，额定转速nSoll对应于仍待同步的目标转速的值。
通过先前发生的内燃机的气缸中的充气量的增加，可以立即提供显著更大的马达力矩，使得马达转速n尽可能最快地匹配于预先给定的额定转速nSoll。
如果没有识别到行驶速度级的降档，即行驶速度级的升档或维持（选项：A2），也就是说，通过分析传动机构输入转速nTra_in的曲线得到的传动机构输入转速nTra_in的梯度小于零或预先给定的第二梯度阈值，那么额定转速nSoll不被设置到当前的传动机构输入转速nTra_in，而是设置到中间转速N1和传动机构输入转速nTra_in中的最小值。因此，等待直到传动机构输入转速nTra_in低于用于下一个更高的行驶速度级的中间转速N1。只有这时，额定转速nSoll才等同于传动机构输入转速nTra_in并且被调节到作为额定转速nSoll的马达转速。此外，内燃机的气缸中先前增加的充气量再次被直接减小，因为对于升档中的转速调节，不需要增加的马达力矩。
通过最初使用用于转速调节的中间转速N1实现的是，在挂入下一个行驶速度级之前，马达转速最大仅下降到用于下一个更高的行驶速度级的所计算的中间转速N1。
当通过驾驶员进行选择行驶速度级在时间上发生延迟时，这一点尤其重要。当驾驶员现在切换到下一个较低的行驶速度级时，所产生的转速偏差较小。如果驾驶员切换到下一个更高的行驶速度级，则马达转速已经处于正确的转速水平并且只需要更小的修正。
如果识别到升档（选项：A2），即传动机构输入转速的梯度小于可适用的第二梯度阈值，则在步骤S7中额定转速nSoll保持在步骤S2中所获取的中间转速N1上。因此当检测到行驶速度级的升档时，额定转速nSoll暂时保持在中间转速N1上。只有当传动机构输入转速nTra_in从上面接近中间转速N1时，额定转速nSoll就等同于当前的传动机构输入转速nTra_in。一旦完成了换档过程并且驾驶员取消离合器5的致动并因此闭合传动系，额定转速nSoll就被降低到低的值并且最终设置为零，从而转速调节被解除激活。
在步骤S8中跟随步骤S6和S7的是检查离合器是否已经闭合或是否已经恢复传动系上的力配合。只有当离合器已经再次闭合时（选项：是），所述方法能够以步骤S1继续。替代性地（选项：否），在步骤S8中继续等待。
传动机构输入转速nTra_in可以经受低通滤波，以获得传动机构输入转速的无干扰的梯度指示。
能够规定，当检测到行驶速度级的降档时，额定转速nSoll被直接设置到传动机构输入转速nTra_in。由此突然增加了调节偏差，从而马达转速调节器也可以尽可能最快地调节目标转速。在此使用与调节偏差成比例相关联的预控制，该预控制对应于转速调节的比例分量。一旦马达转速接近目标转速，就可以关闭所述预控制。对于转速调节，可以使用传统的PI调节器，其中，对于大的调节偏差，相应的元件、例如积分器部分被关闭或冻结，以防止积分计数器的过大的结构。在将马达转速设定到更高的目标转速时，升高积分计数器将导致过冲（Überschwingen）。在可适用的时间之后或者如果所挂入的行驶速度级被明确地检测到，额定转速nSoll可以被低通滤波，从而平滑处理在传动机构输入转速的信号中的高频的转速波动。
图3示出了当降档到较低的行驶速度级时的不同参量的曲线。可以识别到马达转速n、传动机构输入转速nTra_in、传动机构输入转速的梯度nTra_in/dt、用于检测降档的第一梯度阈值SW1、在内燃机的气缸中的充气量F、马达力矩M、空档传感器的信号NGS、离合器致动的信号KB，以及所检测到的降档到较低的行驶速度级的信号RSS的曲线。
可识别的是，从时刻T1起识别到断开的离合器5，并且因此额定转速nSoll被从零设置到经由车辆速度和传动机构传动比所计算的中间转速N1，如果驾驶员在脱离的时刻升档行驶速度级，则设定所述中间转速。同时，可以打开节气门以增加内燃机的气缸中的充气量。这可以在充气量F的曲线中看到。
在时刻T2，驾驶员已经选择了新的行驶速度级，这通过空档传感器的传感器信号NGS的下降的边沿检测到。从这个时刻开始，检查传动机构输入转速的梯度nTra_in/dt。如果所述梯度超过正的阈值，则检测到降档。然后，额定转速nSoll直接被设置到传动机构输入转速nTra_in。通过正的调节偏差，转速调节请求正的转矩，可以通过内燃机的气缸中的增加的充气量以简单的方式来提供所述正的转矩。
如果在时刻T3再次闭合离合器5，则将额定转速nSoll下降调节到可适用的值并最终设置为零。
为了在换档过程后重新接合时辅助驾驶员，可以信号表示从何时起马达转速n与传动机构输入转速nTra_in同步。由此可以实现非常舒适的重新接合。为了进行信号表示，可以使用视觉的信号或听觉的信号。在使用视觉的信号时，符号可以被显示在驾驶员的视野中。例如，以第一种颜色发光的符号可以信号表示不存在马达转速n与传动机构输入转速nTra_in的同步。所述信号已经可以通过步骤S2显示。然后，仅以降低的舒适性为代价才能重新接合。以第二种颜色发光的符号可以表示马达转速n已同步，并且驾驶员现在可以闭合离合器5，从而保证平稳的重新接合。

Claims (15)

1.一种用于运行具有驱动马达（2）和切换传动机构（5）的驱动系统的方法，其中，所述驱动马达（2）通过离合器（4）连接到所述切换传动机构（5），其中，所述离合器用于断开和闭合所述驱动系统（1）的传动系，所述方法具有以下步骤：
- 当所述传动系断开时，激活（S3）用于所述驱动马达（2）的转速调节，其中，为所述转速调节预先给定待设定的额定转速（nSoll），所述额定转速取决于待设定的行驶速度级；
- 根据在离开所述切换传动机构（5）的空档位置期间出现的传动机构输入转速（nTra_in）的梯度来设定（S2）所述额定转速（nSoll），
其中，在断开所述传动系时并且在离开所述切换传动机构（5）的空档位置之前，将所述额定转速（nSoll）设定到这样的中间转速（N1），所述中间转速对应于如下的转速，由在升档至少一个行驶速度级时的传动比和车辆速度得到所述转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当识别到行驶速度级升档时，在离开所述切换传动机构（5）的空档位置之后，将所述额定转速（nSoll）设定到所述传动机构输入转速（nTra_in），或者设定到所述传动机构输入转速（nTra_in）和所述中间转速（N1）中的最小值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，当识别到行驶速度级降档时，同样在离开所述切换传动机构（5）的空档位置后，也将所述额定转速设定到当前的传动机构输入转速（nTra_in）。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，所述空档位置对应于所述切换传动机构（5）的这样的位置，在所述位置中在传动机构输入端和传动机构输出端之间不发生力矩连接。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，当所述传动机构输入转速（nTra_in）的所述梯度超过预先给定的第一梯度阈值时识别到行驶速度级降档，并且/或者其中，当所述传动机构输入转速（nTra_in）的所述梯度低于预先给定的第二梯度阈值时，识别到行驶速度级升档。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，在断开的传动系中，通过第一信号来信号表示马达转速和传动机构输入转速（nTra_in）是不同步的，并且在断开的传动系中通过第二信号来信号表示所述马达转速和传动机构输入转速（nTra_in）是同步的。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一信号包括视觉显示，并且所述第二信号包括其他的或相同的视觉显示。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，当存在中断条件时，在所述驱动马达（2）与所述切换传动机构（5）退耦时，中断所述转速调节。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中，在断开所述传动系之后立即提高气缸充气量。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述中间转速（N1）对应于如下的转速，由在升档至少一个行驶速度级时的传动比和当占据空档位置时的当前的车辆速度得到所述转速。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一信号包括呈第一种颜色的视觉显示，并且所述第二信号包括呈第二种颜色的其他的或相同的视觉显示。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述传动系断开期间的持续时间超过阈值时，中断所述转速调节。
13.一种用于运行具有驱动马达（2）和切换传动机构（5）的驱动系统（1）的装置，其中，所述驱动马达（2）通过离合器（4）连接到所述切换传动机构（5），其中，所述离合器（4）用于断开和闭合所述驱动系统（1）的传动系，其中，所述装置被构造成实施根据权利要求1至12中任一项所述的、具有其所有步骤的方法。
14.一种驱动系统（1），包括：
- 驱动马达（2）；
- 切换传动机构（5）；
- 离合器（4），所述驱动马达（2）能够通过所述离合器与所述切换传动机构（5）耦联；
- 马达控制单元（10），其用于操控所述驱动马达（2）；
- 根据权利要求13所述的装置。
15.一种能够机读的存储介质，计算机程序存储在所述存储介质上，所述计算机程序包含程序代码，当在数据处理单元上执行所述程序代码时，所述程序代码执行根据权利要求1到12中任一项所述的方法。
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