CN109790921B - 换挡操作的方法、控制装置及驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种驱动系统(100)、一种控制装置(CTR)，以及一种用于控制驱动系统(100)中的机械换挡操作的方法(10)，其中驱动系统包括至少第一机械多级变速器(110)，所述第一机械多级变速器(110)具有第一输入轴(111)和第一机械换挡装置(115)，其中来自第一输入轴(111)的力矩传递到驱动系统(100)的输出轴(130)，且其中力矩通过内燃发动机(VKM)和/或至少第一电动机(EM‑I)产生。出于脱啮第一机械多级变速器(110)的齿轮的目的，第一电动机(EM‑I)以可操作方式连接到内燃发动机(VKM)且至少在换挡操作期间在时间(T12、T13)处以发电机操作模式(步骤12、步骤13)操作，由此加载内燃发动机(VKM)且卸载第一机械换挡装置(115)。第一机械换挡装置(115)，其可为例如换挡套筒、换挡耦合件或互锁耦合件，因此不含负载或不含扭力且可容易地断开/打开。在整个换挡操作期间(T11到T17)，尤其是燃烧后(步骤11到步骤17)，内燃发动机(VKM)可持续主动地操作，但至少在换挡操作的时间跨度(T12到T16)期间，第一电动机(EM‑I)以发电机操作模式操作。从而给予驾驶员具有“虚拟双离合器”的驱动器的声学和触觉印象。

Description

换挡操作的方法、控制装置及驱动系统

技术领域

本发明涉及用于控制驱动系统中的换挡操作的方法、控制装置以及驱动系统。确切地说，本发明涉及用于控制驱动系统中的换挡操作的方法及装置，所述驱动系统被设计为混合动力驱动系统，特别是P2驱动系统或P2-P3驱动系统。

背景技术

通常，用于汽车及类似物的驱动系统具有至少一个多级变速器(multi-stagetransmission)，所述驱动系统的换挡方法为针对相应应用通过控制装置最优地控制。此特别适用于自动变速器或双离合器变速器。此外，驱动系统可具有不同类型的电动机，特别是内燃发动机和电动机的混合动力布置，所述电动机的力矩经由受控多级变速器或变速箱传递到驱动系统的输出轴。

混合动力驱动系统从DE 10 2011 117 853 A1已知(参见图1)，其具有两个电动机(M1和M2)，其中的每一个可经由可切换分变速箱或子变速箱(TG1或TG2)个别地或一起连接到驱动系统的输出轴(AW)。另外，具有输入轴的燃烧发动机(A1-5)可耦合到第二电动机(M2)以充当距离延伸器(参见文本[0039]ff)。两个分变速箱的换挡方法由控制装置(未示出)控制。因此，包括用于控制驱动系统中的换挡操作的控制装置的驱动系统是已知的，其中驱动系统至少包括第一机械多级变速器，所述第一机械多级变速器包括第一输入轴和第一机械换挡装置，所述第一机械换挡装置用于将来自第一输入轴的力矩传递到驱动系统的输出轴，且其中内燃发动机和/或至少第一电动机产生所述力矩。在此情况下对于仅电力驱动(简单地说，仅经由电动机或电机或电驱动器驱动)，驱动概念公开还被称作“双驱变速器”且提供切换而不中断牵引动力的可能性。双驱变速器概念因此由两个多级分变速箱组成，各自由电动机驱动。换挡操作而不中断牵引力可通过改变两个分变速箱中的一个中的齿轮来实现，而另一分变速箱确保车辆的推进。在具有在变速器前方以及后方的电动机的此类混合动力驱动系统或系中，有可能使用相对简单的机械换挡装置(爪形离合器或齿形离合器)执行换挡操作而不需要摩擦离合器和同步器。摩擦离合器和同步器的消除带来若干优点，这是因为这些组件的重量和成本可得以节省且由摩擦方法引起的损耗经消除。此使得变速器更轻、更高效且更具成本效益。然而，DE 10 2011 117 853 A1中所使用的燃烧发动机仅充当距离延伸器，所述燃烧发动机对换挡操作的效能的作用此处并未更详细地描述。

一般来说，换挡舒适性是针对具有多级变速器的驱动系统的基本评估准则；此特别适用于汽车中的自动变速器。因此，在变速器研发期间换挡对汽车加速度和声学的影响经谨慎地研究和影响以向驾驶员提供舒适的驾驶体验。确切地说，驾驶员通过牵引力的中断且因此通过换挡方法期间的负汽车加速度被不利地撞击。为了避免此情况，摩擦离合器在行星自动变速箱和双离合器变速箱中使用(参见例如，EP 1 610 038 A1)，其在换挡操作期间甚至在打滑时启用动力传输。在所提及的变速器概念中，换挡方法通过同时打开第一摩擦离合器(第一换挡装置)且关闭第二摩擦离合器(第二换挡装置)进行。然而，使用摩擦离合器使得此齿轮布置复杂且昂贵。

发明内容

本发明的目的在于以使得上文所提及的缺点以有利方式克服以改进上文所提及的种类的方法和装置。确切地说，应提供可有效地改进驾驶舒适性的方法和装置，包含来自常规汽车的熟悉声学印象。在这方面中，确切地说是在燃烧发动机骑乘期间而不是仅在电力骑乘期间改变齿轮的问题。

本发明是基于具有带第一输入轴和第一机械换挡装置的至少一个第一机械多级变速器的驱动系统，其中来自第一输入轴的力矩传递到驱动系统的输出轴，且其中力矩通过内燃发动机和/或至少一个第一电动机产生。

根据本发明，为了出于脱啮多级变速器的齿轮的目的控制驱动系统中的换挡方法，第一电动机在换挡方法期间至少暂时地连接到主动操作的燃烧发动机且以发电机模式操作，由此加载燃烧发动机且解除第一机械换挡装置。换句话说：在换挡方法期间，特别是当齿轮脱开/移位到怠速时，燃烧发动机持续主动地操作或燃烧；且电动机操作为发电机并以可操作方式连接或耦合到燃烧发动机以便加载所述电动机且因此解除第一机械换挡装置(如果没有任何力矩)，其随后能够在不包括减小燃烧发动机的动力的情况下移位到不含力矩的怠速，例如，通过中断燃烧。关于电动机操作与电动机的发电机模式之间的切换或移位，以下必须说明：相应电动机(电机)是由以4象限操作来操作的逆变器驱动。举例来说，高电压电池充当DC电压源。在发电机模式中，电能从逆变器反馈到高电压电池。所有消耗器(电机、12V机载电源、电子制冷剂压缩机等)从高电压电池汲取其能量，由此12V机载电源的电压电平经由DC/DC转换器调节。

术语“电动机”是指适用于电动机操作和发电机模式两者的任何电机(简单地说，电驱动器)。优选地，使用永久激励的同步机器。

在其它应用中，还可提供两个多级变速器，其中的每一个在多级变速器布置中，特别是在双离合器变速箱布置中，以相互作用方式操作为第一机械多级变速器和第二机械多级变速器。在换挡方法的时间间隔期间，特别是在同步时间间隔期间，第一机械多级变速器从输出轴解耦，但第一电动机以可操作方式连接到燃烧发动机。因此，电动机可使燃烧发动机啮合新齿轮的速度同步。

根据本发明，呈现用于控制此类换挡操作的方法和控制装置以及出于此目的建立的驱动系统。因此，在根据本发明的驱动系统中，第一电动机在换挡方法期间至少暂时地以可操作方式连接到主动操作的燃烧发动机，由此出于选择多级变速器的齿轮的目的，控制装置致动第一电动机以便以发电机模式操作所述第一电动机，由此第一电动机加载燃烧发动机且解除第一机械换挡装置。

上文所提及的第一电动机，其暂时地操作为发电机，优选为永久激励的同步机器；然而，所述第一电动机还可以是另一电动机类型，例如非同步机器，外部激励同步机器或开关磁阻机器。

本发明尤其具有以下优点：

ο实情为燃烧发动机在换挡方法期间不必关断，而是可持续操作或燃烧，从而引起驾驶员的声学感知的显著改进，尤其在无摩擦的变速器的情况下；驾驶员接收由燃烧发动机产生的恒定且令人愉快的声音印象，其仅对于双重或双离合器变速器或自动变速器实际上是普通的。因此，还可例如通过关键字“虚拟双离合器”描述本发明的此效应。

ο此外，牵引力和力矩在换挡方法期间的几乎不间断的传输确保几乎恒定的汽车加速度。

ο另外，燃烧发动机可在有利工作范围内以尽可能恒定的力矩输出持续操作。确切地说，速度不需要极大地降低或提高。在消耗、燃烧效率以及污染物排放及废气产生方面，这还产生经济和生态优点。

ο此外，摩擦离合器和类似组件可完全地省去，使得根据本发明的驱动系统可成本高效地且通过形式配合切换装置有效地实现。

附属技术方案的特征提供额外的有利实施实例：

优选地，至少一个机械切换装置被设计为具有耦合体的换挡套筒、换挡耦合件或形式配合耦合件，特别是爪形耦合件。在此上下文中，可使用具成本效益且有效的设计，例如爪形耦合件或齿形耦合件。尽管如此，任何类型的组合件部分或组件可用作机械切换装置，通过所述机械切换装置，力或力矩传输可经由自锁且可释放的连接(耦合、链接等)实现。

优选的是，燃烧发动机持续且主动地操作或燃烧，但至少在切换方法的周期期间中第一电动机以发电机模式(加载模式)操作。燃烧发动机以使得其产生尽可能恒定或仅略微减少的力矩的主动方式操作。举例来说，当可通过第一电动机以发电机模式提供仅受限负载时，产生略微减少的力矩。通过发电机驱动的电动机产生的负载力矩和通过燃烧发动机产生的力矩在齿轮被选择时彼此尽可能平衡，使得切换装置(换挡套筒、爪形离合器……)可被释放而不加载。因此，这一情形是指其中在发电机模式期间电动机不能完全地补偿燃烧发动机的力矩且燃烧发动机因此必须部分地节流的情况。

取决于应用，可能有利的是如果第一电动机在处于发电机模式时还用于产生电能，那么其中所产生的能量经存储或用于供给耗电器，特别是另一电动机。这一使用产生直接的生态优点，这是因为在此情况中其未使用但已产生，机械功可很大程度上转换成电能。另外，电动机在切换方法之后还可以发电机模式操作，例如作为额外发电机(例如48伏特)操作或为电池充电。

优选的是，第一电动机在切换方法开始的一段时间期间受控制，特别是在齿轮被选择之前，以便以使得其产生增加的负载力矩的方式转换成发电机模式。这提供平滑地进入加载模式。并且在新齿轮啮合之后，电动机受控制以便以使得其产生减少的负载力矩的方式停止发电机模式。在此情况中，发电机或电动机的加载模式操作可通过经选择的任何有利控制特性尽可能最优地提高或降低。确切地说，可预防由非线性方法引起的非所需损耗(例如电机中的滞后效应)。还存在关于燃烧发动机的能量方面的优点，此是因为将随着增大发动机燃烧发生的时间相关损耗效应还可因此最小化。特别着眼于在由燃烧发动机中的瞬态方法产生的排放方面的优点。这是因为发动机力矩的动态堆积和减少导致增加的污染物排放；因此根据本发明实现的恒力矩水平(钝化效应)为优点。

优选的是，第一电动机在发电机模式期间以使得对应补偿力矩(在切换装置处)得以维持的方式受控制。在此情况中，电动机通过提供抵消燃烧发动机的力矩的补偿力矩，亦即负载，来确保待开关的机械切换装置不含力矩。因此，发电机驱动的电动机充当用于燃烧发动机的(暂时性)制动器，且归因于力叠加原理，总力矩接近于零结果，亦即切换装置或切换套筒不含扭转力。

上文所描述的驱动系统，其可仅具有多级变速器，可能已适用于P2混合动力驱动器。这是混合拓扑，其中电动机(牵引机器)位于燃烧发动机与变速器输入之间且可通过离合器与燃烧发动机分离以便仅电性地驱动。本发明防止内燃发动机在换挡方法期间降低和升高，其随后使得内燃发动机能够以经济和生态有利的方式操作。这特别有利于在商业汽车领域中使用。

在其它实施方案中，驱动系统还可具有第二机械多级变速器，使得组合式P2-P3混合动力驱动器可设计成具有两个分变速箱或变速器。因此，第二多级变速器/分变速箱具有第二输入轴和第二机械换挡装置，由此经由第二输入轴的来自第二电动机的力矩可传递到驱动系统的输出轴。在由两个子变速箱组成的变速箱布置中，如果需要，第二电动机可与第一电动机和/或(第一子变速箱的)燃烧发动机一起操作；替代地，第二电动机还可以单独地操作。这一布置使得有可能产生完整多部件变速器，通过所描述程序，所述完整多部件变速器在声学和触觉印象方面表现得如同双离合器驱动器，且因此可理解为“虚拟双离合器”。这是因为在多比自动变速器(具有行星齿轮组)中或在双离合器变速器中，力矩衰落通常随着负载移位通过相应摩擦离合器的逐渐打开和关闭(半离合器)发生。在本发明中，力矩交叉淡化借助于至少一个电动机引发。

在优选实施方案中，多级变速器在多级齿轮布置中，特别是在双离合器齿轮布置以相互作用方式各自被设计为第一机械多级变速器和第二机械多级变速器中。在换挡方法的周期期间，特别是同步周期期间，换挡方法以使得第一机械多级变速器从输出轴解耦的方式受控制。

在换挡操作期间，至少在一段时间期间(特别是当第一电动机处于发电机模式中时)，包括驱动系统的汽车还可通过第二电动机和第二分变速箱进一步驱动，特别是加速，而第一机械多级变速器从驱动系统的输出轴解耦。这实现牵引力桥接或牵引力支持。

驱动系统优选地具有至少一个第三电动机，串联连接到其它电动机中的一个，特别是连接到第一电动机。

附图说明

图1示出根据第一实施例的驱动系统的示意图，所述驱动系统可特别地实施为P2混合动力驱动器。

图2示出根据第二实施例的具有两个分变速箱的驱动系统的示意图，所述驱动系统可特别地实现为P2-P3混合动力驱动器。

图3示出根据图2的驱动系统中的额外电动机的额外用途。

图4用于示出所呈现控制方法且示出具有在驱动系统中的切换期间发生的力矩和旋转速度的时间序列的曲线图。

图5示出用于控制根据本发明的驱动系统中的换挡操作的方法的与图4匹配的序列图/流程图。

附图标号说明

10：用于控制换挡操作的方法；

11：阶段T11中的步骤11(开始/切换方法的开始)；

12：阶段T12中的步骤12(进入发电机模式)；

13：阶段T13中的步骤13(设定当前齿轮)；

14：阶段T14中的步骤14(同步)；

15：阶段T15中的步骤15(啮合新齿轮)；

16：阶段T16中的步骤16(结束发电机模式)；

17：阶段T17中的步骤17(切换方法的结束)；

100：驱动系统；

110：第一机械多级变速器；

111：第一输入轴；

112：第一中间轴；

115：第一机械换挡装置；

120：第二机械多级变速器；

121：第二输入轴；

122：第二中间轴；

125：第二机械换挡装置；

130：输出轴；

VKM：内燃发动机或燃烧发动机；

EM-I：第一电动机(电机)；

EM-II：第二电动机(电机)；

EM-III,EM-IV：第三或第四电动机(电机)；

T11-T17：对应于步骤11到步骤17的阶段或时间间隔。

具体实施方式

在以下描述中，本发明基于优选实施例而描述。这些实施例仅出于理解目的而不应被理解为限制本发明。确切地说，不同实施例或其部分在本发明的意义上可组合。

如上文已经提及的，优选的是，下方更详细地描述的本发明可用于P2混合动力驱动器或P2-P3混合动力驱动器。当我们讨论本文中的P2混合动力驱动器时，我们意指如图1中所示的设计。这表示一设计，其意指其中电动机EM-I(电机)相对于离合器C*(通常还被称为C0或K0)与第一机械多级变速器110之间的力矩流定位，亦即位于相对于变速箱的输入侧上。与此对比，根据图2的构造包含另一电动机EM-II 1，其可在燃烧发动机VKM的第一机械多级变速器110后方提供其力矩。因此，EM-II的安装情况对应于P3驱动器的安装情况。连同EM-I，图2中所示出的变速箱布置形成P2-P3混合动力驱动器。现在在下文详细描述所述附图：

图1示出本发明的第一优选设计。确切地说，驱动系统100意图适用于P2混合动力驱动器且包括具有第一输入轴111和第一机械换挡装置115的第一机械多级变速器110，所述第一机械换挡装置115用于将来自第一输入轴111的力矩传递到驱动系统100的输出轴130。力矩自身通过燃烧发动机VKM和/或至少一个电动机EM-I产生。第一电动机EM-I在换挡方法期间至少暂时地连接到主动操作的燃烧发动机VKM，由此第一电动机EM-I至少用于出于选择第一机械多级变速器110的齿轮的目的以发电机模式短时操作，使得第一电动机EM-I加载燃烧发动机VKM且解除第一机械换挡装置115。第一机械换挡装置115，特别是切换套筒或锁合/形式配合耦合件，接着可分隔开或打开而无负载。换挡操作通过作用于电动机EM-I和第一机械多级变速器110的CTR控制装置控制和/或协调。

在这方面中，应注意，本发明并不要求任何摩擦离合器，其引起制造成本的降低和重量的额外减少。另外，这最小化磨损且因此增加齿轮单元的使用寿命。另外，在不存在摩擦元件的情况下存在能量方面的优点，这是因为归因于摩擦损耗而丢失的能量较少。应提及，燃烧发动机VKM可经由中间轴113和齿轮对112中的其中一个连接到电动机EM-I，如图1中所示，或其还可以直接连接到输入轴111。取决于燃烧发动机VKM和电动机EM-I主要操作的速度范围，推荐经由输入轴111的VKM与EM-I之间的直接耦合，或经由中间轴113和齿轮对112的齿轮耦合。齿轮比可通过设定齿轮对112最优地调适。根据图1的本发明驱动系统可尤其是P2混合动力系统。

图2示出本发明的另一实施例，尤其是指P2-P3混合动力系统。在这个设计中，驱动系统100不仅包括第一机械多级变速器110，而且至少包括第二机械多级变速器120，所述第二机械多级变速器120还具有输入轴121和第二机械换挡装置125(本文中：换挡套筒)。这表示来自第二输入轴121的力矩还可传递到驱动系统的输出轴130。出于此目的，第二电动机EM-II可至少部分地和/或暂时地产生所要力矩。两个多级变速器在类似于双离合器变速箱的变速箱布置中具有两个第一机械多级变速器110和第二机械多级变速器120的功能，由此可完全地省去摩擦离合器。

控制装置CTR可不仅通过EM-I控制第一机械多级变速器110，而且还控制第二机械多级变速器120和尤其第二电动机EM-II。这表示第二EM-II电动机和第一EM-I电动机可视需要与燃烧发动机VKM一起操作和/或替代控制装置CTR。

通过图2中所示出的这一设计，在无摩擦离合器的情况下不具有牵引力的中断的切换方法可实现。另一方面，众所周知具有至少两个摩擦离合器的自动变速器，例如双重或双离合器变速器(dual-clutch transmission，DCT)或多比自动变速器(automatictransmission，AT)特定地建立在高档汽车领域中。相比之下，本发明允许在不使用摩擦离合器的情况下换挡。图2中所示出的设计可为P2-P3混合动力，例如双驱变速系统，其已根据本发明经改进。借助于本发明，此类传动系的换挡操作可以成本及材料高效的方式满足与在常规驱动器系统中将另外仅对于行星自动变速器或双离合器变速器才可能的舒适性需求相同的舒适性需求。根据本发明的用于控制换挡操作的程序在下文中详细描述。

首先应参考图3且提及，在本发明的另一优选实施例中，驱动系统还具有至少一个第三电动机EM-III，其串联连接到其它电动机中的一个，特别是连接到第一电动机EM-I。可选地，第四电动机EM-IV还可直接连接到第二电动机EM-II。必要时，仅一个额外电动机，例如EM-III，可视需要提供以支持EM-I或EM-II。使用这一设计原理，电动机可视需要通过彼此柔性耦合的较小机器操作。

基于图4和图5，更详细地描述用于控制本文中所公开的驱动系统(图1到图3)的相应切换方法的程序10。

图4示出基于特定参数(例如力矩M和旋转速度D)的时间特性的切换方法，其中切换方法划分成若干阶段或时间间隔T11到阶段或时间间隔T17，其中的每一个例如包括200毫秒。对应于此，图5示出具有其个别方法步骤11到方法步骤17的方法10的流程图。图4和图5两个在下文解释，其中还对图1到图3进行参考：

在方法10的起点处，驱动器处于其初始状态，其由阶段T11和方法步骤11示出。燃烧发动机VKM操作或主动地燃烧且递送特定力矩(图4中的上部曲线)。关于EM-I电动机和EM-II电动机，应注意，后一个仅用于图2和图3中给定的实例中。因此，EM-II的力矩曲线为虚线(参见图4)。在阶段T11的起点处，两个电动机EM-I和电动机EM-II尚未供给任何力矩M。只要涉及速度D，VKM的速度略微增加；两个随附电动机EM-I和EM-II以略微高于VKM的速度D操作。如果轴111与轴113之间及轴121与轴123之间的传动比恰好为一(等于1)且具有相同传动比的齿轮啮合于两个分变速箱(partial gearbox)中，那么EM-I和EM-II以及VKM将仅具有相同速度。在图4中示出的实例中，VKM具有略微低于电动机的速度水平。通常可以说所有驱动器单元(EM-I、EM-II以及VKM)速度与驾驶速度成比例地增加且根据传动比增加。

在下一步骤12中，机械换挡元件，亦即第一机械多级变速器110中的换挡套筒118出于选择齿轮的目的应设定为尽可能无负载。假定EM-I以可操作方式连接到VKM(耦合件C*闭合；参见图1)，EM-I在阶段T12中进入发电机模式。EM-I应累积负力矩(参见图4)，其补偿来自VKM的力矩，使得切换套筒118变得无负载且可容易地分隔开。同时，EM-II增加其力矩以使得力矩在阶段T12内可从第一机械多级变速器110转移到第二机械多级变速器120。这在图4中以下部力矩曲线示出，其指代所得驱动力矩A(输出轴130处的输出力矩)。

在下一步骤13中或在阶段T13中，选择当前齿轮；相应电动机EM-I或EM-II供应负或正力矩。EM-I因此持续补偿VKM，其可通过(几乎)恒力矩持续操作(参见图4中的上方)。在以下步骤14中或在阶段T14中，变速器与新齿轮同步。出于此目的，电动机EM-I速度受控，使得换挡套筒与离合器主体之间的限定差速得以实现；EM-II保持于电动机操作中且在电流电平下持续递送其力矩。在同步(T14)期间，VKM的速度略微下降,且因此耦合到所述VKM的EM-I的速度也下降。EM-II的速度随着汽车可归因于牵引力桥接进一步加速而进一步提高。

在同步已经完成之后，新齿轮可在步骤15或阶段T15中啮合。随后在步骤16中或在阶段T16中将力矩从第二机械多级变速器120转移回到第一机械多级变速器110。最终，换挡方法在步骤17中或在阶段T17中完成。在图4中所示的实例中，变速箱输出处的力矩A朝向末端略微减小，这是因为第一机械多级变速器110的力矩在换挡之后具有比起点处略微更低的水平。然而，所呈现的进程仅应理解为实例。

如从图4可见，VKM在整个换挡方法期间且尤其在用于选择当前齿轮的阶段T12和阶段T13期间可通过恒力矩主动操作。因此，VKM并不需要关断，例如通过减少所注入的燃料的量或设定节流阀、调节灯光等。此对于驱动器具有特定优点：VKM可在高效工作范围内不断地操作，且确切地说，燃烧可保持最优且污染物产生较低。换挡在无中断的情况下进行且使驾驶员感到极其愉悦，同样只要涉及声学印象，这是因为驱动器对于驾驶员来说表现得类似于具有“虚拟双离合器”的驱动器。

对变速箱和电动机的控制通过控制装置CTR(参见图1和图2)进行，其中根据方法10的控制监测燃烧发动机VKM以使得其持续主动地操作或燃烧，且以发电机模式控制第一电动机EM-I以使得此在切换装置(在此情况下，切换套筒118)处产生补偿力矩，从而使得此可在无负载的情况下分隔开。在电动机EM-I不能产生足够大的补偿力矩的情况下，燃烧发动机VKM还可以使得其暂时地稍微减少其力矩的方式受控制，尤其在阶段T12中，从而使得较弱补偿力矩足以使切换介质从负载释放。

另外，电动机EM-I还可以发电机模式受控制且连接到耗电器以便产生用于耗电器的电能。因此，举例来说，其它电动机可操作或EM-I可用作发电机或所获得的电能可存储在电池中。

如图4中已描述，控制装置CTR在切换方法的时段T12期间控制第一电动机EM-I，从而以使得电动机EM-I产生增加的负载力矩的方式转换成发电机模式。并且在啮合多级变速器的齿轮之后在换挡方法的时段T16期间，发电机模式可通过电动机EM-I产生减少的负载力矩而停止。本文中的控制根据第一电动机EM-I的需求进行且尤其取决于其设计。在发电机模式中动力学的各种曲线(尤其参见图4中的T12和T16)是可能的且可针对在每一情况下使用的电动机而优化。这还使得所需的负载尽可能迅速且高效地可用于燃烧发动机，以使得切换方法的整体持续时间最小化。在这方面中，当开始电动机EM-I的操作时，还应考虑非线性效应。

如还可从图4看出，控制装置CTR可在整个换挡操作期间以使得适当补偿力矩得以维持(尤其用于齿轮的选择和啮合)的方式控制第一电动机EM-I(阶段T13和阶段T15)。在此情况中，确保电动机EM-I在整个切换方法期间补偿燃烧发动机VKM的力矩，以使得切换介质(switching medium)不含力矩。

图4示出本发明的设定的个别方法步骤的时间过程/进程，其具有至少两个电动机。整个切换方法划分成七个阶段或时间间隔，其中所述阶段在时段T11到时段T17内延伸。第一时间段T11覆盖切换方法的初步阶段或初始情况，其中，举例来说，驾驶员的驾驶室中的传感器可检测切换方法即将发生且相应地准备控制装置CTR。对换挡的要求可来自其驾驶员或来自操作性策略而无任何驾驶员干预。第二时间段T12包含换挡方法的起点，其中第一电动机EM-I进入发电机模式且同时第二电动机EM-II产生增加的力矩以便接替驱动器(力矩从第二机械多级变速器120转移到分变速箱119)。第三时间段T13覆盖挡位选择方法，在此期间机械切换装置(例如爪形离合器)不含力矩，这是因为发电机驱动的电动机EM-I补偿燃烧发动机，其仍然在燃烧。

第四时间间隔T14包括内燃发动机与待啮合的齿轮的需求同步，由此此同步基本上通过控制第一电动机EM-I来实现。第五时间间隔T15涉及新齿轮的啮合，在此时间期间机械换挡装置不含扭力。第六时间间隔T16包含第一电动机EM-I从发电机模式关断且第二电动机EM-II的同步关断到所期望水平，本文中为零。第七时间间隔T17指示换挡方法的结束。

换句话说，在方法步骤12和方法步骤13中，驱动力矩从第一机械换挡装置115转移到第二机械换挡装置125，其中燃烧发动机VKM持续递送力矩。因此，输出轴130的力矩且因此汽车加速度保持恒定。随后，在方法步骤14中，第一机械换挡装置115的总速度通过第一电动机EM-I提供负载而补偿，其对应于以常规方法降低燃烧发动机VKM的速度。理想地，汽车加速度在此阶段中还将保持恒定，这是因为汽车可继续通过未啮合的分变速箱(partialgear box)驱动。力矩因此未通过混合离合器转移，而是通过减少第一机械换挡装置115处的总力矩且同时增加电机EM-II的力矩。变速箱输出处的力矩因此保持恒定。在力矩已经转移之后，第二机械多级变速器120中的齿轮(参见图2)经设计。燃烧发动机的速度接着通过控制第一电动机EM-I与目标速度同步。当速度经设定时，新齿轮可啮合且力矩可从第二电动机EM-II反馈到燃烧发动机VKM。

在图5中，示意性地表示本发明的执行形式的个别方法步骤的序列。

换挡的动态和声学性质为汽车传动系的基本舒适性特征。确切地说，驾驶员在换挡期间感知汽车的加速曲线和燃烧发动机的噪声。此方法的使用使得驾驶员感知几乎恒定的汽车加速度和恒定的声学。本发明还使得有可能避免其中牵引力中断且汽车的加速度突然下降的换挡操作，且这种换挡操作被视为不舒适。

根据本发明的程序允许具有多级变速器的组合式P2-P3混合动力传动系以使得双离合器变速器或多比自动变速器中的移位的动态且尤其声学特性得以实现的方式而在无摩擦离合器的情况下移位。在P2混合动力传动系的情况下，换挡期间污染物排放的减少可通过本发明方法实现。在P2-P3混合动力动力系的情况下，汽车在换挡方法期间通过第二电动机驱动，其攻击VM的分变速箱的输出。因此不存在牵引力的中断。

综上所述，本发明提供驱动系统100、控制装置CTR，以及用于控制驱动系统100中的机械换挡操作的方法10，其中驱动系统包括至少第一机械多级变速器110，所述第一机械多级变速器110包括第一输入轴111和第一机械换挡装置115，其中来自第一输入轴111的力矩传递到驱动系统100的输出轴130，且其中力矩通过内燃发动机VKM和/或至少第一电动机EM-I产生。第一电动机EM-I目前在换挡方法期间(至少暂时地T12、T13)出于选择第一机械多级变速器110的齿轮的目的连接到燃烧发动机VKM且在发电机模式(步骤12、步骤13)中操作，由此加载燃烧发动机VKM且解除第一机械换挡装置115。第一机械换挡装置115，其可为例如切换套筒、切换离合器或形状锁合离合器，因此不含负载或不含扭力且可容易地断开/打开。在整个切换方法T11到切换方法T17期间，尤其在所述内燃发动机VKM在燃烧时，步骤11到步骤17，但至少在第一电动机EM-I以发电机模式操作的切换方法的时间间隔T12到时间间隔T16期间，内燃发动机VKM可持续且主动地操作。这给予驾驶员具有“虚拟双离合器”的驱动器的声学和触觉印象。

综上所述，提供驱动系统、控制装置以及用于控制驱动系统中的机械换挡操作的方法，其中驱动系统至少包括第一多级变速器，所述第一多级变速器包括第一输入轴和第一机械换挡装置，其中来自第一输入轴的力矩传递到驱动系统的输出轴，且其中力矩通过内燃发动机和/或至少第一电动机产生。第一电动机目前在换挡方法期间至少暂时地出于选择多级变速器的齿轮的目的连接到燃烧发动机且以发电机模式操作，由此加载燃烧发动机且解除第一机械换挡装置。机械切换介质，其可为例如换挡套筒、离合器或形状锁合离合器，因此变得不含负载或不含扭力且可容易地分隔开/打开。在整个切换方法期间，尤其在燃烧期间，但至少在第一电动机以发电机模式操作的切换方法的周期期间，内燃发动机可持续且主动地操作。这给予驾驶员具有“虚拟双离合器”的驱动器的声学和触觉印象。

Claims (20)

1.一种用于控制驱动系统(100)中的机械换挡操作的方法(10)，所述驱动系统(100)包括至少第一机械多级变速器(110)，所述第一机械多级变速器(110)具有第一输入轴(111)和第一机械换挡装置(115)，其中来自所述第一输入轴(111)的力矩传递到所述驱动系统(100)的输出轴(130)，且其中所述力矩通过内燃发动机(VKM)和至少第一电动机(EM-I)产生，

其特征在于：

所述第一电动机(EM-I)出于脱啮所述第一机械多级变速器(110)的齿轮的目的在换挡操作期间至少暂时地(T12、T13)以可操作方式连接到所述内燃发动机(VKM)且以发电机操作模式操作，由此加载所述内燃发动机(VKM)且解除所述第一机械换挡装置(115)，

在整个所述换挡操作(T11到T17)期间，所述内燃发动机(VKM)持续主动地操作，但至少在所述换挡操作的时间段(T12到T16)，所述第一电动机(EM-I)以发电机模式操作，

所述内燃发动机(VKM)以下列方式操作，

通过所述内燃发动机(VKM)持续产生基本恒定的力矩，或

所述内燃发动机(VKM)在所述第一电动机(EM-I)以发电机模式仅提供受限负载时产生减少的力矩。

2.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，所述第一机械换挡装置(115)为具有离合器主体的切换套筒、切换离合器和/或形状锁合离合器。

3.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，所述电动机(EM-I)还在发电机模式中使用以用于产生电能，所产生的电能经存储或用于供给电力负载。

4.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，在齿轮脱啮之前，所述第一电动机(EM-I)在所述换挡操作的时间段(T12)期间受控制以转换成发电机模式，以便产生增加的负载力矩。

5.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，在啮合齿轮之后，所述第一电动机(EM-I)在所述换挡操作的时间段(T16)期间受控制以停止发电机模式，以便产生减少的负载力矩。

6.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，所述第一电动机(EM-I)在发电机模式期间受控制(T13到T15)以便维持对应补偿力矩。

7.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，所述驱动系统(100)还包括至少一个第二机械多级变速器(120)，所述第二机械多级变速器(120)包括第二输入轴(121)和第二机械换挡装置(125)，所述第二机械换挡装置(125)用于在需要时将来自所述第二输入轴的力矩传递到所述驱动系统的所述输出轴，其中第二电动机(EM-II)在需要时与所述第一电动机(EM-I)和/或所述内燃发动机(VKM)一起操作或替代地单独操作。

8.根据权利要求7所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，多级变速器各自操作为在多级变速器布置中，在双离合器变速器布置中协作的第一机械多级变速器(110)和第二机械多级变速器(120)，所述第一机械多级变速器(110)在所述换挡操作的周期(T14)期间，在同步周期期间脱离所述输出轴(130)，但所述第一电动机(EM-I)保持以可操作方式连接到所述内燃发动机(VKM)。

9.根据权利要求8所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，至少在一段时间(T13到T15)期间，通过所述第二电动机(EM-II)和所述第二机械多级变速器(120)，进一步驱动包括所述驱动系统(100)的汽车，而分变速箱(TG1)从所述驱动系统(100)的所述输出轴(130)解耦，其结果是实现牵引力桥接和/或牵引力支持。

10.根据权利要求1所述的换挡操作的方法(10)，其特征在于，所述驱动系统(100)具有至少一个第三电动机(EM-III)，所述第三电动机(EM-III)串联连接到其它电动机中的一个。

11.一种用于控制驱动系统(100)中的换挡操作的控制装置(CTR)，所述驱动系统(100)具有至少第一机械多级变速器(110)，所述第一机械多级变速器(110)包括第一输入轴(111)和第一机械换挡装置(115)，所述第一机械换挡装置(115)用于将来自所述第一输入轴(111)的力矩传递到所述驱动系统(100)的输出轴(130)，其中内燃发动机(VKM)和/或至少第一电动机(EM-I)产生所述力矩，其特征在于：

所述第一电动机(EM-I)出于脱啮所述第一机械多级变速器(110)的齿轮的目的在换挡操作期间至少暂时地(T12、T13)以可操作方式连接到所述内燃发动机(VKM)，其中所述控制装置(CTR)驱动所述第一电动机(EM-I)以使其在发电机操作模式中操作，由此所述第一电动机(EM-I)加载所述内燃发动机(VKM)且解除所述第一机械换挡装置(115)，

所述控制装置(CTR)控制所述内燃发动机(VKM)以便在整个所述换挡操作期间，持续主动地操作所述内燃发动机(VKM)，但至少在所述换挡操作的时间段(T12到T16)期间，所述第一电动机(EM-I)处于发电机模式，

所述控制装置(CTR)将所述内燃发动机(VKM)控制为以下列方式操作，

所述内燃发动机(VKM)持续产生基本恒定的力矩，或

所述内燃发动机(VKM)在所述第一电动机(EM-I)以发电机模式仅提供受限负载时产生减少的力矩。

12.根据权利要求11所述的控制装置(CTR)，其特征在于，所述控制装置(CTR)控制所述电动机(EM-I)以便还以发电机模式产生电能，用于存储或供给耗电器。

13.根据权利要求11所述的控制装置(CTR)，其特征在于，在齿轮被选择之前，所述控制装置(CTR)在所述换挡操作的周期(T12)期间将所述第一电动机(EM-I)控制为转换成发电机模式，以使得所述电动机(EM-I)产生增加的负载力矩。

14.根据权利要求11所述的控制装置(CTR)，其特征在于，在啮合齿轮之后，所述控制装置(CTR)在所述换挡操作的周期(T16)期间控制所述第一电动机(EM-I)以终止发电机模式，其中所述电动机(EM-I)产生减少的负载力矩。

15.根据权利要求11所述的控制装置(CTR)，其特征在于，所述控制装置(CTR)在发电机模式期间控制所述第一电动机(EM-I)以维持对应补偿力矩。

16.根据权利要求11所述的控制装置(CTR)，其特征在于，所述驱动系统(100)还包括至少一第二机械多级变速器(120)，所述第二机械多级变速器(120)包括第二输入轴(121)和第二机械换挡装置(125)，所述第二机械换挡装置(125)用于将来自所述第二输入轴的力矩传递到所述驱动系统的所述输出轴，且其中第二电动机(EM-II)至少部分地和/或暂时地产生所述力矩，且其中所述控制装置(CTR)控制所述第二电动机(EM-II)以便视需要与所述第一电动机(EM-I)和/或所述内燃发动机(VKM)一起操作或替代地单独操作。

17.根据权利要求16所述的控制装置(CTR)，其特征在于，多级变速器各自在多级变速器布置中，在双离合器变速器布置中以协作方式经布置为第一机械多级变速器(110)和第二机械多级变速器(120)，且所述控制装置(CTR)在所述换挡操作的周期(T14)期间，在同步周期期间控制所述第一机械多级变速器(110)，以便脱离所述输出轴(130)。

18.一种驱动系统(100)，包括用于控制所述驱动系统(100)中的换挡操作的控制装置(CTR)，所述驱动系统(100)具有至少一第一机械多级变速器(110)，所述第一机械多级变速器(110)包括第一输入轴(111)和第一机械换挡装置(115)，所述第一机械换挡装置(115)用于将来自所述第一输入轴(111)的力矩传递到所述驱动系统(100)的输出轴(130)，其中内燃发动机(VKM)和/或至少第一电动机(EM-I)产生所述力矩，

其特征在于：

所述第一电动机(EM-I)出于脱啮所述第一机械多级变速器(110)的齿轮的目的在换挡操作期间至少暂时地(T12、T13)以可操作方式连接到所述内燃发动机(VKM)，所述控制装置(CTR)驱动所述第一电动机(EM-I)以使所述第一电动机在发电机模式中操作，由此所述第一电动机(EM-I)加载所述内燃发动机(VKM)且解除所述第一机械换挡装置(115)，其中所述第一机械换挡装置(115)为切换套筒或形状锁合离合器，

所述控制装置(CTR)控制所述内燃发动机(VKM)以便在整个所述换挡操作期间，持续主动地操作所述内燃发动机(VKM)，但至少在所述换挡操作的时间段(T12到T16)期间，所述第一电动机(EM-I)处于发电机模式，

所述控制装置(CTR)将所述内燃发动机(VKM)控制为以下列方式操作，

所述内燃发动机(VKM)持续产生基本恒定的力矩，或

所述内燃发动机(VKM)在所述第一电动机(EM-I)以发电机模式仅提供受限负载时产生减少的力矩。

19.根据权利要求18所述的驱动系统(100)，其特征在于，所述驱动系统(100)还包括至少一第二机械多级变速器(120)，所述第二机械多级变速器(120)包括第二输入轴(121)和第二机械换挡装置(125)，所述第二机械换挡装置(125)用于将来自所述第二输入轴的力矩传递到所述驱动系统的所述输出轴，且其中第二电动机(EM-II)至少部分地和/或暂时地产生所述力矩，且其中所述控制装置(CTR)视需要控制所述第二电动机(EM-II)以便与所述内燃发动机(VKM)和/或所述第一电动机(EM-I)一起操作或替代地单独操作，其中所述多级变速器在多部分变速器布置，双离合器变速器布置中形成为所述第一机械多级变速器(110)和所述第二机械多级变速器(120)。

20.根据权利要求18-19中任一项所述的驱动系统(100)，其特征在于，所述驱动系统(100)具有至少一个第三电动机(EM-III)，所述第三电动机(EM-III)串联连接到其它电动机中的一个。

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