CN115698549A - 包括至少两个驱动马达和具有固定的和功率分支的传动级的自动变速器的机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车，包括：至少两个驱动马达，至少一个驱动马达是电机；高压存储器，包括自动变速器，其具有至少一个固定传动级和至少一个用于从所述至少一个固定传动级出发的传动比调节的功率分支的传动级；以及电子控制单元，其设计为使得在存在换挡指令之后，要脱开的固定传动级的要打开的切换元件以转矩控制的方式通过至少两个所述驱动马达被卸载，对于要打开的切换元件计算和观察转矩负载，以如下目的观察转矩负载，即，引起过零的负载变换，以用于在切换元件上建立空载，为了建立要打开的切换元件的空载，功率分支地对第一驱动马达和第二驱动马达操控，使得第一驱动马达和第二驱动马达关于转速保持之前挂入的固定传动级的传动比并且关于转矩将要打开的切换元件置于至少几乎空载，并且在要打开的切换元件上引起负载变换，其方式为在切换元件上预定与要打开的切换元件的计算的转矩负载相反的转数差。

Description

包括至少两个驱动马达和具有固定的和功率分支的传动级的 自动变速器的机动车
技术领域
本发明涉及一种机动车，其包括：至少两个驱动马达，至少一个驱动马达是电机；高压存储器；自动变速器，所述自动变速器具有至少一个固定传动级和至少一个用于从所述至少一个固定传动级出发的传动比调节的功率分支的传动级；以及电子控制单元。
背景技术
已知用于机动车的自动变速器。此外，已知用于混合电动车的自动变速器，其除了内燃机之外附加地具有至少一个用于驱动的电机。用于混合电动车的当前的自动变速器(混合变速器)通常基于存在的自动变速器。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)。然而，这种类型的混合对变速器本身不带来优点。
适合用于混合的变速器例如是可负载换挡的自动变速器，其通过摩擦锁合的切换元件提供不同的固定传动级。在这些变速器中，在换挡期间至少一个切换元件在打滑的情况下运行。在打滑运行期间摩擦功在此转变为热量，所述热量必须通过足够的冷却油流从摩擦锁合的切换元件运走。此外，摩擦锁合的切换元件在打开的状态中产生对应的拖曳损耗。所述切换元件通常液压操控。为了使所述切换元件在闭合的状态中可以传递力，切换元件的摩擦片必须持久以对应高的液压压力挤压到彼此上。亦即为此需要的液压泵不仅用于冷却也用于操纵切换元件。然而，为了其运行，所述液压泵消耗一定的功率，由此总效率下降。
按照DE 10 2017 217 133 A1的主题，设置自动变速器包括：内燃机、至少两个固定传动级、三个传动轴、一个行星齿轮传动机构、两个切换元件和一个变速箱。在此，变速箱的第一侧与第一传动轴能以传递转矩的方式耦合并且变速箱的第二侧通过第二传动轴与行星齿轮传动机构能以传动比调节的方式耦合。这表示，变速箱的第二侧与内燃机和自动变速器的输出部一起处于3轴运行中，由此变速箱的第二侧通过行星齿轮传动机构具有到内燃机上的传动比调节的作用。变速箱在这里能够实现连续的传动比调节。因此，可以独立于固定传动级来调节另外的传动比，尤其是在固定传动级之间的任意的中间状态。优选地，变速箱通过两个电机形成。在这里一个电机发电地运行并且另一个电机电动机驱动地运行。通过将机械能暂时转换为电能，两个电机的转速能够解耦并且借此提供包括两个电机的变速箱功能性。行星齿轮传动机构可以是行星齿轮变速装置。
发明内容
本发明的任务是，对包括开头所述的类型的自动变速器的混合机动车在其传动比调节方面进行改善。
该任务通过独立权利要求的特征解决。有利的进一步构成是从属权利要求的主题。
本发明涉及一种机动车，包括：至少两个驱动马达，其中，至少一个驱动马达是电机；高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级(固定挡位)和至少一个用于从所述至少一个固定传动级出发的传动比调节的功率分支的传动级(E-CVT)。例如离开唯一的固定挡位到功率分支的传动级(E-CVT)中也是相关的。
尤其是本发明涉及一种机动车，包括：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级和用于在两个固定传动级之间的传动比调节的变速箱，其中，变速箱例如具有两个电机。一个电机也可以满足。在该情况中，变速箱包括该电机和高压存储器。
按照本发明的机动车还具有电子控制单元，所述控制单元这样设计，使得在存在换挡指令之后
-要脱开的固定传动级的要打开的切换元件以转矩控制的方式通过至少两个所述驱动马达被卸载，
-对于要打开的切换元件计算和观察转矩负载，
-以如下目的观察所述转矩负载，即，引起过零的负载变换，以用于在切换元件上建立空载，
-为了建立要打开的切换元件的空载，功率分支地对第一驱动马达(例如电机)和第二驱动马达(例如内燃机)这样操控，使得所述第一驱动马达和第二驱动马达关于转速而言保持之前挂入的固定传动级(下文也称为固定挡位)的传动比并且关于转矩而言将要打开的切换元件置于至少几乎空载，并且
-在要打开的切换元件上引起负载变换，其方式为在该切换元件上预定与该要打开的切换元件的计算的转矩负载相反的转数差。
本发明例如具有变速箱，所述变速箱通过两个电机形成。在传动比变化期间，第一电机以发电机的方式并且第二电机以电动机的方式运行。然而，第一电机可以在传动比调节之前也以电动机的方式运行。本发明的核心基于该特性。
优选地，切换元件是形锁合的切换元件(例如爪)。这具有优点，即，切换元件以小的力可以保持或固定在闭合的位置中。因此，可以降低用于维持固定传动级的能量消耗并且借此总效率提高。此外，在形锁合的切换元件的打开的状态中(几乎)不产生拖曳损耗。
按照本发明的另一种有利的设计，第一切换元件设置用于挂入固定的第一传动级并且第二切换元件设置用于挂入固定的第二传动级。
这表示，优选单独的切换元件配置给每个固定传动级，借助所述切换元件，所述传动级挂入并且尤其是保持闭合。替换地，也可以设置用于挂入固定传动级的多个切换元件和/或用于挂入多个固定传动级的各个切换元件。
以这种方式，可以通过变速箱在两个固定传动级之间通过连续的传动比调节来换挡(E-CVT)并且同时维持牵引力。在此，仅在固定传动级之间的换挡期间有功率流过变速箱，其相对于纯机械的力传递通常具有较坏的效率。尤其是在挂入的固定传动级中没有功率流过变速箱。通过对应的切换元件提供固定传动级的力传递，自动变速器可以由此具有高的效率。
在按照本发明的换挡方法中，变速箱的第一电机可以至少暂时与传动轴传递转矩地耦合，以便将转矩供给到变速器中或从中引出。
此外，变速箱的第二电机可以至少暂时地通过所述轴与行星齿轮传动机构以传动比调节的方式耦合。也就是说，变速箱的第二侧通过行星齿轮传动机构具有到内燃机上的传动比调节的作用，尤其是其方式为变速箱的第二侧与内燃机和自动变速器的从动部一起处于3轴运行中。
原则上，为了解释构想的变速器构造完全地参引DE 10 2017 217 133 A1。
按照本申请，对本发明重要的是用于转速适配的功能模块，所述功能模块在换挡的范围中在要松开的切换元件的卸载期间用于建立空载直至实际的松开是有效的。
本发明基于如下考虑：DHT(专用混合动力变速器Dedicated HybridTransmission)是目前最经常的混合变速器，其仅在包括内燃机和至少一个电机的车辆中使用。电机(在这里变速箱的第一电机)在此成为变速器的部分，其中可以进行其到不同传动轴上的连接。
在DHT驱动装置中使用用于挡位形成和力传递的形锁合的切换元件提供在力传递时的最大的效率和基于面向需求的激励的最小的功率需求的机会。但同时形锁合的切换元件本身也包含着挑战。在传统的手动变速器或类似的自动化的系统中，在操纵形锁合的切换元件之前完全中断力传递。在没有到驱动装置上的反作用并且以力消耗相对小的情况下该空载允许形锁合的切换元件的打开或松开。
在借助功率分支(Powersplit)实施换挡的DHT变速器中，要打开的或要松开的切换元件的空载必须通过转矩在功率分支(Powersplit)中转速可变的电机(变速箱的第一电机)和内燃机之间对应分配建立。这在理论中是可行的，在实际中基于变速器中的拖曳力矩与电机和内燃机的错误输出的转矩产生剩余转矩，剩余转矩使得，要打开的切换元件也许不能够以存在的激励力松开。
因此，按照本发明通过用于转速适配的功能模块如下提出电机和内燃机以及要松开的形锁合的切换元件的转矩调节器的操控：
用于转速适配的功能模块在电子控制单元(例如驱动装置控制器)中这样设计，使得对于(仍)挂入的挡位的要打开的切换元件借助转矩观察器计算转矩负载。为了接着可以松开希望的切换元件，其转矩负载必须执行过零或方向变换(负载变换)。因为观察的负载不精确对应于切换元件的实际的负载，所以观察的负载接着用于如下功能，所述功能具有目的，引起切换元件的负载变换，而不产生在驱动装置中的可察觉的振荡。
用于从旧的挡位建立要松开的切换元件的空载，驱动软件关于转矩方面的操控更换到功率分支(Powersplit)运行中。这表示，电机和内燃机这样操控，使得它们关于转速而言保持旧的挡位的传动比并且关于转矩而言几乎空载地设置要松开的切换元件。
为了在要松开的切换元件上主动引起负载变换，优选使用功率分支(Powersplit)的已经激活的转速控制的I份额。这以如下方式发生，即，在切换元件上要求与在切换元件上的负载相反的转数差。对应要求的转数差基于仍挂入的挡位引起，转速控制器的I份额这样改变在切换元件上的负载，使得其在理想情况中穿过负载变换。
因为功能模块在没有转矩传感机构的情况下不能确定在要松开的切换元件上的负载变换的实际的时刻，所以在切换元件上的负载变化开始之前已经操控其激励，以便松开该切换元件。该操控必须分别按照切换元件类型维持直到该切换元件的成功的松开。
如果要松开的切换元件在触发换挡之前已经处于非常低负载的状态中，则所述逻辑可能导致负载变换的错误操控，亦即加强在切换元件上的实际的负载。为了消除该问题，在要松开的切换元件上的观察的转矩负载超过阈值时，对于转速控制器(I份额)而言更换在要松开的切换元件上的要求的转数差的正负号。
在经过负载变换时，松开对应激励的切换元件。这紧接着借助形成的转数差由功能模块识别。接着至今要求的转数差再次设置为零，从而功率分支(Powersplit)挡位的转速控制器接着可以正确实现新的转速规定。
该逻辑的优点在于，转速控制器不直接操控单个构件内燃机和电机并且由此在驱动转矩中产生意外的改变。代替地，转速控制器提供用于内燃机和电机的要调整的转速变化率(转速梯度)，所述转速变化率接着在用于功率分支(Powersplit)挡位的转矩方程组的转矩公式(Drallsatz)的方程中考虑。
该方法的另一个优点在于，转速控制器已经是激活的并且调节到在切换元件上的要求的转数差，从而在切换元件的松开之后，发生内燃机和电机的转速的受控改变。到内燃机和电机上的附加转矩的连接于下游的加载会导致不期望的较大的转速偏差。
附图说明
接着借助附图描述本发明。附图中：
图1示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的状态1；
图2示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的状态1中的状态；
图3示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的状态2；
图4示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的状态2中的状态；
图5示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的状态3；
图6示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的状态3中的状态；
图7示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的状态4；
图8示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的状态4中的状态；
图9示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的状态5；
图10示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的状态5中的状态；
图11示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的状态6和7；
图12示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的状态6和7中的状态；
图13示出在利用按照本发明的自动变速器从第一固定挡位到第二固定挡位的换挡中的整个换挡过程的在状态2和3之间的重要的按照本发明的中间步骤；
图14示意性示出按照本发明的机动车或变速器的重要构件和其在整个换挡过程的中间步骤中的状态。
具体实施方式
图1示出在挂入第一挡位(固定挡位G1)时在换挡指令之前的初始状态、即状态1。通过对应的输入信号，跟随有在电子控制单元SG中的换挡指令。
图2示出本发明的最重要的构件，所述构件也适用于图4、6、8、10、VM和14：
在图2中示意性示出混合车辆，其具有自动变速器、内燃机VM、第一电机EMA、第二电机EMB、高压存储器HVS和电子控制单元SG。
所述自动变速器包括以功率分支的行星齿轮变速装置为形式的行星齿轮传动机构UG、变速箱、两个电机EMA和EMB以及第一切换元件K1和第二切换元件B2，所述第一切换元件设置用于挂入固定的第一传动级G1(接着也称为固定挡位G1)，所述第二切换元件设置用于挂入固定的第二传动级G2。
两个固定传动级的数量在这里只用于较好的直观理解；在实际中也可以使用另外数量的传动级。
此外，自动变速器包括两个传动轴，即以驱动轴为形式的输入轴，借助所述驱动轴，自动变速器与内燃机VM传递转矩地耦合，以及以从动轴为形式的输出轴，借助所述输出轴，自动变速器与机动车的车轮R传递转矩地耦合。
自动变速器也可以具有三个或更多固定传动级，这时也存在对应的较多数量的切换元件，所述切换元件设置用于挂入其他传动级。也可以设置用于多个传动级的各个切换元件和/或用于一个传动级的多个切换元件的组合。
行星变速机构UG具有支架1、空心轮2和太阳轮3。行星齿轮传动机构UG不仅与输入轴而且与输出轴传递转矩地耦合。此外，行星齿轮传动机构UG具有如下轴，通过所述轴，所述行星齿轮传动机构借助在这里形成离合器的第一切换元件K1能与输入轴以传递转矩的方式耦合以及能与在这里形成制动器的第二切换元件B2以传递转矩的方式耦合。所述轴在此具有对内燃机VM调节转速的效果。在一种替代的实施形式中，切换元件K1、B2可以设置用于任意的传递转矩的功能。
切换元件K1、B2分别作为爪齿离合器构成。也就是说，它们是形锁合的切换元件并且仅要求小的保持力，以便保持在闭合的位态中。在一种替代的实施形式中，所述切换元件K1、B2可以是任意其他合适的切换元件、例如力锁合的切换元件。
为了传动比调节，变速箱功能性以如下方式提供：第一电机EMA以发电机的方式并且第二电机EMB以电动机的方式运行。由此，可以使机械能和电能彼此转换并且借此使两个电机EMA、EMB的转速彼此解耦。
自动变速器从第一传动级(固定挡位)G1到固定的第二传动级(固定挡位)G2的换挡按照借助图3、5、7、9、11和13描述的换挡过程进行。
按照图1和2挂入固定的第一传动级G1，也就是说，第一切换元件K1关闭并且第二切换元件B2打开。此外，变速箱解耦；即电机不承担传递转矩的功能。所有转速nG1相同。电机EMA、EMB可以以发电机或电动机驱动的方式运行，以便对高压存储器HVS充电或由HVS的驱动功率进行助力。
为了换挡到固定的第二传动级G2中，现在按照图3对当前的(旧的)固定挡位G1的切换元件K1卸载。
如在图4中可看出的，变速箱与输出轴传递转矩地耦合以及通过所述轴与行星齿轮传动机构UG传递转矩地耦合。换句话说，第二电机EMB以从动装置或以空心轮2或以车轮R电动机驱动地运行并且由高压存储器HVS供电。内燃机VM可以切断或已切断。
借助变速箱，现在通过输出轴使第一切换元件K1通过转矩叠加卸载(K1虚线示出)。
在这里开始本发明的核心，其借助图13和14再次解释。
按照在图5中激活地示出的状态3，随后切换元件K1松开，如在图6中以开口的K1示出的。
按照图7跟随的是状态4，即在功率分支的传动级(E-CVT)中的优选电的并且连续的传动比调节。这在图8中借助在太阳轮3上的转速偏移描述。因而在打开第一切换元件K1之后通过变速箱或者说电机EMA的连续的传动比调节来调节第二传动级(固定挡位)G2的传动比。制动器B2在此还打开。
这表示，产生3轴运行，由此在第二切换元件B2上的转速差减小。
图9示出状态5，在所述状态中，用于新的固定挡位G2的切换元件B2闭合。
在此，在图10中可看出，一旦转数差降低到零或低于确定的界限值，则第二切换元件B2闭合。由此，第二切换元件B2承担变速箱的负载并且变速箱可以解耦(参见图10，虚线的电机EMB)。制动器B2还未加载(虚线的B2)。
在图11中达到状态6和紧接着与此关联地达到状态7或者说再次1，其中可以对新的切换元件B2加载(在图12中的完全闭合的B2)。以图12结束换挡的换挡过程。
在图13中示出通过功能模块DZA或通过由控制单元实施的方法的在状态2和3之间的按照本发明的中间状态，其对构件特性的作用在图14中示出：
-要打开的切换元件K1以转矩控制的方式通过两个电机EMA和EMB卸载(也参见状态2)。
-对于挂入的固定挡位G1的要打开的切换元件K1计算和观察转矩负载。
-以如下目的观察转矩负载，即，引起过零的负载变换，以用于建立在切换元件K1上的空载。
-用于建立要打开的切换元件K1的空载，功率分支地这样操控第一电机EMA和内燃机VM，使得它们关于转速nG1而言保持之前挂入的固定挡位G1的传动比并且关于转矩而言将要打开的切换元件K1置于至少几乎空载。
-引起在要打开的切换元件K1上的负载变换，其方式为在切换元件K1上预定与在要打开的切换元件K1上的计算的转矩负载相反的转数差dn/-dn。
-同时为了打开而激活切换元件K1的促动器，以便产生预紧力，所述预紧力在然后可以说是随机的过零中基于上述的转速控制、转速适配和转速差规定引起切换元件K1的轻微的打开。
包括由当前的固定挡位出发的按照本发明的中间状态的整个换挡过程的概述：
-通过电机卸载旧的切换元件K1(状态2)。
-激活功能模块，以用于转速适配DZA(产生在要打开的切换元件K1上的负载变换并且同时操控促动器，以用于打开切换元件K1)
-打开旧的切换元件K1(状态3)
(转换到E-CVT-模式中)。
-在变速器中通过E-CVT-模式用于传动比调节的转速适配(nG1＝>nG2)(状态4)。
-挂入新的切换元件(B2)(状态5)。
-对新的切换元件(B2)加载(状态6)
-“脱开”电机EMA和EMB(状态7＝状态1)＝>新的固定挡位G2。

Claims (7)

1.机动车，该机动车包括：至少两个驱动马达(VM、EMA、EMB)，其中，至少一个驱动马达是电机(EMA)；高压存储器(HVS)；自动变速器，所述自动变速器具有至少一个固定传动级(G1)和至少一个用于从所述至少一个固定传动级(G1)出发的传动比调节的功率分支的传动级(E-CVT)；以及电子控制单元(SG)，所述电子控制单元设计为使得在存在换挡指令之后
-要脱开的固定传动级(G1)的要打开的切换元件(K1)以转矩控制的方式通过所述驱动马达(VM、EMA；EMA、EMB)中的至少两个驱动马达被卸载，
-对于要打开的切换元件(K1)计算和观察转矩负载，
-以如下目的观察所述转矩负载，即，引起过零的负载变换，以用于在切换元件(K1)上建立空载，
-为了建立要打开的切换元件(K1)的空载，功率分支地对第一驱动马达(例如EMA)和第二驱动马达(例如VM)操控，使得所述第一驱动马达和第二驱动马达关于转速(nG1)而言保持之前挂入的固定传动级(G1)的传动比并且关于转矩而言将要打开的切换元件(K1)置于至少几乎空载，并且
-在要打开的切换元件(K1)上引起负载变换，其方式为在该切换元件(K1)上预定与该要打开的切换元件(K1)的计算的转矩负载相反的转数差(dn)。
2.按照权利要求1所述的机动车，其特征在于，为了在要打开的切换元件(K1)上主动引起负载变换，使用功率分支的已激活的转速控制的I份额或与I份额的特性类似的功能模块。
3.按照上述权利要求之一所述的机动车，其特征在于，为了打开所述切换元件(K1)，在负载变换开始之前已操控促动器。
4.按照上述权利要求之一所述的机动车，其特征在于，在要打开的切换元件(K1)上的观察的转矩负载超过定义的阈值时，对于转速控制器而言更换在要打开的切换元件(K1)上的要求的转数差(dn)的正负号。
5.用于按照上述权利要求之一所述的机动车的自动变速器，该自动变速器包括：行星齿轮传动机构(UG)；至少一个切换元件(K1和/或B2)；至少一个作为驱动马达的电机(EMA)，所述电机是变速箱的部分；以及促动器，所述促动器能由电子控制单元(SG)操控。
6.用于按照上述权利要求之一所述的机动车或自动变速器的电子控制单元(SG)，该电子控制单元包括功能模块(DZA)，所述功能模块用于操控所述至少两个驱动马达(VM、EMA、EMB)和切换元件(K1、B2)，使得
-要脱开的固定传动级(G1)的要打开的切换元件(K1)以转矩控制的方式通过所述驱动马达(VM、EMA；EMA、EMB)中的至少两个驱动马达被卸载，
-对于要打开的切换元件(K1)计算和观察转矩负载，
-以如下目的观察所述转矩负载，即，引起过零的负载变换，以用于在切换元件(K1)上建立空载，
-为了建立要打开的切换元件(K1)的空载，功率分支地操控第一驱动马达(例如EMA)和第二驱动马达(例如VM)，使得所述第一驱动马达和第二驱动马达关于转速(nG1)而言保持之前挂入的固定传动级(G1)的传动比并且关于转矩而言将要打开的切换元件(K1)置于至少几乎空载，并且
-在要打开的切换元件(K1)上引起负载变换，其方式为在该切换元件(K1)上预定与该要打开的切换元件(K1)的计算的转矩负载相反的转数差(dn)。
7.用于在按照上述权利要求之一所述的机动车中切换自动变速器的方法，在该方法中，在存在换挡指令之后借助所述电子控制单元实施如下步骤：
-以转矩控制的方式通过所述驱动马达(VM、EMA；EMA、EMB)中的至少两个驱动马达对要脱开的固定传动级(G1)的要打开的切换元件(K1)卸载，
-对于要打开的切换元件(K1)计算和观察转矩负载，
-以如下目的观察所述转矩负载，即，引起过零的负载变换，以用于在切换元件(K1)上建立空载，
-为了建立要打开的切换元件(K1)的空载，功率分支地操控第一驱动马达(例如EMA)和第二驱动马达(例如VM)，使得所述第一驱动马达和第二驱动马达关于转速(nG1)而言保持之前挂入的固定传动级(G1)的传动比并且关于转矩而言将要打开的切换元件(K1)置于至少几乎空载，并且
-在要打开的切换元件(K1)上引起负载变换，其方式为在该切换元件(K1)上预定与该要打开的切换元件(K1)的计算的转矩负载相反的转数差(dn)。
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