CN214215765U - 用于车辆的驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种用于车辆的驱动系统，其具有：内燃机，所述内燃机具有曲轴，曲轴在转动状态中具有在前的曲轴角度；电机；控制单元；第一齿轮和第二齿轮，借助于第一齿轮和第二齿轮，内燃机能与电机有效连接地耦联，当曲轴处于第一位置中时，进行齿面变换，在齿面变换时，撤除在第一和第二齿轮之间的接触，曲轴在曲轴的转动期间占据至少一个第二位置，在第二位置中曲轴角度小于在曲轴的第一位置中，控制装置构成为，为了降低在齿面变换期间作用于第一和第二齿轮的相应负荷，将电机控制成，使得由电机作用到第二齿轮上的转矩在第一时刻具有与在第二时刻中不同的值，在第一时刻，曲轴处于第一位置中，在第二时刻，曲轴处于第二位置中。

Description

用于车辆的驱动系统
技术领域
本实用新型涉及一种具有内燃机和电机的驱动系统。
背景技术
这种驱动系统在DE 10 2012 024 551 A1中公开，其中在其中描述的电机构成为发电机。发电机被控制成，使得避免齿轮的齿的齿面变换，所述齿轮将内燃机有效连接地与发电机耦联。由此能够降低驱动系统的噪声发射。
实用新型内容
提出的驱动系统具有带有曲轴的内燃机、电机、控制单元、第一齿轮和第二齿轮。下面假设，第一齿轮固定地与曲轴连接并且第二齿轮固定地与电机的轴连接，下面也称为机器轴。借助于第一齿轮和第二齿轮，内燃机能够有效连接地与电机耦联。曲轴在转动状态中具有在前的 (fortschreitenden)曲轴角度。借助于曲轴角度，曲轴在曲轴转动期间的位置能够一对一地相关联。
借助电机、在下文中也称作为机器表示如下机器，所述机器能够从电能中产生力或转矩和/或借助于吸收的力或吸收的转矩能够产生电流。例如，机器能够是电动机和/或发电机。对应地，驱动系统能够用于产生车辆的驱动力或驱动转矩或用于产生电流，以借助另一电机驱动车辆。
在内燃机和机器之间的借助于第一齿轮和第二齿轮的有效连接的耦联包括如下耦联，在所述耦联中，在第一情况下，转矩从曲轴至少经由第一齿轮和第二齿轮可传递到机器轴上，和/或在第二情况下，转矩从机器轴经由第二齿轮和第一齿轮可传递到曲轴上。在第一情况下，内燃机驱动机器轴。在第二情况下，机器驱动曲轴。在此和在下文中假设，曲轴仅具有一个转动方向。可能的是，耦联借助于第二齿轮或另一齿轮对实现。例如，能够分别在机器轴和曲轴的外端部上设置有齿轮对，其中第一和第二齿轮构成两个齿轮对中的一个齿轮对。
此外，在提出的驱动系统中，当曲轴处于第一位置中时，进行齿面变换。在齿面变换期间，撤除在第一齿轮和第二齿轮之间的接触。此外，曲轴在曲轴转动期间占据至少一个第二位置，在所述第二位置中，曲轴角度比在曲轴的第一位置中更小。
通过曲轴角度在曲轴转动期间进展，即提高，曲轴首先处于第二位置中并且在此之后处于第一位置中。当进行齿面变换时或在齿面变换之前，曲轴能够占据第二位置。
与在DE 10 2012 024 551 A1中描述的驱动系统不同地，在提出的驱动系统中，设有至少一个齿面变换。齿面变换有意地借助于通过控制单元对机器的对应的控制和/或调节引起。由此可能的是，机器在工作间隙之内必须输出的最大期望转矩与避免齿面变换的调节相比降低。借此，驱动系统的效率升高，尤其在内燃机的部分负载运行中。
为了降低在齿面变换期间作用到第一齿轮和第二齿轮上的相应的负荷，控制单元设计和构成为，将机器控制成，使得由机器作用于第二齿轮的转矩在第一时刻具有与在第二时刻不同的值，在所述第一时刻，曲轴处于第一位置中，并且在所述第二时刻，曲轴处于第二位置中。
这表示，控制的单元能够将机器控制成，并且尤其在驱动系统的运行中控制成，使得在第一时刻中由机器作用于第二齿轮的转矩的量值和/或取向与在第二时刻中由机器作用于第二齿轮的转矩的量值和/或取向不同。
有利地，控制单元设计和构成为，调节机器，使得由机器作用于第二齿轮的转矩在第一时刻具有与在第二时刻中不同的值。机器的“调节 (Regeln)”至少包括机器的“控制(Steuern)”。
由机器作用于第二齿轮的转矩在下文中称作为发电机转矩。控制单元如何在第一和第二时刻中控制发电机转矩的值与如下内容相关：在内燃机的至少一个缸的工作间隙期间的哪个时间区间中进行齿面变换。
如果在第一时间区段之内进行齿面变换，所述第一时间区间在缸的膨胀冲程的结束阶段中开始并且以在缸中的随后的点火结束，那么控制单元将机器控制成，使得发电机转矩在第一时刻中的量值高于在第二时刻中的量值，并且发电机转矩的取向在第一时刻中和在第二时刻中是相同的。
缸的排出冲程、吸气冲程和压缩冲程处于第一时间区间中。膨胀冲程的结束阶段例如包括膨胀冲程的后三分之一。由缸的连杆作用于曲轴上的力能够在第一时间区间中引起转矩，所述转矩沿第一转动方向作用于曲轴。第一转动方向与曲轴的转动方向相反地取向。在膨胀冲程的第一个三分之一和至少一个第二三分之一期间，由连杆作用于曲轴的力引起转矩，所述转矩沿第二转动方向作用于曲轴。第二转动方向沿与曲轴的转动方向相同的方向取向。
由于通过连杆作用于曲轴上的力造成的转矩的取向在第一时间区间期间改变，曲轴与其转动方向相反地加速并且在第一时间区间中引起齿面变换。在第一时间区间之内发生的齿面变换在下文中称作为第一齿面变换。曲轴在该情况下在第一时间区间期间具有第一和第二位置。发电机转矩在第一时间区间期间沿与曲轴的转动方向相同的方向取向。在第一时间区间期间，除了第一齿面变换发生的时刻之外存在再第一和第二齿轮之间的有效连接。由于有效连接，发电机转矩在第一时间区间期间沿第一转动方向作用于曲轴。
如果在第一时刻中发电机转矩的量值高于在第二时刻中，那么机器轴的加速度在量值方面能够适应于在第一齿面变换期间曲轴的加速。如果机器轴的加速度接近曲轴的加速度，那么曲轴和机器轴的相应的角速度的差能够降低。这引起，在第一时间区间中在第一齿面变换时的噪声减小。
如果在第二时间区间之内进行齿面变换，所述第二时间区间在缸中点燃的时刻开始并且在缸的跟随点燃的膨胀冲程的结束阶段期间结束，那么控制单元将机器优选地如下控制。根据第一变型形式，控制单元将机器控制成，使得发电机转矩在第一时刻的量值低于在第二时刻中的量值。由连杆作用于曲轴的力在第二时间区间中引起如下转矩，所述转矩作用于曲轴并且沿与曲轴的转动方向相同的方向取向。在第二时间区间之内发生的齿面变换在下文中称作为第二齿面变换。
在第二时间区间之前，在缸中进行负荷变换，所述负荷变换包括排出冲程和吸气冲程，和压缩冲程的至少一部分。由此，由连杆作用于曲轴的力在第二时间区间之前和在第二时间区间开始时引入如下转矩，所述转矩作用于曲轴并且与曲轴的转动方向相反地取向。
由于通过由连杆作用于曲轴的力造成的转矩的取向在第二时间区间期间改变，曲轴沿其转动方向加速并且引起第二齿面变换。曲轴在该情况下在第二时间区间中占据第一和第二位置。
如果发电机转矩的量值在第一时刻中小于在第二时刻中，机器轴在第一位置中比在第二位置中更弱地由机器制动。由此，曲轴和机器轴的相应的角速度的差能够在第二齿面变换期间降低。这引起，在第二齿面变换时的噪声减少。
根据第二变型形式，控制单元将机器在第二时间区间中控制成，使得发电机转矩在第一时刻中与曲轴的转动方向相反地取向。由此，机器轴与曲轴的转动方向相反地加速。这引起机器轴沿其转动方向的加速度从而机器轴的加速度匹配于曲轴的加速度。由此，能够降低在第二齿面变换期间曲轴和机器轴的相应的角速度的差。这引起，在第二齿面变化时的噪声减少。发电机转矩的量值在第二变型形式中在第一时刻中优选地比在第二时刻中更高。
一般而言，驱动系统具有转速和/或转矩调节装置。借助于转速和/或转矩调节装置，能够调节内燃机的转速和/或转矩和/或机器的转速和/或转矩。
控制单元优选地设计和构成为，与用于控制内燃机和/或机器的转速和/或转矩的控制值无关地控制机器，使得发电机转矩在第一时刻中的值与发电机转矩在第二时刻中的值不同。对此，控制单元例如能够在第一和 /或第二时间区间之内与用于控制转速或转矩的控制值无关地计算用于产生发电机转矩的控制信号至少一次。
优选地，控制单元设计成，至少一次在第一和/或第二时间区间之内中断转速和/或转矩调节。控制单元中断转速和/或转矩调节的同时，控制单元优选地计算用于控制发电机转矩的其他控制值，其中借助于其他控制值可以控制机器，使得发电机转矩在第一时刻的值与发电机转矩在第二时刻的值不同。“中断”转速和/或转矩调节尤其在如下情况下存在，即当发电机转矩关于时间的改变大于发电机转矩在缸的整个工作间隙期间的平均时间变化的三倍大。实际上，在缸的整个工作间隙的大致大于百分之八十的持续时间期间，激活转速和/或转矩调节。发电机转矩在齿面变换期间的时间变化优选地大于发电机转矩在缸的整个工作间隙期间的平均时间变化的三倍大，以便降低在齿面变换时的噪声。
此外，控制单元优选设计和构成为，在曲轴在时间上依次转多圈时，将机器控制成，使得发电机转矩在时间上依次转多圈的曲轴的单独转圈时在相应的齿面变换期间具有与在对应的齿面变换之前不同的值。
在时间上依次转多圈时出现的相应的齿面变换能够分成相应的第一齿面变换和相应的第二齿面变换，这对应地如在上文中描述的第一或第二齿面变换那样进行。这表示，每个第一和第二齿面变换具有相应的第一时刻，在所述第一时刻中，曲轴处于相应的第一位置中并且撤除在第一和第二齿轮之间的接触。类似地，曲轴在相应的与相应的第一时刻对应的第二时刻占据相应的第二位置，在所述第二位置中，曲轴角度与在第一或第二齿面变换的相应的第一位置中相比更小。
曲轴在相应的第一位置中占据的相应的曲轴角度能够在第一或第二齿面变换的相应的第一时刻中不同。这那么也在如下情况下适用：曲轴角度在曲轴转两圈之后回置到零。这在于，在彼此跟随的转圈时，曲轴的转速或发电机转矩的变化曲线在相应的转圈时能够改变。
尤其地，控制单元将机器控制成，使得发电机转矩在相应的第一齿面变换期间在相应的第一齿面变换的相应的第一时刻中的量值高于在于相应的第一时刻对应的相应的第二时刻中的量值。
类似地，控制单元根据第一变型形式将机器优选地控制成，使得发电机转矩在相应的第二齿面变换期间在相应的第二齿面变换的相应的第一时刻中的量值低于在相应的第二齿面变换的与相应的第一时刻对应的相应的第二时刻中的量值。
此外可能的是，控制单元根据第二变型形式将机器优选地控制成，使得发电机转矩在相应的第二齿面变换期间在相应的第二齿面变换的相应的第一时刻中的取向与曲轴的转动方向相反地取向。发电机转矩的量值在此优选地在相应的第一时刻中高于在相应的第二齿面变换的与相应的第一时刻对应的第二时刻中。
此外，提出一种用于控制驱动系统的方法。驱动系统根据上述变型形式之一构成。方法具有至少一个第一步骤。在第一步骤中，将驱动系统借助于驱动系统的控制单元控制、尤其调节成，使得由电机作用于第二齿轮的转矩在第一时刻中具有与在第二时刻中不同的值，在所述第一时刻中，曲轴处于第一位置中，在所述第二时刻中，曲轴处于第二位置中。如果这样控制驱动系统，那么能够降低在齿面变换期间作用于第一齿轮和第二齿轮的相应的负荷。
方法的一个改进方案能够提出，控制单元在内燃机的部分负载运行中根据第一步骤控制、尤其调节驱动系统，并且在内燃机的全负载运行中，将机器控制、尤其调节成，使得第一齿轮在内燃机的缸的整个工作间隙期间与第二齿轮永久接触。
附图说明
从属权利要求描述本实用新型的其他有利的实施方式。优选的实施例根据下面的附图详细阐述。在此示意性地示出：
图1示出具有驱动系统的车辆，所述驱动系统具有内燃机、电机和第一和第二齿轮，
图2示出在图1中示出的第一和第二齿轮的侧视图，
图3示出在图1中示出的内燃机的转矩变化曲线和在图2中示出的第一和第二齿轮的齿接触力矩变化曲线，
图4示出在图2中示出的第一齿轮的自由剖面，
图5示出在图2中示出的第二齿轮的自由剖面，
图6a示出在齿面变换开始时在图2中示出的第一和第二齿轮，
图6b示出在齿面变换结束时在图2中示出的第一和第二齿轮，
图7示出在图1中示出的电机为了避免在图2中示出的齿轮的齿面变换的转矩的量值的变化曲线，和机器的期望转矩的量值的第一和第二变化曲线，其至少部分地跟随用于避免齿面变换的转矩的量值的变化曲线，
图8示出第一和第二齿接触力矩变化曲线，其通过期望转矩的量值的第一或第二变化曲线引起。
具体实施方式
图1示出用于车辆2的驱动系统1。驱动系统1具有：内燃机3，所述内燃机具有曲轴4；电机5，在下文中也称作为机器5；控制单元6；第一齿轮7和的第二齿轮8。曲轴4在转动状态中具有在前的曲轴角度23。借助于第一齿轮7和第二齿轮8，内燃机3能够与电机5有效连接地耦联。有利地，第一齿轮7固定地与曲轴4连接，并且第二齿轮8固定地与机器 5的机器轴9连接。在提出的驱动系统1中，当曲轴4处于第一位置中时，进行齿面变换。
在齿面变换期间，撤除在第一齿轮7和第二齿轮8之间的接触。曲轴4在曲轴4转动期间至少占据第二位置，在所述第二位置中，曲轴角度23 小于在曲轴4的第一位置中的曲轴角度。
控制单元6设计和构成为，为了降低在齿面变换期间作用于第一齿轮 7和第二齿轮8的相应的负荷，将机器5控制成，使得由电机5作用到第二齿轮8上的转矩在第一时刻中具有与在第二时刻中不同的值，在所述第一时刻中，曲轴4处于第一位置中，在所述第二时刻中，曲轴4处于第二位置中。由电机5作用到第二齿轮8上的转矩在下文中也称作为发电机转矩。
图2示出曲轴4、机器轴9、第一齿轮7和第二齿轮8的侧视图和具有x轴25、y轴26和z轴27的坐标系24。曲轴4优选地具有唯一的转动方向22。
借助工作间隙在下文中表示内燃机3的各个缸的工作间隙，在下文中也称作为第一缸。对于内燃机3根据4冲程方法工作的情况，第一缸在工作间隙中依次执行吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排出冲程。从工作间隙的开始直至结束，曲轴4沿转动方向22执行两次转动。
图3示出内燃机3关于曲轴角度23的转矩变化曲线31。转矩变化曲线31描绘内燃机3的转矩的变化曲线，所述转矩由曲轴4沿在图2中示出的正的转动方向22作用于第一齿轮7。在图1至8中示出的实施例中，内燃机3除了第一缸之外具有至少一个第二缸。转矩变化曲线31因此从通过第一和第二缸施加到曲轴4上的转矩的总和得出。根据转矩变化曲线 31可见的是，第一缸在膨胀冲程中处于在270度和大约450度之间的曲轴角度范围中。为了在下文中解释齿面变化，图3此外包含假设的齿接触力矩变化曲线32，其描绘转矩关于曲轴角度23的变化曲线，所述转矩从第一齿轮7传递到第二齿轮8上。术语“齿接触力矩”是对于术语“齿接触转矩”的简单描述并且表示如下转矩，当第一齿轮7接触第二齿轮8时，所述转矩从第一齿轮7作用到第二齿轮8上或者从第二齿轮8作用到第一齿轮7上。
为了简单地阐述齿面变换而假设，在第一缸的整个工作间隙期间机器 5的假设的发电机转矩是恒定的，即与提出的驱动系统相反地不在工作间隙期间改变，并且沿正的转动方向22定向。出于所述原因，假设的齿接触力矩变化曲线32在量值方面不对应于齿接触力矩的变化曲线，如在提出的驱动系统1中存在的那样。除了假设的齿接触力矩变化曲线的绝对值之外，下面对齿面变换的描述然而近似地适用于提出的驱动系统。
在第一缸的膨胀冲程期间，内燃机3的转矩是大幅正值的。由此，在第一齿轮7和第二齿轮8之间的齿接触力矩同样具有高的量值并且与转动方向22相反地定向。在膨胀冲程期间，曲轴4驱动机器轴9。在从第一缸的膨胀冲程过渡到排出冲程时，内燃机3的转矩下降并且变成负值。在此，曲轴角度23能够处于大致410度至540度的范围中。由于曲轴4的惯性，齿接触力矩在如下曲轴角度范围中改变符号，所述曲轴角度范围位于内燃机3的转矩改变符号的曲轴角度范围之后。
图4和图5示出第一齿轮7或第二齿轮8的自由剖面。内燃机3的转矩41和第一齿力42作用于第一齿轮7，所述第一齿力在第一接触点45 处作用于第一齿轮7的第一齿面43并且由第二齿轮8的第二齿面53施加。对应地图5示出，发电机转矩51和第二齿力52如何作用于第二齿轮8。第二齿力52由第一齿面43施加并且在第二接触点55处作用于第二齿面 53，在所述第二接触点处，第一齿面43与第二齿面53接触。
根据第一和第二接触点45、55距第一齿轮7的中点44或第二齿轮8 的中点54多远，第一齿力42以第一齿接触力矩的形式作用于第一齿轮7 或第二齿力52以第二齿接触转矩的形式作用于第二齿轮8。可能地，接触点45、55距对应的中点44、54的相应的间距能够在两个齿轮7、8彼此嵌套和旋转期间改变。
下面，为了简单的描述考虑如下情况，在所述情况中，第一和第二接触点距中点44或中点54大致相同远，并且距中点44、54的间距不改变。这对应于在曲轴4和机器轴9之间的大约为一的传动比i。出于所述原因，在下文中假设，第一齿接触力矩等于第二齿接触力矩。第一和第二齿接触力矩在下文中称作为齿接触力矩。出于概览，齿接触力矩以相反的符号在图3中关于曲轴角度23以齿接触力矩变化曲线32的形式绘制。如果齿接触力矩改变符号，那么触发齿面变换。
齿面变换以第一齿面43与第二齿面53分离开始，如在图6a中示出的那样，并且以第一齿轮7的第三齿面61撞到第二齿轮8的第四齿面62 结束，如在图6b中示出的那样。第一齿面43和第三齿面61构成第一齿轮7的第一齿63的两个齿面。第二齿面53和第四齿面62构成第二齿轮 8的不同的齿的齿面、如例如第一齿64和第二齿65的齿面。在齿面变换开始和结束之间，第一齿轮7的第一齿63处于悬空阶段。
该最后描述的齿面变换对应于在上文中描述的在上述第一时间区间期间的第一齿面变换并且在下文中称作为第一齿面变换。
驱动系统1优选地具有曲轴传感器21，以便在曲轴4转动期间检测在前的曲轴角度23。曲轴传感器21例如能够是霍尔传感器或光学传感器。根据曲轴角度23具有何种值，曲轴4处于不同的位置中并且内燃机3处于不同的状态中。如果曲轴4转两圈，那么曲轴角度23以720度增大。替选地，控制单元6能够将曲轴角度23回置，曲轴4每转两圈将曲轴角度23回置到零度。
在其中进行第一齿面变换的第一临界曲轴角度范围在第一曲轴角度处开始并且在第二曲轴角度处结束。根据在图3中示出的实施例，第一临界曲轴角度范围能够处于如下曲轴角度范围中，在所述曲轴角度范围中，曲轴角度23具有在大致410度和540度之间的值。
在上文中描述的在上述第二时间区间期间的第二齿面变换在曲轴角度23具有处于第二临界曲轴角度范围中的值期间进行。第二齿面变换以第三齿面61与第四齿面62分离开始并且以第一齿面43撞到第二齿面53 上结束。根据在图3中示出的实施例，第二临界曲轴角度范围能够处于另一曲轴角度范围中，在所述另一曲轴角度范围中，曲轴角度23具有在大致250度和300度之间的值。第二临界曲轴角度范围以第四曲轴角度开始并且以第三曲轴角度结束。
在下文中描述控制单元6能够如何控制机器5的多种可行性，以便减小作用于第一齿轮和第二齿轮7、8的负荷从而减小在第一和/或第二齿面变换时的噪声。出于概览，第一和第二临界曲轴角度范围分别与曲轴4的第一和第二位置相关联。
第一临界曲轴角度范围的第一位置和第二临界曲轴角度范围的第一位置分别是如下位置，当撤除在第一齿轮7和第二齿轮8之间的接触时，曲轴4占据所述位置。这能够分别是在第一齿63处于悬空阶段期间曲轴 4的任意位置。当曲轴处于相应的第一位置中时，进行、即发生第一和第二齿面变换。然而当曲轴处于相应的第一和第二位置中时，第一和第二齿面变换通常不开始和结束。
第一临界曲轴角度范围的第二位置和第二临界曲轴角度范围的第二位置分别是如下位置，曲轴4在其转动期间在相应地达到第一或第二临界曲轴角度范围的第一位置之前占据所述位置。可能的是，当曲轴4占据相应的第二位置时，第一齿63同样处于悬空阶段中。
有利地，当曲轴角度23等于第一或第三曲轴角度时，曲轴4处于第一或第二临界曲轴角度范围的第一位置中。当曲轴角度23等于第二或第四曲轴角度时，曲轴4优选地处于第一或第二临界曲轴角度范围的第二位置中。
内燃机3的控制单元6或马达控制设备10优选地设计成，借助于曲轴传感器21检测，曲轴角度何时具有第一、第二、第三和/或第四曲轴角度。对此，控制单元6能够直接在膨胀冲程之前或在吸气冲程或其他参考点之前使用第一缸的上述死点，其中曲轴角度具有值零并且能够由其测量第一、第二、第三和第四曲轴角度。在第一和第二曲轴角度或第三和第四曲轴角度之间的差说明第一或第二临界曲轴角度范围的大小，所述大小能够借助于内燃机3的当前的转速换算成第一或第二临界曲轴角度范围的持续时间。在曲轴4完整转两圈之后，控制单元6能够将曲轴角度回置到零度。在该情况下，曲轴角度23在曲轴4每转两圈时分别具有第一、第二、第三和第四曲轴角度的值一次。
有利地，控制单元6与曲轴角度23相关地控制发电机转矩。实际上，控制单元6控制机器5，使得当曲轴角度23等于第一曲轴角度时，发电机转矩具有第一值，并且当曲轴角度23等于第二曲轴角度时，发电机转矩具有第二值。第一和第二值是不同的。类似地，控制单元6控制机器5，使得当曲轴角度23等于第三曲轴角度时，发电机转矩具有第三值，并且当曲轴角度23等于第四曲轴角度时，发电机转矩具有第四值。第三和第四值是不同的。
在一个有利的设计方案中，控制单元6设计成，控制机器5，使得在曲轴4占据第一或第二临界曲轴角度范围的第一位置之前，发电机转矩已经达到第一值或第三值。这具有如下优点，发生第一或第二齿面变换的时刻能够以较低的精度确定，并且尽管如此机器轴9在第一或第二齿面变换期间的加速相对于处于第一或第二齿面变换之前的曲轴角度范围的加速不同。
为了降低在第一齿面变换期间作用到第一和第二齿轮7、8上的相应的负荷，控制单元6将机器5优选地控制成，使得当曲轴角度23等于第一曲轴角度时，发电机转矩的量值大于发电机转矩的当曲轴角度23等于第二曲轴时发电机转矩所具有的量值。在将曲轴角度23从第二曲轴角度提高至第一曲轴角度期间，发电机转矩的取向优选保持恒定。
为了降低在第二齿面变换期间作用到第一和第二齿轮7、8上的相应的负荷，控制单元6将机器5根据第一变型形式控制成，使得当曲轴角度23等于第三曲轴角度时，发电机转矩的量值小于发电机转矩的当曲轴角度23等于第四曲轴角度时发电机转矩所具有的量值。在曲轴角度23从第四曲轴角度提高至第三曲轴角度期间，发电机转矩的取向在第一变型形式中优选地保持恒定。
此外可能的是，为了降低在第二齿面变换期间作用到第一和第二齿轮 7、8的相应的负荷，控制单元6将机器5根据第二变型形式优选地控制成，使得当曲轴角度23从第四曲轴角度开始提高至第三曲轴角度时，发电机转矩的取向改变。在此，发电机转矩的量值能够改变或保持恒定。有利地，在此，发电机转矩的量值提高。
第一临界曲轴角度范围能够以第一齿面43的分离开始并且以撞到第三齿面61结束。在该情况下，第一临界曲轴角度范围的持续时间对应于第一齿面变换的持续时间。由于在第一齿面43的分离和撞到第三齿面61 之间的时间区间是非常短的，所以根据另一变型形式，第一临界曲轴角度范围与在第一齿面变换的开始和结束期间持续的时间段相比持续更大的时间段。由此，发电机转矩借助控制单元6的调控能够简化。优选地，第二曲轴角度优选地比第一齿面变换开始的曲轴角度小第一安全角度。类似地，第一曲轴角度能够比第一齿面变换结束的曲轴角度大第二安全角度。
例如，第一齿面变换能够在3000U/min的情况下在3毫秒之内进行。第一临界曲轴角度范围在该情况下能够持续10毫秒并且在第一齿面分离 43之前开始。类似地，对于第二临界曲轴角度范围，能够设有第三和第四安全角度。第四曲轴角度在该情况下比第二齿面变换开始的曲轴角度小第四安全角度。类似地，第三曲轴角度比第二齿面变换结束的曲轴角度大第三安全角度。第一、第二、第三和第四安全角度例如能够为20度。
第一、第二、第三和第四曲轴角度优选地保存在控制单元6的存储器中并且例如能够借助于具有内燃机3、尤其具有驱动系统1的实验台测试来确定。在此，借助于传感器能够检测第一和第二齿面变换的开始和结束，并且换算成对应的曲轴角度。借助于第一、第二、第三和/或第四安全角度例如能够确定第一、第二、第三或第四曲轴角度。
驱动系统能够具有用于检测第一和第二齿面变换的开始和结束的振动传感器11。振动传感器优选地根据固体声原理工作并且与控制单元6 连接。该变型形式的优点是，第一、第二、第三和/或第四曲轴角度能够容易地在驱动系统1的全日运行中借助于传感器来确定。
第一、第二、第三和/或第四曲轴角度优选地与内燃机3的运行条件、尤其与内燃机3的转速并且与发电机转矩相关。控制单元6能够具有特征曲线族，借助于所述特征曲线族能够与转速相关地读取第一、第二、第三和/或第四曲轴角度。
一个优选变型形式能够提出，曲轴角度的在其中第一或第二齿面变化开始或结束的相应的值借助于控制单元6计算。控制单元6至少与内燃机 3的转矩和转速相关地和优选地与发电机转矩相关地执行所述值的计算。有利地，控制单元6设计成，执行迭代计算过程以计算所述值。对于所述计算，控制设备6优选地设计成，对方程组求解，所述方程组考虑机器轴9和曲轴4的至少一个相应的角加速度。该变型形式的优点是，不需要用于确定第一和/或第二齿面变换的开始和结束的传感器。
根据另一变型形式，控制单元6设计和构成为，将电机5控制成，尤其调节成，使得在齿面变换期间、尤其在第一和/或第二齿面变换期间，由电机5作用到第二齿轮8上的转矩的量值关于在前的曲轴角度23改变。
在该设计方案中，控制单元6能够使发电机转矩匹配于在膨胀冲程之后或在膨胀冲程结束时内燃机3的大幅下降的转矩或匹配于在膨胀冲程开始时内燃机3的大幅升高的转矩。由此，在第一或第二齿面变换期间机器轴9和曲轴4的相应的角速度的差能够更大幅地降低。
尤其地，控制单元6将发电机转矩控制成，使得发电机转矩在第一齿面变换期间提高。此外，控制单元6将发电机转矩优选地控制成，使得发电机转矩在第二齿面变换期间降低或者取向改变。在后一情况下，量值能够提高或降低。在这两种情况下，在第二齿面变换期间的噪声能够降低。
尤其地，控制单元6能够将机器5控制成，尤其调节成，使得发电机转矩的梯度匹配于转矩变化曲线31的梯度，尤其在第一和/或第二临界曲轴角度范围的部段中。由此，在第一齿轮7的第一齿63和第二齿轮8的第一齿65之间的相对速度能够进一步地降低。有利地，控制单元6提高在第一和/或第二临界曲轴角度范围期间、尤其在第一和/或第二齿面变换期间发电机转矩的梯度的量值。
有利地，控制单元6对于发电机转矩的梯度的这种匹配使用转矩变化曲线31的梯度的值，所述值例如能够借助于具有内燃机3的实验台测试获得。转矩变化曲线31的梯度的值优选地存储在内燃机3的控制单元6 或马达控制设备10中。借助于转矩变化曲线31的梯度的值，控制单元6 优选计算发电机转矩的梯度的期望值。有利地，控制单元6根据发电机转矩的梯度的期望值来控制发电机转矩。
在另一实施方式中，控制单元6设计和构成为，借助于电机5的期望转矩来控制电机5并且根据内燃机3的当前检测的转矩来计算期望转矩。电机5的期望转矩是发电机转矩的期望值。根据内燃机3的当前检测的转矩，控制单元6能够有利地为曲轴角度23的位于第一和/或第二临界曲轴角度范围之内的值确定内燃机3的当前检测的转矩的梯度。
借助于当前检测的转矩的梯度，控制单元6能够确定在第一和/或第二临界曲轴角度范围期间、优选也在其之前的期望转矩的变化曲线。期望转矩的变化曲线优选构成为，使得在第一和/或第二临界曲轴角度范围中的期望转矩的梯度的量值大致等于内燃机3的当前检测的转矩的梯度的量值。由此，在第一或第二齿面变换期间机器轴9和曲轴4的角速度的差能够进一步地降低。
在一个有利的设计方案中，控制单元6构成为和设计成，从内燃机3 的马达控制设备10中读取用于确定内燃机3的当前检测的转矩的数据。所述数据例如能够是关于曲轴角度23的测量的或模型化的缸压力变化曲线、点火角度、点火时刻、入口阀或出口阀打开或关闭的时刻或第一和/ 或第二缸的喷射时刻和/或内燃机3的油温。有利地，控制单元6设计成，根据所述数据来计算内燃机3的当前检测的转矩。在一个简单的变型形式中能够提出，控制单元6直接从马达控制设备10中读取当前检测的转矩。
从马达控制设备10中读取数据的优点在于，控制单元6能够更简单地构成并且不必在控制单元6上设置用于产生数据的传感器的端子。也可能的是，控制单元6集成在马达控制设备10中。
在另一设计方案中能够提出，控制单元6从马达控制设备10中读取用于确定内燃机3的当前检测的转矩的模型。控制单元6优选地借助于内部模型来处理所传输的数据和优选模型，以便确定内燃机3的当前检测转矩。当前检测的转矩是如下转矩，所述转矩在建模精度的范围中对应于内燃机3在如下时刻的实际转矩，在所述时刻，控制单元6控制、尤其调节机器5。测量错误和模型错误、例如在上文中提到的模型的模型错误能够一起影响建模精度。
在另一实施方式中，控制单元6设计和构成为，确定由电机5作用到第二齿轮8上的用于避免齿面变换的转矩，在下文中也称为用于避免齿面变换的转矩。在该实施方式中，控制单元6设计和构成为，将电机5控制成，使得在齿面变换期间，期望转矩至少部分地跟随用于避免齿面变换的转矩。借助齿面变换尤其表示第一和/或第二齿面变换。
有利地，控制单元6确定用于避免齿面变换、尤其第一和/或第二齿面变换的转矩的尤其最小的量值。优选地，控制单元6将电机5控制成，尤其调节成，使得在第一和/或第二齿面变换期间，期望转矩的量值至少部分地跟随用于避免齿面变换的转矩的尤其最小的量值。
借助“跟随”尤其表示，当用于避免齿面变换的转矩的量值关于曲轴角度23上升或下降时，期望转矩的量值关于曲轴角度23同样上升或下降。该改进方案的一个特殊的设计方案提出，在第一和/或第二临界曲轴角度范围之内的期望转矩的量值至少等于用于避免齿面变换的转矩的尤其最小的量值一次。更有利地，在第一和/或第二临界曲轴角度范围之前的曲轴角度范围中和/或在第一和/或第二临界曲轴角度范围之内的期望转矩的量值等于用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值至少一次。
用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值Mgen,min能够如下确定：
Figure DEST_PATH_GDA0003175185330000141
其中Jgen表示机器5的所有转动部分的惯性矩，Jvkm表示内燃机3的全部转动部分的惯性矩，i表示在曲轴4和内燃机9之间的传动比，并且Mzk,min表示最小齿接触力矩。当应避免齿面变换时，分别通过作用到第一齿面 43上的第一力42和作用到第二齿面53上的第二力52造成的最小的齿接触力矩必须起作用。最小的齿接触力矩优选大于零。对于传动比i而言优选适用的是：
Figure DEST_PATH_GDA0003175185330000142
由此引起沿曲轴4的转动轴线的方向的滚动力矩补偿。有利地，此外i等于一，尤其近似于一。传动比与值一的小的偏差能够通过如下方式得出：两个齿轮7、8的齿的数量相差一。以便避免，两个相同的齿在转多圈时重复地彼此交错。
对于最小的齿接触力矩，优选地选择明显大于零的值，以便具有相对于干扰影响的安全性。干扰影响例如能够通过系统固有的电流波动或通过摩擦造成。
如果在整个工作间隙之间发电机转矩的量值大于或等于用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值，那么第一齿面43在整个工作间隙期间贴靠在第二齿面53上并且不进行齿面变换。
图7示出用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值关于曲轴角度 23的变化曲线71。与此相比，在图7中示出期望转矩的量值的第一变化曲线72，所述变化曲线在大致220度和230度之间和大致255度和265 度的相应的曲轴角度范围中等于优选最小的量值的变化曲线71。在这两个曲轴角度范围中，根据该实施例，第二或另一第一齿面变换发生。迄今描述的第一和第二齿面变换涉及如下过程，所述过程通过第一缸的运动触发。类似地，内燃机的其余缸的运动，如第二缸的运动能够触发另外的第一和第二齿面变换，所述第一和第二齿面变换与上述第一和第二齿面变换类似地进行。在大致255度和265度之间的曲轴角度范围中发生的另外的第一齿面变换通过第二缸的运动触发。
此外，图7示出期望转矩的量值的第二变化曲线73。从图7中可见，期望转矩的量值的第一变化曲线72与期望转矩的量值的第二变化曲线73 相比更强地跟随优选最小的量值的变化曲线71。
期望转矩的量值越强地跟随用于在第一和/或第二齿面变换期间避免齿面变换的转矩的优选最小的量值，在第一和/或第二临界曲轴角度范围之内的齿接触力矩的最大量值就能够越小。对于控制单元6根据其量值具有第一变化曲线72的期望转矩来控制、尤其调节机器5的情况，得出齿接触力矩的量值的在图8中示出的第一变化曲线81。对应地，当控制单元6根据其量值具有第二变化曲线73的期望转矩控制、尤其调节机器5 时，能够实现齿接触力矩的量值的第二变化曲线82。
出于概览，变化曲线71、72、73以相反的符号在图7中示出。在考虑相应的符号的情况下发电机转矩的对应的量值的变化曲线71、72、73 能够解释成转矩的相应的变化曲线，所述转矩由于发电机转矩由机器轴9 作用到曲轴4上。
期望转矩的量值越强地跟随用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值，齿面接触力矩能够在第一或第二齿面变换期间越平坦地经过其过零。换言之，齿接触力矩关于曲轴角度的变化曲线的梯度在第一和/或第二临界曲轴角度范围中越小，在期望转矩的量值和用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值之间的差就越小。齿接触力矩的梯度越小，则在齿面变换时的噪声发射就越小。如果优选最小的量值或优选最小的量值的变化曲线根据上述惯性矩计算，那么优选最小的量值或其变化曲线能够比不考虑惯性矩时更准确地确定。
在一个特别的实施方式中，控制单元6将齿接触力矩的梯度和/或发电机转矩的梯度分别用作为除了内燃机3的转速和发电机转矩之外的附加的控制变量。对此有利地，用于调节转速的已经存在的PI控制器能够扩展。这能够降低在控制单元6的参数化时的耗费。
根据另一设计方案，控制单元6能够借助于成本函数来确定期望转矩。成本函数具有用于计算期望转矩的量值与由电机5作用到第二齿轮8 上的转矩的量值的第一偏差的第一项，所述由电机作用到第二齿轮上的转矩用于调节内燃机3的转速，在下文中也称作为用于转速调节的转矩。附加地，成本函数具有用于计算期望转矩的量值与用于避免齿面变换的转矩的量值的第二偏差的第二项。成本函数K的值例如能够如下计算：
K＝α(Mgen-Mdr)m+β(Mgen，min-Mgen)m
其中α是第一加权因数，β是第二加权因数并且m是成本函数的参数，并且Mdr表示用于转矩调节的转矩的量值并且Mgen表示期望转矩。第一加权因数α对第一偏差加权，而第二加权因数β对第二偏差加权。对于α和β能够适用如下条件：
β＝1-α；1＞α≥0。
有利地，控制单元6能够根据成本函数的推导来确定期望转矩。对此，控制单元6能够确定成本函数的推导的零点(Nullstelle)。根据成本函数来确定期望转矩的优点在于，在期望转矩基本上设定用于声学轻微的齿面变换的曲轴角度范围和期望转矩基本上设定用于闭环控制发动机3的转速的曲轴角度范围之间的过渡更柔和地进行。由此，得出期望转矩关于曲轴角度23的变化曲线的较小的梯度。这一方面具有振动方面的优点，并且另一方面简化内燃机3的调节。
已经证实为尤其有用的是，第一加权因数α线性地关于曲轴角度23 上升。由此，齿接触力矩的变化曲线在齿接触力矩的过零时的梯度能够进一步地减小。
第一加权因数α的变化曲线尤其是曲轴角度23的函数。第一加权因数α优选地在第一和/或第二临界曲轴角度范围之内最小化。这引起，期望转矩的量值能够尽可能强地接近用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值。
有利地，第一加权因数关于曲轴角度23的变化曲线在第一曲轴角度范围中和在第二曲轴角度范围中分别具有两个不同的斜率，在所述第一曲轴角度范围中主要发生膨胀冲程，并且在所述第一曲轴角度范围中主要发生排放冲程、吸气冲程和压缩冲程。
在一个有利的设计方案中，驱动系统构成为用于对车辆2的电池充电的活动半径延长的驱动系统。在该实施方式中，内燃机3驱动机器5，所述机器在该情况下构成为发电机，以便产生用于对电池充电的电流。在该实施方式中，此外曲轴4和机器轴9优选支承为，使得其与在第一齿轮7 和第二齿轮8的各个齿之间的间隙相比在两个齿轮7、8的相应的环绕方向上几乎不具有轴向间隙。例如，轴向间隙能够以100倍的因数小于在两个齿轮7、8的齿之间的间隙。曲轴4和机器轴9的这样小的轴向间隙例如能够通过两个轴4、9的材料配合的和/或力配合的支承来实现。轴4、9 的小的轴向间隙明显简化，将机器5控制成，使得齿接触力矩的梯度在齿面变换期间是尽可能小的。
如果驱动系统1构成为活动半径延长的驱动系统，那么内燃机3通常具有小的缸数，如例如两个或三个。这尤其有助于，活动半径延长的驱动系统通常具有与常规的车辆中的内燃机相比更小的功率要求。通过小的缸数，得出曲轴4的高的转矩波动，所述转矩波动能够造成在齿面变换时对应高的噪声形成。出于所述原因，提出的驱动系统尤其在其构成为活动半径延长的驱动系统时是特别有利的。
在内燃机和机器之间的借助于第一和第二齿轮7、8的有效连接的耦联能够根据第一变型形式构成为，使得通过内燃机3产生的机械能驱动机器5并且将机器5用于产生电流。根据第二变型形式可能的是，内燃机3 与机器5耦联，使得通过内燃机3产生的机械功率能够由通过机器5产生的机械功率补充。这种耦联例如能够借助于行星齿轮变速器来实现。在该情况下，行星齿轮变速器优选地具有第一和第二齿轮7、8。
电机5能够构成为永久励磁的同步机并且具有三个在空间上以120度错开设置的线圈。线圈借助于控制单元6能够加载有三项正弦电压。电压的各个三相在时间上以120度错开，使得借助于机器5中的控制单元6能够产生磁通量的时间旋转场。借助于面向场的调节，机器5能够借助控制单元6调节，使得发电机转矩在每个时刻都具有如下值，所述值在借助控制单元6调节的精度的范围中对应于在控制单元6中保存的或借助控制单元6确定的期望转矩Mgen的值。期望转矩能够根据上述变型形式之一来确定。
为了能够相对于期望转矩以尽可能小的相控制和/或调节发电机转矩，控制单元6优选地具有用于借助于期望转矩Mgen调节电机5的无差拍电流控制器。无差拍电流控制器与其他控制器、如具有预控制和预测
Figure DEST_PATH_GDA0003175185330000181
的PI控制器相比具有更高的带宽。
在一个改进方案中，控制单元6有利地探测，内燃机3是否在部分负载运行中或在全负载运行中运行或者应在部分负载运行中或在全负载运行中运行。所述改进方案此外提出，控制单元6在部分负载运行中根据上述变型形式之一来控制、尤其调节驱动系统1。该改进方案此外在于，控制单元6在全负载运行时确定机器5的期望转矩的量值的第三变化曲线，使得第一齿轮7在内燃机3的整个工作间隙期间具有与第二齿轮8的持久接触。期望转矩的量值的第三变化曲线例如能够等于用于避免齿面变换的转矩的优选最小的量值的变化曲线71。

Claims (8)

1.一种用于车辆(2)的驱动系统(1)，具有：内燃机(3)，所述内燃机具有曲轴(4)，所述曲轴在转动状态中具有在前的曲轴角度(23)；电机(5)；控制单元(6)；第一齿轮(7)和第二齿轮(8)，其中借助于所述第一齿轮(7)和所述第二齿轮(8)，所述内燃机(3)能够有效连接地与所述电机(5)耦联，其特征在于，当所述曲轴(4)处于第一位置中时，进行齿面变换，并且在齿面变换期间，撤除在所述第一齿轮(7)和所述第二齿轮(8)之间的接触，并且所述曲轴(4)在所述曲轴(4)转动期间占据至少一个第二位置，在所述第二位置中，所述曲轴角度(23)小于在所述曲轴(4)的所述第一位置中的曲轴角度，并且所述控制单元(6)设计和构成为，为了降低在所述齿面变换期间作用到所述第一齿轮(7)和所述第二齿轮(8)上的相应的负荷，将所述电机(5)控制成，使得由所述电机(5)作用到所述第二齿轮(8)上的转矩在第一时刻具有与在第二时刻不同的值，在所述第一时刻，所述曲轴(4)处于所述第一位置中，在所述第二时刻，所述曲轴(4)处于所述第二位置中。
2.根据权利要求1所述的驱动系统(1)，
其中所述控制单元(6)设计和构成为，将所述电机(5)控制成，使得由所述电机(5)作用到所述第二齿轮(8)上的转矩的量值在所述齿面变换期间关于在前的曲轴角度(23)改变。
3.根据权利要求2所述的驱动系统(1)，
其中所述控制单元(6)设计和构成为，借助于所述电机(5)的期望转矩来控制所述电机(5)并且根据所述内燃机(3)的当前检测的转矩来计算所述期望转矩。
4.根据权利要求3所述的驱动系统(1)，
其中所述控制单元(6)设计和构成为，确定由所述电机(5)作用于所述第二齿轮(8)的用于避免所述齿面变换的转矩，并且将所述电机(5)控制成，使得在所述齿面变换期间，所述期望转矩至少部分地跟随用于避免所述齿面变换的转矩。
5.根据权利要求4所述的驱动系统(1)，
其中所述控制单元(6)借助于成本函数确定期望转矩，所述成本函数具有：用于计算所述期望转矩的量值与由所述电机(5)作用于所述第二齿轮(8)的用于调节内燃机转速的转矩的量值的第一偏差的第一项；和用于计算所述期望转矩的量值与由所述电机(5)作用于所述第二齿轮(8)的用于避免齿面变换的转矩的量值的第二偏差的第二项。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的驱动系统(1)，
其中所述控制单元(6)设计和构成为，从所述内燃机(3)的马达控制设备(10)中读取用于确定所述内燃机(3)的当前检测的转矩的数据。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的驱动系统(1)，
其中所述驱动系统(1)构成为用于对车辆(2)的电池充电的活动半径延长的驱动系统。
8.根据权利要求3至5中任一项所述的驱动系统(1)，
其中所述控制单元(6)具有用于借助于期望转矩来调节所述电机(5)的无差拍电流控制器。
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