专利名称：用于控制汽车传动系的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制汽车传动系的方法，该传动系包括内燃 机、电机和变速器，它们通过一个累加传动机构与两个输入元件和一 个输出元件连接以及通过一个作为摩擦离合器构成的锁止离合器相互 连接，其中，第一输入元件与内燃机的曲轴、第二输入元件与电机的 转子以及输出元件与变速器的输入轴抗扭连接，以及其中锁止离合器 设置在累加传动机构的两个元件之间，其中，在换挡过程之前降低内 燃机和电机的转矩以及打开锁止离合器。
背景技术：
上述类型的汽车传动系由DE 199 34 696 Al和DE 101 52 471 Al
有所公开。在所公开的这种传动系上，累加传动机构各自作为普通的 行星齿轮箱构成，具有一个太阳轮、 一个带多个行星齿轮和一个内齿 圈的行星齿轮架。内齿圈形成第一输入元件并与内燃机的曲轴抗扭连 接。太阳轮形成第二输入元件并与电机的转子抗扭连接。行星齿轮架 形成输出元件并与变速器的输入轴抗扭连接。锁止离合器各自设置在 行星齿轮箱的太阳轮与行星齿轮架之间。
在按照DE 199 34 696 Al的传动系中，锁止离合器与存在前提条 件作为牙嵌离合器的构成相反，从而锁止离合器只能在内燃机和变速 器的输入轴同步运行的情况下闭合并因此只能有限使用。为可以使汽 车仅利用电机驱动，曲轴与外壳件之间设置一个方向空程，由此防止 曲轴倒转并因此电机的传动矩向外壳支承。为可以在汽车停车时利用 电机启动内燃机，在变速器的输入轴与外壳件之间设置另一个方向空 程，由此防止输入轴倒转并因此电机的传动矩向外壳支承。
在按照DE 101 52 471 Al的传动系中，锁止离合器如作为本发明 前提条件那样作为摩擦离合器构成，从而锁止离合器在变速器的输入 轴与内燃机之间的转速差情况下，在滑动运行中也可以用于传递转矩。 为可以在汽车停车时和怠速下换挡的变速器利用电机脉冲启动内燃 机，在变速器的输入轴与外壳件之间设置另一个摩擦离合器，由此输 入轴在达到电机的启动转速后为启动内燃机可以制动。
下面在本发明的说明书中无保护范围的限制举例从传动系尽可能 相同的结构出发，其中，前提条件是锁止离合器作为摩擦离合器，特 别是作为湿式片式离合器，但也可以选择作为干式离合器构成。作为 对所公开的设置的限制，锁止离合器也可以设置在内齿圈与太阳轮之 间，也就是内燃机的曲轴与电机的转子之间。
在正常行驶时，锁止离合器完全闭合，从而行星齿轮箱锁闭并固 定旋转。在这种运行状态下，内燃机、电机和变速器的输入轴的转速 和转向相同。电机在这种状态下主要作为用于车载电源供电的发电机 工作，但在确定的工作情景下，特别是在汽车的加速阶段也可以主要 作为电动机工作。
在这种传动系上，在出现换挡要求时，其在取决于控制装置的工 作参数情况下自动或者通过操作换挡操作件，如手动换挡叉轴拨块凹 槽内的换挡杆或者设置在方向盘后面的换挡拨叉，可以通过驾驶员手 动释放，直接在换挡之前使变速器的内部尽可能地没有转矩。此外， 锁止离合器必须完全打开，以便可以使累加传动机构内部达到通过换 挡的传动比级差产生的转速平衡。整体上由此达到已挂入的负荷挡无 负荷地摘挡和所要挂入的目标挡无负荷地同步并随后可以挂入。相关 的换挡和同步件上无负荷可以降低离合器和同步件上的换挡力、减少 磨损、縮短换挡时间以及提高换挡舒适性。
以往为此通常是将内燃机和电机的转矩彼此独立降到零并不协调
地为此打开锁止离合器。由于电机和锁止离合器相当快的动作参数特 性以及内燃机相当惰性的动作参数特性，这样会导致累加传动机构内 部不希望的平衡运动，以至于可能出现不允许的高转速和惰性造成的 高负荷。
例如在依据DE 101 52 471 Al所公开的设置中累加传动机构作为 行星齿轮箱构成时，在这种情况下快速无负荷接通的电机和提前打开 的锁止离合器在与电机在相反转向上极为高速旋转的结合下导致内燃 机加速度。由此无论是在电机上还是在行星齿轮箱-上都会出现损坏。 此外，通过与此同时在行星齿轮箱内引起的转速差，使内燃机与变速 器的输入轴之间目标挡随后的同步和换挡后所要实施的同步变得困难 并延长时间。
发明内容
在这种背景下本发明的目的在于，提供一种方法，利用该方法在 开头所称类型的传动系上可以在换挡过程之前累加传动机构上尽可能 迅速地降低转矩和打开锁止离合器而不改变转速。这种方法也可以在 包括同类型的部件但以其他传递连接组合的传动系上使用。在此方面 需要考虑的是，内燃机可以处于牵引或者惯性行驶中，锁止离合器能 够从完全打开经过部分闭合直至处于(利用过压紧)完全闭合的状态 下，而电机则可以直接作为发电机或者电动机工作或者直接无力接通。
按权利要求1所述特征，本发明涉及一种用于控制汽车传动系的 方法，该传动系包括内燃机、电机和变速器，它们通过一个累加传动 机构与两个输入元件和一个输出元件连接以及通过一个作为摩擦离合 器构成的锁止离合器相互连接，其中第一输入元件与内燃机的曲轴、 第二输入元件与电机的转子以及输出元件与变速器的输入轴抗扭连 接，以及其中锁止离合器设置在累加传动机构的两个元件之间，其中， 在换挡过程之前降低内燃机和电机的转矩以及打开锁止离合器。此外在这种方法中，内燃机的转矩M—VM按照事先规定的时间进 程M_VM_soll = f(t)降低，锁止离合器只要其在转矩降低开始时至少部 分闭合，就达到滑动极限并随后在滑动极限上与内燃机下降的转矩 M_VM_ist成比例打开，以及电机的转矩M—EM_soll以转矩降低开始 时转矩的比例M_EM—ist / M_VMjst而与内燃机的转矩M—VM—ist成 比例降低。
在这种上下文中需要指出的是，概念"变速器"是指所有类型的 变速器，其具有输出轴转速"零"的典型中间位置，也就是基本不通 过变速器内部的转速累加产生具有数值"零"的输出轴转速。概念"变 速器"因此包括例如手动变速器、自动变速器、行星齿轮自动变速器 和无级变速器。
通过这种协调降低内燃机和电机的转矩以及打开锁止离合器，直 接降低开始时或者随着达到锁止离合器的滑动极限在累加传动机构上 存在的转矩平衡一直到转矩降低结束基本保持，并因此累加传动机构 上的转速比也保持恒定。因此避免累加传动机构的元件和与其连接的 结构件不允许的转速以及使随后的同步过程变得容易。
由于内燃机的转矩下降相当缓慢，为此预先规定时间进程 M—VM—soil = f(t)和锁止离合器的可传递转矩M_K—soil以及电机转矩 M—EM—soil的降低跟踪内燃机的实际转矩M_VM_ist。
本发明的主导思想因此在于，转矩降低开始时，或者在累加传动 机构上产生转矩平衡并将电机和锁止离合器保持到完全的转矩降低， 也就是通过内燃机达到零转矩，或者将已经存在的转矩平衡一直保持 到达到零转矩。
除了例如通过内燃机的转速和转矩波动引起的波动造成的偏差 外，由此在累加传动机构上的绝对转速和转速比一直保持到转速降低
结束，并因此避免累加传动机构的元件转速的不希望的分散。这种转 速降低此外是最快的可能性。
如果锁止离合器在转矩降低开始时利用过压紧完全闭合，那么锁 止离合器首先一直打开到滑动极限。此后降低内燃机的转矩M—VM并
与其成比例降低电机的转矩M_EM以及锁止离合器与其成比例继续打 开，也就是锁止离合器可传递的转矩M_K与内燃机的转矩M—VM_ist 成比例降低。
在转矩降低开始时锁止离合器部分闭合的情况下，首先将锁止离 合器可传递的转矩M_K保持恒定，直至通过内燃机下降的转矩 M—VM一ist达到滑动极限。锁止离合器随后在滑动极限上与内燃机的转 矩]VLVMjst成比例打开。在该过程中，虽然累加传动机构上会出现较 小的转速偏差，但锁止离合器因此以最快的途径达到滑动极限，并因 此縮短带来磨损和温升的滑动阶段。
作为对此的选择，在转矩降低开始时锁止离合器部分闭合的情况 下，锁止离合器的可传递的转矩Iv/LK也能够以转矩降低开始时的比例 M一Kjst / M一VMjst通过与内燃机的转矩1VLVMjst成比例地相应打 开而降低。由此准确保持累加传动机构上的转矩平衡并因此避免转速 偏差。但为此与上述的方法方案相比必须要以更长的滑动阶段为代价。
如果锁止离合器在转矩降低开始时已经完全打开，那么锁止离合 器在转矩降低期间保持在该状态下。
现借助附图的实施例对本发明进行说明。其中 图1示出用于在换挡之前降低转矩的方法； 图2示出用于控制图1方法的流程图3示出用于在换挡之前降低转矩第一实施例的转矩曲线图4示出用于在换挡之前降低转矩第二实施例的转矩曲线图； 图5示出用于在换挡之前降低转矩第三实施例的转矩曲线图6示出用于在换挡之前降低转矩第四实施例的转矩曲线图7示出传动系通用结构的简化示意图；以及 图8示出图7的传动系优选实施方式的示意图。
具体实施例方式
图7的传动系1包括内燃机2、电机3和变速器4，它们通过一个 具有两个输入元件6、7和一个输出元件8的累加传动机构5相互连接。 累加传动机构5的第一输入元件6与内燃机2的曲轴9抗扭连接、第 二输入元件7与电机3的转子10抗扭连接以及输出元件8与变速器4 的输入轴11抗扭连接。作为摩擦离合器构成的锁止离合器12设置在 累加传动机构5的两个元件之间，现在设置在两个输入元件6、 7之间。 内燃机2、电机3和锁止离合器12通过传感器和控制线路13与控制装 置14连接，通过该控制装置可以协调控制传动系1的部件。
图8示出传动系1的一种优选实施方式。在该传动系1中，累加 传动机构5作为普通行星齿轮箱15构成，具有一个太阳轮16、 一个带 有多个行星齿轮18的行星齿轮架17和一个内齿圈19。内齿圈19形成 第一输入元件6并通过一个飞轮20和一个旋转振动减振器21与内燃 机2的曲轴9连接。太阳轮16形成第二输入元件7并与电机3的转子 10直接连接。行星齿轮架17形成输出元件8并与作为自动变速器构成 的变速器4的输入轴11直接连接。设置在输入轴11与外壳件22之间 的方向空程23用于在通过电机3启动内燃机2时支承输入轴11 。
变速器4以中间轴结构构成并总计具有六个前进挡以及一个倒 挡，它们可以各自通过异步的牙嵌离合器有选择地切换。锁止离合器 12设置在电机3的转子10与连接轴24之间，内燃机2通过该连接轴 与内齿圈19连接。在这种传动系1上，在变速器4的内部换挡过程之前输入轴11上 必须产生转矩自由度，以便可以使所挂入的负荷挡无负荷地摘挡并使 所要挂入的目标挡无负荷地同步和挂入。
为此依据图1的功能图，内燃机的转矩M一VM或M_VM—soll基 本上作为取决于汽车和操作的工作参数(如车速v、挂入的挡位G和 加速踏板位置x—Fp)的函数，通过时间进程M—VM一soll二f(t)的预定值 由控制装置14的额定值发送器14.1降低。
电机转矩的实际值M一VM一ist输送到控制装置14的第二额定值发 送器14.2，由其测定锁止离合器12的可传递的转矩的额定值M一K一soll 和电机3的转矩的额定值M—EM_solI，其与内燃机转矩M一VMJst的 进程成比例下降，确切地说，在电机3上是通过相应控制发出或者接 收的电功率以及在锁止离合器12上是通过相应控制其打开过程的压力 或者行程。
图2的流程图举例示出转矩降低期间通过测定转矩的相应额定值 (M—K—soil和M一EM一soll)而控制锁止离合器12和电机3。在程序和 方法步骤S1至S6中，进行起始值初始化，需要时在开始该方法时进 行第一控制步骤。
在步骤Sl中，将锁止离合器12的额定值M_K_soll设为锁止离合 器12的实际值M一K—ist和内燃机2实际值M一VMjst的最小值。这意 味着，离合器转矩M一K一soll在利用过压紧闭合的锁止离合器M一Kjst > M—VM—ist情况下降到内燃机的实际转矩M—VM一ist上并由此一直打开 到滑动极限。
利用步骤S2对电机3的额定转矩M—EM_soll进行初始化。在步 骤S3中，电机3实际转矩M—EMjst后面所要使用的符号SIGN在转 矩降低开始时确定，也就是测定电机在该时间点上是作为电动机还是
作为发电机工作。
利用步骤S4检查内燃机2的实际转矩M—VM一ist是否处于零转矩 附近的公差极限值内部。在正的情况下，在步骤S5中将电机3和内燃 机2的转矩比RT—M—EM/VM设为等于零，以避免与零相除。
在负的情况下，在步骤S6中在转矩降低开始时通过除法从转矩的 实际值(M—EM—ist和M—VM—ist)中计算转矩比RT_M_EM / VM 。
利用步骤S7将锁止离合器12的额定转矩M_K_soll设为锁止离合 器12和内燃机2的实际转矩(M_K_ist和M—VMjst)的最小值。由 此在此前闭合的锁止离合器12的情况下，锁止离合器12在此前介绍 的下降后继续与内燃机2的降低的实际转矩M—VM—ist成比例地，也就 是在滑动极限上打开。
在开始较小的实际转矩M一K—ist，也就是在锁止离合器12至少部 分打开的情况下，额定转矩MJC—soll这样长时间地保持，直至锁止离 合器12通过内燃机2下降的转矩M—VMjst达到滑动极限(M一K—ist = M—VM—ist)。从此时起如在其他情况下那样，锁止离合器12的额定转 矩M_K_soll，也就是可传递的转矩与内燃机2的实际转矩M_VM_ist 成比例降低。
在步骤S8中，通过确定电极3的额定转矩M—EM—soil,由该电机 在电动机运行中输出的或者在发电机运行中接收的转矩M_EM—ist与 实际转矩M一VM—ist成比例下降。在这种情况下通过公式
<formula>formula see original document page 11</formula>使在零转矩附近出现的内燃机2的转矩波动在电机3上不导致电动机 和发动机运行的变更，通过该运行变更会出现负荷交替冲击并引起旋 转振动。在此方面，表达式VZ M EM是用于电机转矩的符号，ABS
表示后项的绝对值。
利用步骤S9检査内燃机2的实际转矩M—VM一ist是否完全降到预
先规定的公差极限值内。在正的情况下转矩降低结束。在负的情况下
持续实施步骤S7和S8，直至满足步骤S9的条件。
图3现在示出一个实施例的转矩分布，其中在开始降低转矩之前 (t>t0)锁止离合器12利用过压紧闭合(M_K>M_VM)和电机3作 为电动机工作(M_EM>0)。转矩降低开始时(t = t0),首先锁止离 合器12—直打开到滑动极限(M_K = M_VM)。随后锁止离合器的转 矩(M_K)和电机的转矩(M—EM)与内燃机2的转矩(M—VM)成比 例降低。由此所有转矩(M_VM、 M_K、 M—EM)在时间点tl上同时 达到其中间值。因为转矩降低开始时(t = t0)在累加传动机构5、 15 上存在的转矩平衡直至结束(t = tl) 一定程度上保持，所以在累加传 动机构5、 15上不出现值得一提的转速变化。依据本发明的方法同样 形成转矩降低的最快途径。
图4示出一个实施例的转矩分布，其一定程度上与图3的转矩分 布相同。唯一的区别在于，电机3在转矩降低开始前(t>t0)作为发 动机工作(M—EM<0)。锁止离合器12在滑动极限(M—K = M—VM) 上打开后，锁止离合器12的转矩(M_K)和电机3的转矩(M—EM) 也与内燃机2的转矩(M_VM)成比例一直降到零。
图5和6相反示出转矩分布，其中相关的汽车在换挡要求的时间 点上处于启动过程中，电机3作为电动机(M_EM>0)工作，而锁止 离合器12处于滑动状态下(M_K<M_VM)并闭合。
在图5的第一方法方案中，锁止离合器12随着转矩降低的开始(t =t0)保持在相关可传递的转矩M一K上，直至其在时间点t二t2上通过 内燃机2的降低的转矩达到滑动极限。随后锁止离合器12保持在滑动
极限(M—K = M—VM)上并因此与内燃机2下降的转矩M一VM成比例 地打开。而电机3的转矩(M_EM)则相反从开始起就与内燃机2的转 矩(M—VM)成比例地一直降到零。通过锁止离合器可传递的转矩M—K 在时间间隔t = t0至t = t2上保持恒定，虽然造成累加传动机构5上很 小的不平衡，但縮短了锁止离合器12的滑动阶段。
在图6的第二方法方案中，在与图5的例子相同的工作条件下， 锁止离合器12从转矩降低开始(tM0)起就与内燃机2的转矩(M一VM) 成比例打开。由此避免累加传动机构5上的不平衡，但延长了锁止离 合器12的滑动阶段。
与图7和8所示的实施例无关，本发明也包括该方法在内燃机2、 电机3、累加传动机构5、离合器12与这里未单独示出的变速器4之 间具有其他任何可能和不同传动连接的传动系上使用。附图标记
1 传动系
2 内燃机
3 电机
4 变速器，自动变速器
5 累加传动机构
6 (第一)输入元件
7 (第二)输入元件
8 输出元件
9 曲轴 10转子 11输入轴
12锁止离合器
13传感器和控制线路
14控制装置
14.1额定值发送器
14.2额定值发送器
15行星齿轮箱
16太阳轮
17行星齿轮架
18行星齿轮
19内齿圈
20飞轮
21旋转振动减振器 22外壳件 23方向空程 24连接轴
ABS 绝对值 f(t) 时间函数
G挂入的挡位
M转矩
M一EM3的转矩
M一EM一ist3的实际转矩
M_EM_soll3的额定转矩
M_K12 (可传递)的转矩
M一K—ist12的实际转矩
M_K—soll12的额定转矩
M_VM2的转矩
M—VM—ist2的实际转矩
M—VM-minM_VM的极限值
M一VM一soll2的额定转矩
MAX最大值
MIN最小值
RT—M转矩比
SIGN符号
SI -S9方法步骤
t时间
to时间点
tl时间点
V行驶速度
VZ M转矩的符号
x—Fp加速踏板位置
权利要求
1.用于控制汽车传动系的方法，该传动系包括内燃机(2)、电机(3)和变速器(4)，它们通过一个具有两个输入元件(6、7)和一个输出元件(8)的累加传动机构(5、15)以及通过一个作为摩擦离合器构成的锁止离合器(12)相互连接，其中第一输入元件与内燃机(2)的曲轴(9)抗扭连接、第二输入元件与电机(3)的转子(10)抗扭连接以及输出元件(8)与变速器(4)的输入轴(11)抗扭连接，以及其中锁止离合器(12)设置在累加传动机构(5、15)的两个元件之间，其中，在换挡过程之前降低内燃机(2)和电机(3)的转矩以及打开锁止离合器(12)，其特征在于，内燃机(2)的转矩(M_VM)按照事先规定的时间进程(M_VM_soll＝f(t))降低；只要锁止离合器(12)在转矩降低开始时(t＝t0)至少部分闭合，锁止离合器(12)就达到滑动极限并且随后在滑动极限上与内燃机(2)的下降的转矩(M_VM_ist)成比例地打开；以及电机(3)的转矩(M_EM_soll)以转矩降低开始时(t＝t0)转矩的比例(M_EM_ist/M_VM_ist)与内燃机(2)的转矩(M_VM_ist)成比例地降低。
2. 按权利要求l所述的方法，其中，在转矩降低开始时(t = t0) 锁止离合器(12)完全闭合的情况下，首先锁止离合器(12) —直打 开到滑动极限，并随后降低内燃机(2)和电机(3)的转矩(M一VM、 M—EM)，以及继续打开锁止离合器(12)。
3. 按权利要求l所述的方法，其中，在转矩降低开始时(t=t0) 锁止离合器(12)部分闭合的情况下，首先将锁止离合器(12)的可 传递的转矩(MJO保持恒定，直至通过内燃机(2)的下降的转矩(M_VM—ist)达到滑动极限；以及锁止离合器(12)随后在滑动极限 上与内燃机(2)的转矩(M—VM—ist)成比例地打开。
4. 按权利要求l所述的方法，其中，在转矩降低开始时(t = t0) 锁止离合器(12)部分闭合的情况下，锁止离合器(12)的可传递的转矩(M_K)以转矩降低开始时的比例(M_K_ist/M_VM—ist)与内燃 机的转矩(M一VMjst)成比例地通过打开而降低。
5.按权利要求l所述的方法，其中，在转矩降低开始时(t = t0) 锁止离合器(12)完全打开的情况下，锁止离合器(12)在转矩降低 期间(t二t0至t-tl)保持在该状态下。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制汽车传动系的方法，该传动系包括内燃机(2)、电机(3)和变速器(4)，它们通过一个具有两个输入元件(6、7)和一个输出元件(8)的累加传动机构(5、15)以及通过一个作为摩擦离合器构成的锁止离合器(12)相互连接，其中第一输入元件与内燃机(2)的曲轴(9)抗扭连接、第二输入元件与电机(3)的转子(10)抗扭连接以及输出元件(8)与变速器(4)的输入轴(11)抗扭连接，以及其中锁止离合器(12)设置在累加传动机构(5、15)的两个元件之间，其中，在换挡过程之前降低内燃机(2)和电机(3)的转矩以及打开锁止离合器(12)。为实现累加传动机构(5、15)中的转矩降低，内燃机(2)的转矩按照事先规定的时间进程降低，锁止离合器(12)只要其在转矩降低开始时至少部分闭合就达到滑动极限并随后在该滑动极限上与内燃机(2)的下降的转矩成比例地打开，以及电机(3)的转矩以转矩降低开始时的转矩比例而与内燃机(2)的转矩成比例地降低。
文档编号B60W30/18GK101374710SQ200780003476
公开日2009年2月25日 申请日期2007年1月16日 优先权日2006年1月26日
发明者斯蒂凡·沃尔纳, 诺特科·阿曼 申请人:Zf腓德烈斯哈芬股份公司