用于混合动力汽车的驱动装置和用于运行驱动装置的方法与流程

本发明涉及一种用于混合动力汽车、尤其用于加版轻度混合动力汽车(mild-hybrid-plus-kraftfahrzeug)的驱动装置，其具有内燃机、第一电机(其能够与内燃机的曲轴相连)、第二电机(其能够与混合动力汽车的汽车传动装置耦连)。此外，本发明涉及一种相应的方法。

背景技术：

具有内燃机和第一电机(其以皮带传动与内燃机的曲轴相连)的现代混合动力汽车基本上是已知的。第一电机或皮带传动器可以通过离合器与内燃机的曲轴耦连。第一电机在此可以以发电机模式运行(包含回收)，用于为汽车的汽车电路供电并且为电池充电。第一电机也可以以电动机模式支持内燃机(助力)。在皮带传动器和内燃机的曲轴之间连接离合器用于电机的这些模式。此外离合器也可以被打开，用于将皮带传动器与内燃机的转速脱耦并且由此降低皮带传动器的拖曳损失，由此可以提高内燃机的效率。另外的(第二)电机在此可以以发电机模式运行(包含回收)，用于为汽车的汽车电路供电并且为电池充电。第二电机也可以在发动机模式中支持内燃机(助力)并且此外被用于纯电动行驶。对于大致5-15kw/t的电动机功率涉及的是轻度混合动力汽车。

在此被证明具有的缺点在于，汽车的行驶性能以及效率通过所述离合器的不利的操作被损害。尤其不利的是，在离合器闭合从而皮带驱动器被连接时，两个电机始终被使用，其中第一电机(结合皮带传动器中的损失)减小了由内燃机输出的可用的机械功率、从而导致了燃料消耗增加。另一方面不利的是，通过皮带传动器驱动的一些设备(例如机械空调压缩机)在离合器打开时在没有第一电机发动机运行时、不能运行。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，克服至少一个由现有技术已知的缺点。本发明所要解决的技术问题尤其在于，提供一种改进的驱动装置和用于运行该驱动装置的相应的方法，其优化了第一电机和内燃机之间的操作或连接，并且保证了更好的行驶运行、尤其驱动装置的更好的运行和提升的行驶舒适性。

在此，本发明提供一种用于混合动力汽车、尤其用于加版轻度混合动力汽车的驱动装置，其具有内燃机、第一电机(其能够与内燃机的曲轴相连)和第二电机(其能够与混合动力汽车的汽车传动装置或者变速器耦连)。例如在平行混合动力方案中，第二电机布置在在变速器的行驶离合器和车轮之间。

此外，按照本发明规定，第二电机直接与混合动力汽车的汽车传动装置耦连。在此可以有利地实现的是，第二电机可以设置在车轮附近，用于在发电机模式中以理想的效率直接从驱动轴获取动能。

备选地，第二电机连同汽车传动装置布置在未被内燃机驱动的驱动轴或者车轴上(前部/尾部)(例如具有差速器的电驱动轴和在车轮上的驱动轴)。备选地，第二电机的功能通过多个电机提供(例如两个轮毂发动机)。

此外，按照本发明规定，第一电机可以耦连在皮带传动器中或者直接与内燃机的曲轴耦连。因此可以有利地实现驱动装置不同的结构实施形式，例如具有在相同驱动轴上的间隔的第一电机或者具有在皮带传动器中的间隔的第一电机的平行的混合动力。根据车型和汽车中的结构空间需求，驱动装置的一个或另外的实施形式是有利的。

按照本发明，驱动装置具有控制单元，所述控制单元设计用于在超过混合动力汽车的极限速度时进行第一电机与内燃机曲轴的脱耦，其中所述极限速度根据在混合动力汽车中的需要的电功率、用于提供所述电功率的所有参与的部件的效率和/或第二电机的可提供的发电机功率确定。备选地，所述驱动装置按照本发明具有控制单元，该控制单元设计用于在超过第二电机的极限转速时进行第一电机与内燃机曲轴的脱耦，其中第二电机的极限转速根据在混合动力汽车中的需要的电功率、用于提供所述电功率的所有参与的部件的效率和/或第二电机的可提供的发电机功率确定。

按照本发明，加版轻度混合动力汽车理解为轻度混合动力汽车，其具有两个电机。第一电机在此可以连接在皮带传动器或者直接与内燃机的曲轴耦连。在此，第一电机例如在冷启动、静止启动和/或从电动行驶中的启动中启动内燃机。第二电机在此可以实现纯的电动行驶，例如当内燃机被关闭时。两个电机可以被用于助推，例如作为内燃机的补充电动式提高驱动力矩。此外，两个电机可以被用于回收。第二电机在此可以无需内燃机地进行回收并且第一电机借助内燃机进行回收。

按照本发明的控制单元可以是混合动力汽车中的中央控制单元、例如发动机控制器，其按照本发明装有相应的软件和/或计算机程序产品，用于按照本发明地实现第一电机与内燃机改进的耦连和脱耦。但是同样按照本发明的控制单元也可以是特殊设计的控制单元，其可以按照本发明地实现第一电机与内燃机的曲轴的改进的耦连和脱耦。

在此，本发明的构思在于，在混合动力汽车中理想地应用两个电机，用于提高整体系统的效率、以及提高汽车空调的可用性。为此，在第一电机和内燃机之间的离合器当超过特定的、按照本发明具体确定的第二电机的极限速度或极限转速(其是取决于必要电功率以及车辆中的总效率选择的)时被打开并且第一电机脱耦。

在第一电机脱耦时，混合动力汽车中的耗电器的发电和供电(电需求)优选通过第二电机(例如当混合动力汽车行驶时)或者仅辅助式地通过蓄能器(例如在混合动力汽车静止时)实现。这按照本发明始终在以下情况中发生，即当第二电机能够有效地为混合动力汽车中的全部消耗器供电时，或者当第二电机不能发电机式地工作(例如当其被用于电力行驶时)或者在汽车静止时，仅当蓄能器能够满足所述电需求时。按照本发明的控制单元在此检测两个电机的有效功率，它们的效率和/或蓄能器的充电状态。控制单元还监测混合动力汽车中的电需求或能量需求。第二电机的发电的有效功率(发电机功率)除了机器属性自身(扭矩特性/功率特性/效率特性)之外还取决于选择的变速器传动比。按照本发明，脱耦时间点通过控制单元这样选择，使得变速器传动比被考虑并且优选自动为了有利的回收而被调整。

此外，皮带传动器/第一电机在低于特定的、按照本发明专门确定的最小速度或第二电机的最小转速(其取决于汽车中需要的电功率)时被耦连。为此，在第一电机和内燃机之间的离合器被闭合。

在第一电机耦连时，混合动力汽车中的耗电器的发电和供电(电需求)通过两个电机之一或者必要时通过两个电机的组合(例如当混合动力汽车行驶时)或者仅辅助式地通过蓄能器(例如在混合动力汽车静止时)实现。按照本发明的控制器在此监测两个电机的有效功率、其效率和/或蓄能器的充电状态。控制单元还监测混合动力汽车中的电需求或能量需求。两个电机的发电的有效功率(发电功率)除了机器自身属性(扭矩/功率/效率属性)之外还取决于所选择的变速器传动比或变速器挂入的挡位。按照本发明耦连时间点通过控制单元这样选择，即变速器传动比被考虑并且优选自动地被调整用于有利的回收。

此外，按照本发明规定，迟滞或者去抖时间(1s、5s、10s)(entprellzeit)、第二电机的转速(5001/min、10001/min、15001/min)、行驶速度(5km/h、10km/h、15km/h)被考虑，用于正面地影响可行驶性或行驶舒适性。

此外，在本发明的范畴中，空调压缩机与皮带传动器耦连。按照本发明的驱动装置提供了这样的优点，即集成在皮带传动器中的部件、例如空调压缩机、通过以发动机模式中的第一电机和通过皮带传动器、独立于内燃机的转速运行。在此，第一电机的供电通过发电机模式中的第二电机和/或通过蓄能器进行。由此根据冷却功率需求可以自由地选择机械空调压缩机的工作点并且在考虑第一电机、第二电机和空调压缩机的效率和功率特性的情况下以最好的效率提供制冷功率。本发明尤其借助不实现内燃机转速的无极调节的分级的变速器(手挡变速器、自动式手挡变速器、双离合变速器、变矩自动变速器)提供上述优点。此外，与在较高转速时实现其最大功率(例如mpi)的内燃机结合是有利的。在冷却功率需求较小并且发动机功率较高时(例如行驶速度很高或者带有拖车的山路行驶)，在空调压缩机上的转速明显降低。因此始终提供期望的空调功率并且因此显著改善行驶舒适性。

按照本发明规定，第一电机能够通过离合器与内燃机的曲轴耦连。在第一电机或皮带传动器和曲轴之间的可接通的离合器的优点按照本发明在于，在行驶运行中(电流通过第二电机产生)或者在发动机静止状态中，皮带传动器仍可以工作。因此一方面，皮带传动和必要时集成在其中的空调压缩机能够独立于内燃机地运行，并且另一方面内燃机在行驶运行中可以被卸载，由此减小燃料消耗和有害物质排放。在此，离合器可以电动地、液压地或者电磁地接通。所述离合器在此可以作为力锁合的离合器、例如摩擦离合器，但是或者设计为形状配合的离合器、例如爪式离合器。摩擦离合器的优点在于，当内燃机和皮带传动器之间存在转速差时摩擦离合器也可以快速地闭合。形状配合式离合器的优点在于，其可以简单和有利地构造有较小的辅助能量需求和较高的效率。

此外按照本发明可以考虑的是，第二电机能够通过离合器与混合动力汽车的汽车传动装置耦连。其优点在于，当第二电机不需要时，其能够与汽车传动装置脱耦，用于避免第二电机的磨损并且通过第二电机导致的拖曳损失至少被降低。在此可以考虑的是，第二电机冗余地与混合动力汽车的汽车传动装置脱耦。在此可以考虑的是，第二电机设计为永久激励的同步机器、异步机器、步进机器或者类似设备。因此可以实现的优点是，第二电机可以辅助式的运行。此外可以考虑的是，第二电机可以具有可接通的自由轮离合器，用于无力矩地(没有机械耦连地)与混合动力汽车的汽车传动装置脱耦，并且不削弱行驶功率。

此外，按照本发明的技术问题通过用于运行混合动力汽车、尤其用于加版轻度混合动力汽车的驱动装置的方法解决，其中，所述驱动装置具有内燃机、第一电机(其能够与内燃机的曲轴相连)和第二电机(其能够与混合动力汽车的汽车传动装置耦连)。按照本发明的方法在此包含至少一个步骤：

a)在高于混合动力汽车的极限速度时第一电机与内燃机的曲轴脱耦，其中，所述极限速度根据在混合动力汽车中的需要的电功率、用于提供所述电功率的所有参与的部件的效率和/或第二电机的可提供的发电机功率确定。

因此可以实现的优点在于，混合动力汽车中的电功率和机械功率可以理想地分配。此外有利的是，脱耦时刻始终这样选择，即当保证了理想的行驶性能和行驶舒适性以及理想的整体效率时。尤其有利的是，一旦第二电机或者当第二电机被需求用于电驱动时，蓄能器被使用用于为汽车中的耗电器供电时。因此可以减轻内燃机的负荷并且减小燃料消耗。作为另外的优点在此显然还使用按照本发明的驱动装置的优点(如上所述)，在此可以完全援引这些优点。

此外按照本发明规定，所述方法具有至少一个另外的步骤：

a’)在低于混合动力汽车的最小速度和/或第二电机的最小转速时第一电机与内燃机的曲轴耦连，其中所述最小速度和/或最小转速根据在混合动力汽车中的需要的电功率、用于提供所述电功率的所有参与的部件的效率和/或第二电机的可提供的发电机功率确定。

此外，按照本发明规定，所述方法具有至少一个另外的步骤：

b)确定混合动力汽车中来自汽车电路需求、电动空调压缩机的可选需求和/或蓄能器的再充电需求的电功率。

在此混合动力汽车中电消耗器的机械和电属性被考虑。混合动力汽车的电消耗例如由用于汽车中大多消耗器的12v汽车电路(其通过dc/dc转换器与两个电机的电路、混合汽车电路相连)的需求(汽车电路需求)、在混合汽车电路的电压水平上(或者在电压范围中)工作的另外的消耗器(例如可选的电空调压缩机、电加热器或类似设备)的需求和蓄能器(混合动力电池)的再充电需求构成，这当蓄能器之前通过纯电动行驶路程(部分)放电时会发生。基于整体的电需求(12v-消耗器、48v或hv消耗器、混合动力电池的再充电功率)可以最后确定，电能在当前行驶速度时是否仅能够仅通过第二电力机器有效地产生或者为此与内燃机耦连的第一电力机器必须被启动。在此，第一电机通过其设置方案或者相对曲轴较小的传动比也可以在汽车速度较小时实现更高的发电机功率。此外，发电机功率也可以划分至两个电机、尤其当必须满足非常高的电需求时。

附图说明

改进本发明的其他措施以下借助对本发明优选实施例的描述参照附图详细说明。在此，在权利要求中和说明书中提及的特征分别单独地或者任意组合地实现本发明。在此需要注意的是，附图仅具有描述特性并且不应以任意形式限定本发明。在附图中：

图1示出按照本发明的驱动装置的示意图，

图2示出按照本发明的方法的两个示范性的脱耦点的示意图，

图3示出机械的空调压缩机的功率特征曲线。

不同附图中始终对相同的部件使用相同的附图标记，因此原则上仅进行一次性说明。

具体实施方式

在此图1示出用于加版轻度混合动力汽车(其具有两个电机10、20)的按照本发明的驱动装置。按照本发明的控制单元17可以设计为发动机控制器，其中按照本发明的方法以软件或者计算机程序产品的形式实施。控制单元17因此按照本发明设计用于，检测混合动力汽车中的汽车电路30、确定用于使第一电机10与内燃机13的曲轴12的脱耦和/或耦连的理想的时间点，用于理想地充分利用与汽车中的电功率和机械功率。

第一电机10在本发明所示的实施例中作为皮带传动器11中的启动器-发电机与内燃机13耦连。但是备选地同样可以考虑的是，第一电机10直接在相同的驱动轴12上连接在内燃机13的曲轴12上。在两种情况中可以设置离合器14，其可以设计为摩擦离合器。第二电机20还可以与汽车传动装置21耦连，其通过机械式离合器(22)或者无力矩的断开或者可开关的自由轮离合器实现。

第一电机10可以启动内燃机13。第二电机20又可以在内燃机13内燃机13经变速器16的行驶离合器15的打开而脱耦时实现纯电动运行。两个电机10、20可以被用于作为内燃机13的补充而提高驱动力矩(助力)和/或被用于回收。第二电机20在此可以在内燃机13静止时进行回收，并且第一电机10可以利用拖曳运行中的内燃机13进行回收。所述拖曳运行指的是机械能通过内燃机13的伴随转动耗散。

内燃机13能够通过行驶离合器15与变速器16耦连。内燃机13的曲轴12在本发明的所示实施例中确定了第一驱动轴12，并且汽车传动装置21确定第二驱动轴21(差速器中间轴21)。第一驱动轴12和第二驱动轴21相互平行延伸，并且沿汽车纵向观察大致前后地间隔。按照本发明的实施形式，驱动装置在汽车横向上观察具有紧凑的机构形式。同样还可以考虑的是，内燃机13、变速器16和第二电机20位于相同的驱动轴上，用于在汽车纵向上减小结构空间。

按照本发明，第二电机20设计为能够与汽车传动装置21耦连。为此，要么设置传统的机械离合器22、要么第二电机20自身设计为冗余的和/或无力矩地工作和/或具有可连接的自由轮离合器，用于无力矩地被连接。因此第二电机20的不需要的磨损和通过第二电机20导致的拖曳损失至少部分地被降低。

汽车中的汽车电路30在此具有第一电机的牵引导线31、第二电机20的牵引导线32、汽车电路分配器33、用于汽车电路的dc/dc转换器34(通常由不同的12v消耗器组成)和蓄能器35。此外，空调压缩机作为在两个电机10、20的电压水平上的耗电器布置在皮带传动器11中。空调压缩器出于简化原因在图1中未示出。汽车中的全部电需求g因此由12v汽车电路(其通过dc/dc转换器34与两个电机10、20的电路、混合汽车电路相连)的需求(汽车电路需求)、在混合汽车电路的电压水平(48v或高压电路)上的另外的消耗器、例如可选的电动空调压缩器、电加热器或者类似物的需求和蓄能器35的再充电需求构成。

在此，本发明用于在各个行驶状况中可靠地满足全部电需求g(参照图2)，也就是不损害行驶舒适性或行驶效率，因此例如空调设备可以根据需求地运行并且使燃料消耗最小化。本发明的构思因此在于，一旦全部电需求g在行驶运行中仅通过第二电机20最有效地提供，则在皮带传动器11和内燃机13之间的离合器14打开。因此一方面内燃机13被卸载、并且另一方面在皮带传动器11中的消耗器、例如空调压缩机可以与内燃机13的转速无关地工作。因此本发明目的在于理想地分配和充分利用混合动力汽车中的电功率和机械功率。

图2示出第二电机20的最大发电机功率l的特征曲线。发电机功率l取决于汽车速度v。最大发电机功率l按照本发明除了考虑用于确定有利的皮带传动器脱耦点或离合器14的耦连点的效率之外、根据整体电需求g得出。此外，示出第一电机10的最大发电机功率的取决于挡位的特征曲线(l1、l2、l3、l4、…、ln)。

在图2中示出用于举例的汽车速度v1(例如10km/h)或另外的举例的汽车速度v2(例如20km/h)的两个(皮带传动器-)脱耦点p1、p2，其对应地用于第一举例的电需求g1(例如1kw)或第二举例的电需求g2(例如5kw)。为了对比而用线ge示出蓄能器35的电的有效功率。由图2的特征曲线可以确定，自哪个速度v开始第二电机20基于其功率特性满足全部电路需求g。附加地还考虑用于提供汽车电路需求g的效率。如果在脱耦点p1或p2、或者在所述汽车速度v1/v2时、仅通过第二电机20的用于产生汽车电路需求的整体效率超过耦连情形的整体效率，则第一电机10与内燃机13脱耦并且整体电需求g可以仅通过第二电机20满足，其中第一电机10的必要时需要的附加的电需求(在发动机模式中用于驱动机械的空调压缩机)也可以被满足。但是如果当前的电需求g超过第二电机20的当前可提供的最大发电机功率l，则既有第一电机10(离合器14再次闭合)以发电机模式供电、而且两个电机10、20也组合地供电。

图3示出机械的空调压缩机的取决于空调压缩机的转速n的最大冷却功率k的示范性特征曲线。可以看出的是，随着转速n升高，空调压缩机a的输入功率a增大。在此，输入功率a在皮带传动器的最小转速nmin和极限转速nmax之间是可能的。通过系数c(性能系数)示出冷却功率k与输入功率a之间的比例。此外可以看出的是，系数c取决于转速。若系数c的数值越高、则空调压缩机的效率越高。若汽车在转速nakt行驶时，但是与点kopt的要求相似地需要较小的冷却功率k，则在空调压缩机上转速朝向nopt下降。为此，离合器14被打开。第一电机然后以发动机模式驱动皮带传动器11，其中第一电机10的供电可以通过第二电机20进行或者在电池35具有足够的能量和有效功率时通过电池进行。此外还可以看出，汽车以较小的车辆速度(对应转速nopt)不能实现点kakt的冷却功率。为此，同样打开变速器14，然后皮带传动器11可以通过第一电机10驱动，并且第一电机10通过第二电机20供电，或者当电池35具有足够的能量和有效功率时通过电池进行。因此，按照本发明用于皮带传动器11的脱耦策略通过空调压缩机、第一电机10和第二电机20以及蓄能器35之间的功率和效率关系的知识提供。

因此图2和3示出，电机20由于其布置在车轮附近具有取决于行驶速度的最大发电机功率。电机10利用变速器的挡位，由此使得发电机功率不太依赖行驶速度。因为电机10的运行以旋转的内燃机和皮带传动器为条件，这导致了附加损失。蓄电器具有有限的输出功率或输出能量，因此其不能永久地满足汽车的消耗器的功率需求。为了理想地控制这三个部件的相互作用，图2和3示出这样必要性，即检测消耗器的当前功率需求或对于回收的当前的功率供给以及蓄能器的当前的充电和放电功率以及汽车速度和空调功率需求。借助这些知识以及所用部件的效率关系的先验的知识，可以这样控制皮带传动器的部件和离合器和变速器的行驶离合器，使得燃料消耗被最小化并且提高行驶舒适性。

此外可以考虑，对于汽车的另外的极限速度可以实现第二电机20的最大发电机功率l。在这种情况中，离合器14再次闭合，用于通过两个电机10、20再次获得电能。在此，电机10、20的发电机功率取决于变速器传动比。这可以在确定上述汽车速度时被考虑为皮带传动器的耦连点。按照本发明的控制单元17在此检测发电机功率l、汽车速度v和汽车中的整体电需求g，并且与按照本发明相应地连接或断开离合器14。

图1至3的前述说明仅在举例的范畴中描述了本发明。所述实施形式的单独的特征只要技术上是合理的显然可以自由地相互组合，只要不脱离本发明的范围即可。

附图标记清单

10第一电机

11皮带传动器

12曲轴

13内燃机

14离合器

15行驶离合器

16变速器

17控制单元

20第二电机

21汽车传动装置/第二驱动轴

22机械的或冗余的离合器

30汽车电路

31第一电机的牵引导线

32第二电机的牵引导线

33电路分配器

34dc/dc转换器

35蓄能器

a空调压缩机的输入功率

c系数

g整体电需求

k空调压缩机的冷却功率

l第二电机的最大发电机功率

l1，l2，l3，l4，ln第一电机的取决于挡位的最大发电机功率

n空调压缩机的转速

v汽车速度