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CN108349484B - 混合动力车辆的驱动装置的运行和混合动力车辆 - Google Patents

混合动力车辆的驱动装置的运行和混合动力车辆 Download PDF

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CN108349484B CN201680065525.0A CN201680065525A CN108349484B CN 108349484 B CN108349484 B CN 108349484B CN 201680065525 A CN201680065525 A CN 201680065525A CN 108349484 B CN108349484 B CN 108349484B
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Abstract

本发明涉及一种运行混合动力车辆(1)的驱动装置(3)的方法，其中，方法包括：在变速器(19)挂入第一挡位时，内燃机(5)在并行的混合动力运行中在用于第一挡位的第一转速(637,413)下运行，在并行的混合动力运行中在主离合器(K0)闭合的情况下向驱动轮(15)施加由内燃机(5)产生的牵引扭矩；转换到串行的混合动力运行，在串行的混合动力运行中内燃机(5)驱动第一电气机械(9)用于产生电能，电能被第二电气机械(11)使用，以便产生牵引扭矩；分开主离合器(K0)；在主离合器分开的情况下，将内燃机(5)的转速调整到在并行的混合动力运行中用于变速器(19)的第二挡位的第二转速；挂入变速器(19)的第二挡位；闭合主离合器(K0)；和在挂入第二挡位的情况下转换到并行的混合动力运行。

Description

混合动力车辆的驱动装置的运行和混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种运行具有变速器的混合动力车辆的驱动装置的方法和一种具有变速器的混合动力车辆，所述混合动力车辆设计用于实施所述方法。
背景技术
由德国公开文献DE 10 2013 001 095 A1已知一种用于运行混合动力驱动装置的方法，其中，该混合动力驱动装置具有能与机动车的第一车轴作用连接的内燃机、同样能与该第一车轴作用连接的第一电动机以及能与机动车的第二车轴作用连接的第二电动机。用于驱动第二电动机的电能由被内燃机在提高内燃机功率情况下驱动的第一电动机产生，或者从用于电能的储能器获取。
欧洲专利EP 1 074 087 B1公开了一种调控方法和一种用于电气混合动力车辆的内燃机的装置，其中，电动机和/或电动机/发电机布置在机器和无级变速器或者自动变速器之间，并且其中，混合动力车辆具有蓄电池和配属的控制元件。在此，当机器的速度改变时，控制器件使内燃机的功率输出基本沿理想的工作曲线保持。还可以配设第二电动机，并且第二电动机的扭矩输出可以借助系统控制器改变。
德国公开文献DE 10 2012 103 292 A1公开了一种用于运行车辆的电传动系的方法，其中配设有至少两个电动机和控制装置，电动机分别与驱动轴作用连接，其中，确定用于发动机运行和发电机运行的驾驶员期望扭矩，并且其中，在当前输出转速情况下确定电传动系的需要的总功率，并且其中单个电动机的功率被确定，并且其中，产生的单个电动机的损失功率基于被存储的用于单个电动机的损失功率特征被最小化。
德国公开文献DE 10 2009 019 485 A1公开了一种具有第一电动机和行星齿轮变速器的传动系和具有该传动系的车辆。该传动系具有第一电动机和行星齿轮变速器，第一电动机能在马达运行状态和发电机运行状态中运行，行星齿轮变速器具有转速改变装置，其中，行星齿轮变速器具有驱动侧和输出侧，并且其中，第一电动机在马达运行状态和发电机运行状态中控制地嵌入转速改变装置，以便在行星齿轮变速器中形成传动比。行星齿轮传动器的传动比被第一电动机影响，以此额外地也确定内燃机的工作点。内燃机接近其最佳效率地运行。在纯电动运行中第二电动机作为马达工作，第一电动机处于空转中并用作额外驱动器。由内燃机产生的机械能的一部分通过第一电动机转化为电能并且直接继续传输给第二电动机。第二电动机辅助加速。减速时可以通过制动能量的回收对储能器充电。
欧洲专利文献DE 602 23 850 T2的译文公开了一种用于运行混合动力车辆的驱动系统的方法，其中，该混合动力车辆包括内燃机、第一电动机/发电机、行星齿轮传动机构和第二电动机/发电机。通过内燃机在车轴处产生第一扭矩，通过第二电动机在车轴处在变速传动的每个齿轮位置产生第二扭矩，第一扭矩和第二扭矩的比例从在内燃机和第二电动机都正常运行时的第一比例改变为在要么内燃机要么第二电动机受干扰时的第二比例。
德国公开文献DE 10 2007 054 368 A1公开了一种用于选择最佳模式或者为混合动力驱动系统选择最佳传动比和驱动转速的控制架构，其包括内燃机、第一和第二电气机械和机电变速器，机电变速器可选择地运行，以便使扭矩在其间传输，并且能在多个具有固定传动比的模式和可无极调节的模式中运行。对于每个允许的运行区域状态都确定优选的运行条件和优选的成本，并且以此为基础选出优选的运行区域状态。输入策略管理部分和在优化部分中使用的成本结构信息优选地包括运行成本，运行成本总体上基于多因素确定，并且与用于确定的扭矩范围的车辆行驶特性、燃料经济性、排放和蓄电池寿命有关。此外分派和配属有燃料消耗和电能消耗的成本，该燃料消耗和电能消耗属于用于车辆的传动系统的特殊工作点。最佳的运行成本可以这样被确定，即计算整个驱动系统损失，这包括基于由燃料经济性和废气排放导致的机器功率损失加上机械系统中的损失、在电气系统中的损失和热损失。
混合动力车辆的驱动装置例如可以包括内燃机和第一电气机械和第二电气机械以及蓄电池。因而可以使用不同的驱动机组用于驱动驱动轮。混合动力车辆可以装备有变速器，变速器允许调整在内燃机的输出轴(例如曲轴)的转速和驱动轮的转速之间不同的传动比。在现有技术中，对具有变速器的混合动力车辆的驱动装置的驱动具有缺陷。例如在换挡时(即改变传动比)会出现牵引力中断。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于运行具有变速器的混合动力车辆的驱动装置的方法，其中，可以可靠且安全地进行换挡，而不损害行驶舒适度并且不使混合动力车辆的驱动件承受超出允许的高负荷。
所述技术问题按照本发明通过一种运行混合动力车辆的驱动装置用于驱动驱动轮的方法和一种混合动力车辆解决。
按照本发明的第一方面提供一种运行混合动力车辆的驱动装置用于驱动驱动轮的方法，其中，所述驱动装置包括内燃机、与所述内燃机耦连的第一电气机械、能够与所述驱动轮耦连的第二电气机械以及蓄电池，并且还包括主离合器和变速器，所述主离合器和所述变速器布置在所述内燃机和所述驱动轮之间，其中，所述方法包括：
在所述变速器挂入第一挡位时，所述内燃机在并行的混合动力运行中在用于第一挡位的第一转速下运行，在并行的混合动力运行中在主离合器闭合的情况下向所述驱动轮施加由所述内燃机产生的牵引扭矩；
转换到串行的混合动力运行，在串行的混合动力运行中所述内燃机驱动所述第一电气机械用于产生电能，所述电能被所述第二电气机械使用，以便产生牵引扭矩；
分开所述主离合器；
在所述主离合器分开的情况下，将所述内燃机的转速调整到在并行的混合动力运行中用于变速器的第二挡位的第二转速；
挂入所述变速器的第二挡位；
闭合所述主离合器；和
在挂入第二挡位的情况下转换到并行的混合动力运行。
所述方法例如可以由混合动力车辆的驱动装置控制器和/或发动机控制设备实施。所述方法可以以软件和/或硬件实施。所述方法尤其可以(至少部分地)通过软件程序实现，所述软件程序被载入发动机控制设备和/或驱动装置控制器的存储器中。所述方法尤其可以包括，向内燃机和/或第一电气机械和/或第二电气机械和/或蓄电池和/或向主离合器和/或向变速器传送一个或者多个控制信号，所述控制信号控制这些组件用于启动专门的方法步骤。所述控制信号可以包括光学的和/或电的和/或机械的信号。驱动装置控制器和/或发动机控制设备还可以接收一个或者多个输入信号，例如在驱动装置的部件的运行参数方面，例如转速、扭矩、功率等。所述方法也可以包括接收表示目标驱动扭矩的信号(例如通过加速踏板位置表示)。
混合动力车辆尤其可以包括两个或者四个驱动轮或者更多的驱动轮。内燃机例如可以是柴油机或者汽油机。第一电气机械和第二电气机械设计为既可以电动机式运行(用于产生驱动扭矩)和/或发电机式运行(当其被机械驱动时用于产生电功率)。第一电气机械可以基本上以发电机式运行并且可以相应地有时也称为发电机。第二电气机械可以基本上以电动机式运行并且可以有时也称为牵引机和/或牵引电动机。
变速器被布置和设计为，将内燃机的输出轴与驱动轮的驱动轴以不同的传动比(例如两个不同的、三个不同的、四个不同的、五个不同的、六个不同的或者更多数量的不同的传动比)机械地耦连。变速器为此具有至少两个挡位。例如可以通过挂入第一挡位或第二挡位调整内燃机的输出轴的转速和驱动轮的转速之间的两个不同的传动比2.8和5。另外的传动比也是可能的。在并行的混合动力运行中在主离合器上没有拖曳或者仅有较低拖曳的情况下，在传动比i＝2.8时，例如内燃机的1000转/分钟的转速相应于约42km/h的行驶速度(取决于驱动轮直径)。
在并行的混合动力运行中，(在变速器和一个或者多个驱动轮之间的)主离合器被闭合，所以变速器的输出轴与驱动轮的驱动轴机械地耦连。在并行的混合动力运行中，施加在驱动轮上的牵引扭矩仅借助内燃机产生，第一电气机械和/或第二电气机械可以关闭，至少不增加牵引扭矩。在另一种实施方式中，在并行的混合动力运行中第一电气机械和/或第二电气机械也可以至少部分地用于增加牵引扭矩(下文中有时也称为助力运行)。相对于串行的混合动力运行，并行的混合动力运行(尤其在仅借助内燃机产生牵引扭矩的情况下)原则上可以尤其作为消耗最优的运行执行。
在串行的混合动力运行中，在某些实施方式中施加在驱动轮上的牵引扭矩可以仅借助第二电气机械产生。在另外的实施方式中，内燃机也可以至少部分地用于增加牵引扭矩。然而原则上在串行的运行中主离合器是分开的，使得内燃机(可能产生)的扭矩不会机械地传递到驱动轮的驱动轴。取而代之的是，内燃机(可能产生)的扭矩和/或功率用于驱动在发电机式运行中的第一电气机械，以便由此产生电能，所述电能被输送给第二电气机械，用于产生驱动扭矩。
混合动力车辆或者说混合动力车辆的驱动装置可以设计为除了并行的混合动力运行和串行的混合动力运行以外也执行纯电气运行，在纯电气运行中牵引扭矩(尤其仅)借助第二电气机械产生。
所述方法包括，在挂入第一挡位期间在并行的混合动力运行中运行驱动装置，向串行的混合动力运行转换，并且接着在挂入第二挡位期间在并行的混合动力运行中运行驱动装置。在此，在挂入第一挡位期间可以执行从并行的混合动力运行向串行的混合动力运行的转换。在串行运行中可以进行内燃机的转速调节，于是可以执行从串行的混合动力运行向并行的混合动力运行中的转换。最后，在挂入第二挡位期间，驱动装置可以在并行的混合动力运行中运行。在此，主离合器可以除了调节内燃机转速的时间以外始终闭合，所述转速调节可以在主离合器分开的情况下进行。
内燃机转速的调节可以包括燃料的受控的导入(例如增加导入的燃料或者减少导入的燃料)。换挡可以对牵引力无影响地进行，尤其这样进行，即在换挡时提供的牵引扭矩和/或牵引功率，与在换挡前和换挡后提供的牵引扭矩和/或牵引功率之间的可合适地选择的(例如借助加速踏板例如通过驾驶员意愿选择)变化一致。以此可以在换挡期间改善行驶舒适度，而同时可以实现消耗最优和或者说能源最优的运行。
由于换挡，内燃机可以根据目标驱动扭矩和/或目标驱动功率并且也根据行驶速度和/或驱动轮转速而消耗优化和/或能量优化地运行，在其中挂入变速器的这样的挡位，使得能量消耗被最小化、污染排放被优化和/或组合标准被满足。
主离合器只需要在串行的混合动力运行期间分开，而在(在第一挡位或者在第二挡位中)并行的混合动力运行期间，和在从第一挡位中的并行的混合动力运行转换为串行的混合动力运行期间，和在从串行的混合动力运行转换至第二挡位中的并行的混合动力运行期间，主离合器可以闭合。
在第一时间点和第二时间点之间可以实施向串行的混合动力运行的转换。从所述第一时间点起，可以借助所述内燃机(通过相应的机械耦连)驱动所述第一电气机械，以便(在第一电气机械的发电机式运行中)产生随时间增加的电能，所述电能被输送到(在电动机式运行中工作的)所述第二电气机械，以便产生随时间增加的扭矩(和/或功率)，该扭矩与在所述主离合器上由所述内燃机产生的随时间减小的扭矩一同提供牵引扭矩。
从所述第二时间点起可以(尤其仅)借助所述第二电气机械提供牵引扭矩。因此从第二时间点起(尤其直至第三时间点)，主离合器可以是分开的，以便接着把内燃机的输出轴与驱动轮的驱动轴机械地脱耦。因此，内燃机转速的改变对行驶速度和/或牵引扭矩没有直接的反作用。因此可以换挡而不影响驾驶员期望。
在第三时间点和第四时间点之间可以实施(从串行的混合动力运行)向并行的混合动力运行的转换。从所述第三时间点起，可以借助所述第一电气机械在由所述内燃机驱动的发电机式运行中产生随时间减少的电能，并且所述电能可以产生相应的随时间增大的从内燃机传递到主离合器的扭矩。从所述第四时间点起可以(尤其仅)借助所述内燃机产生牵引扭矩。在另外的实施方式中，也可以在并行的混合动力运行中(在挂入第一挡位期间和/或在挂入第二挡位期间)(至少部分地)借助第一电气机械和/或第二电气机械产生牵引扭矩，或者这样产生的扭矩可以直接用于增加牵引扭矩。
主离合器尤其可以在第一时间点和第二时间点之间以及也在第三时间点和第四时间点之间是闭合的，使得内燃机的输出轴机械地与驱动轮的驱动轴耦连。在第一时间点和第二时间点之间以及在第三时间点和第四时间点之间，牵引扭矩可以既由内燃机也由第二电气机械产生(第二电气机械通过由第一电气机械产生的电能驱动)。以此在一些实施方式中可以执行可靠的从内燃机到第二电气机械的和从第二电气机械到内燃机的功率过渡或者说扭矩过渡。
在第二时间点和第三时间点之间，主离合器可以是分开的，并且因此优选在第二时间点和第三时间点之间可以对牵引扭矩不具有直接作用地和/或对行驶速度不具有直接作用地调整所述内燃机的转速。若所述第二转速高于所述第一转速，从第二时间点起(例如在第二时间点和第三时间点之间)可以增加向所述内燃机的燃料输入，以便尤其提高内燃机的转速。若所述第一转速(或者通常在第二时间点的和/或在第二时间点后的时间段中(实际的)转速)高于所述第二转速，可以从第二时间点起减少向所述内燃机的燃料输入，以便尤其降低内燃机的转速。
在一些实施方式中，对于在平道上(速度)不变的行驶的情况额外地从第三时间点起将燃料输入(近似地和在忽略驱动装置的变化的总效率的情况下)变回到第二时间点前的值，在第三时间点时尤其内燃机的转速与第二转速相等或者尤其基本相同。在另外的实施方式中，燃料输入不需要变回到第二时间点前的值。
通过在第二时间点和第三时间点之间把内燃机的转速改变为第二转速，内燃机可以为并行的混合动力运行准备就绪。转速的改变可以在第三时间点结束。在第三时间点可以挂入第二挡位。
在此，基于第一挡位的传动比、第二挡位的传动比和第一转速和/或第一行驶速度和/或第一驱动轮转速确定所述第二转速。对于(速度)不变的行驶，第二转速尤其可以这样(预先)确定，即在第一挡位中在并行的混合动力运行期间，混合动力车辆的行驶速度与在第二挡位在并行的混合动力运行时的行驶速度相等或者尤其基本相同。
变速器可以包括多于两个的挡位，在其他挡位之间的另外的转换过程可以类似地执行。
在从第一挡位向第二挡位转换时提供的牵引扭矩可以与在换挡前和换挡后提供的牵引扭矩之间可适合地选择的变化相一致。因而可以例如柔和地、平稳地和尤其不具有在加速度或者速度方面不被驾驶员期望的改变地换挡。
牵引扭矩尤其可以在整个从第一挡位向第二挡位的转换方法期间与目标牵引扭矩相应(和/或基本相同)，目标牵引扭矩例如通过加速踏板位置由驾驶员要求。
所述内燃机能够以一个功率运行，该功率比目标驱动功率多出负荷点升高功率。目标驱动功率例如可以通过加速踏板的踏板位置确定并由驾驶员预设。所述方法可以还包括在挂入第一挡位(并且驱动装置在并行的混合动力运行中工作)期间、在从第一挡位向第二挡位转换期间和在挂入第二挡位(并且驱动装置又在并行的混合动力运行中工作)期间，以与负荷点升高功率一致的充电功率对蓄电池充电。因而可以向蓄电池输送电能并且以时间为单位输入的电能可以与充电功率一致。充电功率相应于或者说数字上相等于负荷点升高功率，也就是实际由内燃机提供的功率和实际向驱动轮传输的功率之间的差值。若希望对蓄电池再充电，所述方法也可以被实施。因此再充电不必因为换挡而被强制中断，而是可以持续地执行和进行。
当所述第二挡位具有比所述第一挡位更高的、根据所述内燃机转速与所述驱动轮转速的传动比时，并且当同时满足下述条件之一时：即目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第一挡位的由行驶速度决定的第一并行混合动力运行阈值(尤其扭矩阈值和/或功率阈值)，或者目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第一挡位的由行驶速度决定的第一并行混合动力运行阈值与由第一电气机械和/或第二电气机械可提供的最大附加驱动值(尤其附加扭矩和/或附加功率)之和，则实施从所述第一挡位向所述第二挡位的转换。以此在一些实施方式中实现，混合动力车辆继续在并行的混合动力运行中运行，并行的混合动力运行通常相对于串行的混合动力运行是消耗有利的。因而可以通过向第二挡位的转换避免在串行的混合动力运行(其通常在能量需求或者需要的燃料消耗方面是不利的)中运行。取而代之的是可以(在并行的混合动力运行中)从第一挡位向在第二挡位中的并行的混合动力运行中转换，以便由此能利于消耗有利地行驶。
是否首先在处于第一挡位中使用第一电气机械和/或第二电气机械的附加驱动扭矩用于实现目标驱动扭矩，或者是否一旦目标驱动扭矩和/或目标功率高于由行驶速度决定的第一并行混合动力运行阈值便挂入第二挡位，这可以基于相应的能量消耗值的分析决定。优选的是，一旦目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第一挡位的由行驶速度决定的第一并行混合动力运行阈值时，就向第二挡位转换。
若目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第二挡位(或者尤其针对具有最高传动比的挡位)的由行驶速度决定的第二并行混合动力运行阈值，则另外所需的附加扭矩可以由所述第一和/或第二电气机械提供。由此可以扩大并行的混合动力运行，以便由此延迟或者说避免转换到通常更不利于消耗的串行运行。当目标驱动扭矩高于针对第二挡位的由行驶速度决定的第二并行混合动力运行阈值和由第一和/或第二电气机械可提供的最大附加扭矩之和时，便转换到串行的混合动力运行。因而可以消耗有利地运行混合动力车辆。
按照本发明的第二方面提供一种混合动力车辆，所述混合动力车辆具有用于驱动混合动力车辆的驱动轮的驱动装置，所述驱动装置包括内燃机、与所述内燃机耦连的第一电气机械、能够与所述驱动轮耦连的第二电气机械以及蓄电池，并且还包括主离合器和变速器，所述主离合器和所述变速器布置在所述内燃机和所述驱动轮之间，并且所述混合动力车辆还具有驱动装置控制器，其设计用于实施或控制按照上述实施方式之一所述的方法。
驱动装置控制器也可以称为发动机控制设备。
附图说明
在此参照附图阐述本发明的实施方式。本发明不限于所示和所述的实施方式。
图1示出按照本发明的实施方式的混合动力车辆的示意图，其构造用于实施按照本发明的实施方式的方法；
图2示出在运行驱动装置的方法中运行模式的运行范围以及换挡的示意图；
图3示出由图1示出的混合动力车辆在并行的混合动力运行中提供的扭矩和功率的变化曲线；
图4示出按照本发明的实施方式的用于运行混合动力车辆的驱动装置的方法的方法步骤示意图；
图5示出按照本发明的实施方式的用于运行混合动力车辆的驱动装置的方法的示意图；
图6示出在按照本发明的实施方式的用于运行混合动力车辆的驱动装置的方法中驱动装置的部件的运行参数的示意图。
具体实施方式
图1示出的混合动力车辆1具有驱动装置3以及驱动装置控制器6，驱动装置控制器6设计用于执行按照本发明的实施方式的用于控制混合动力车辆1的驱动装置3的方法。驱动装置3包括具有多个气缸7的内燃机5、第一电气机械9(也称为发电机)、第二电气机械11(也称为牵引机)和蓄电池13，蓄电池13通过未示出的供能线缆(和功率电子器件)与第一电气机械9和第二电气机械11相连。
为了驱动混合动力车辆1，驱动装置3可以在三个运行模式下运行。首先在纯电气运行中，其中借助第二电气机械产生(例如施加在驱动轮15上的)牵引扭矩，而内燃机5被关闭(因此尤其不从未示出的燃料箱向内燃机输送燃料)。第二是驱动装置3能在串行的混合动力运行中运行，其中，借助第二电气机械11产生牵引扭矩，并且内燃机5驱动第一电气机械9用于产生电能，所产生的电能又(或者直接地或者经蓄电池13)传输至第二电气机械11。第三是驱动装置3能在并行的混合动力运行中运行，其中，借助内燃机5产生牵引扭矩并且尤其第二电气机械11和/或第一电气机械9被关断。
在图1所示的混合动力车辆1中驱动装置3还包括主离合器K0(17)以及变速器19，这两个都布置在内燃机5和车轮传动系21之间。车轮传动系21通过差速器25以对应的差速传动比23与驱动轮15机械地连接。第一电气机械9通过第一离合器K1(27)和通过第一传动件29与内燃机5的输出轴31相连，其中，输出轴31机械地与变速器19的输入轴32相连。变速器19的输出轴33与主离合器K0(17)相连。第二电气机械11通过第二传动件35和第二离合器K2(37)与车轮传动系21相连。
在该混合动力车辆1中实施串行-并行混合动力方案。通过在蓄能和/或功率(放电和充电功率)方面对蓄电池(也称为高压蓄电池)13的分级，混合动力车辆1可以设计为HEV(混合动力电动汽车)和PHEV(插电式混合动力汽车)。第一电气机械9(也被称为EM1)例如在功率和扭矩方面这样设计，即在考虑从内燃机5至第一电气机械9的传动比29的情况下每个可能的内燃机运行点(也被称为工作点)在串行的运行中都能被设置。第二电气机械11(也被称为牵引电动机EM2)例如在功率设定方面以内燃机5的功率设定为依据，即第二电气机械11能提供相似的最大功率。
对于并行的混合动力运行，从内燃机到驱动轮15的传动比可以以各种方法或形式规定(例如分级的或者无级的)，其中在此规定至少一个超速传动比，超速传动比例如具有从内燃机5到驱动轮15例如i＝2.8的典型传动比，这表示，当内燃机5的输出轴31转2.8圈时，驱动轮15转1圈。
在此实施方式中，牵引电动机EM2和发电机EM1的减速例如可以通过作为正齿轮级实施，也可以通过(被制动的)行星齿轮变速器实施。并行的功率路径(轴33)可以通过主离合器K0与驱动轮15脱耦。牵引电动机EM2和发电机EM1(可选地)分别通过第二离合器37(也称为K2)和第一离合器27(也称为K1)能够脱耦，以降低拖拽损失。所有离合器K0，K1和K2例如可以设计为摩擦接合的膜片式离合器和/或形状配合的爪式离合器。发电机EM1可以基本上或者仅发电机式地工作，可以用于启动内燃机，或者可以在并行的混合动力运行中用于内燃机5的助力辅助。纯电气运行(EV运行)和回收可以在主离合器K0分开和第二离合器K2闭合期间通过牵引电动机EM2(即第二电气机械)进行。
下表1中列出不同的运行模式，驱动装置1能在这些运行模式下运行，以及主离合器K0、第一离合器K1和第二离合器K2的各种耦连状态。
表1：
运行模式 K0 K1 K2
纯电气运行 分开 任意 闭合
回收 分开 任意 闭合
具有和不具有负载点升高的串行的混合动力运行 分开 闭合 闭合
不具有负载点升高的并行的混合动力运行 闭合 分开 分开
通过EM1的具有负载点升高的并行的混合动力运行 闭合 闭合 分开
通过EM2的具有负载点升高的并行的混合动力运行 闭合 分开 闭合
因此，驱动装置3能在纯电气运行(EV运行)、串行的混合动力运行和并行的混合动力运行中运行。在此，串行的混合动力运行和并行的混合动力运行都能分别设计具有或者不具有负载点升高，如上述表1所示。
通过第二电气机械11(EM2)在驱动轮15上的直接连接可以进行高效的电气运行和高效的回收。
在串行的混合动力运行中，车辆速度和/或车轮转速很低的情况下就能使用最大的内燃机功率来驱动车辆，因为在此情况中主离合器K0是分开的并且因此内燃机5的转速能与行驶速度无关地最佳地设置。由于纯电气运行(EV运行)，在主离合器K0分开的情况下通过第一电气机械9(EM1)可以实现非常舒适和牵引力适中的内燃机启动。
在并行运行中需要额外的负载点升高时，为此所需的用于产生给蓄电池充电的电功率的发电机运行可选地通过第二电气机械11(牵引电动机EM2)或者第一电气机械9(发电机EM1)进行。在不需要额外的负载点升高的并行的混合动力运行中，在图1中所示的混合动力车辆中为了最小化拖曳损失可以把第二电气机械11(牵引电动机EM2)或者第一电气机械9(发电机EM1)通过分开第二离合器37(K2)和分开第一离合器27(K1)脱耦。
纯电气运行、串行的混合动力运行和并行的混合动力运行的选择可以出于消耗最小化的目的考虑传动系组件的相应能耗/效率。
在图1中所示的驱动装置3的变速器19可以在变速器19的输入轴32和输出轴33之间设置至少两个传动比。变速器19例如可以设计为，设置两个、三个、四个、五个、六个或者更多不同的传动比。在考虑差速器传动比23的情况下设置的(总)传动比(变速器19的输入轴32至驱动轮15)在下文中以“i”表示。该传动比例如可以在1.0至20之间、尤其是例如5.0至2.8的值。
驱动装置控制器6还可以向变速器19输出控制信号4，控制信号4控制变速器19挂入确定的挡位。驱动装置控制器6设计用于在运行驱动装置的方法中控制驱动装置3的部件、即内燃机5、第一电气机械9、可与驱动轮15耦连的第二电气机械11、蓄电池13、主离合器K0(17)和变速器19。第一电气机械9在此可以通过第一离合器K1(27)与内燃机5并且尤其与内燃机5的输出轴31耦连。第一电气机械9因而可以与内燃机5耦连。
图2示出具有横坐标201和纵坐标203的坐标系，横坐标201以km/h的单位标记行驶速度，纵坐标203以单位kW标记驱动功率、尤其(目标)牵引功率，其中，在不同的区域中实施不同的运行模式，并且其中，在并行的混合动力运行挂入不同的挡位。
在区域205和区域206中执行纯电气运行，在纯电气运行中牵引扭矩仅借助第二电气机械11产生。尤其可以在低于电气运行阈值207的目标驱动功率下并且在行驶速度低于行驶速度阈值209的情况中执行在区域205中的纯电气运行。尤其可以在低于另外的电气运行阈值208的目标驱动功率下并且在行驶速度高于行驶速度阈值209的情况中执行在区域206中的纯电气运行。
若行驶速度高于行驶速度阈值209并且低于取决于行驶速度的第一并行混合动力运行阈值213，则执行在区域211中的在变速器19的第一挡位中的并行的混合动力运行。并行的混合动力运行可以不仅通过只借助内燃机5产生牵引扭矩而在第一挡位中运行，而是还可以在区域215中运行，在区域215中(除了内燃机5之外)第一电气机械9和/或第二电气机械11也用于参与产生牵引扭矩。直线217因而定义为第一并行混合动力运行阈值213和可由第一电气机械9和/或第二电气机械11产生的附加驱动的总和。
若目标驱动功率高于直线217，则按照本发明的实施方式从区域211、215中的第一挡位向区域219中的变速器19的第二挡位转换，混合动力车辆以此继续在并行的混合动力运行中运行。直线221表示由行驶速度决定的第二并行混合动力运行阈值，其与内燃机5最大能产生的驱动功率和/或最大能产生的扭矩一致。在第二挡位中牵引扭矩也可以至少部分地通过第一电气机械9和/或第二电气机械11提供，由此可以使第二挡位中的并行的混合动力运行的界限移动直至直线223，所述直线223在直线221上方。
混合动力车辆在直线223上方在区域225中在串行的驱动中运行，其中，牵引扭矩(尤其仅)借助第二电气机械11提供，而内燃机5驱动处于发电机式运行中的第一电气机械9用于产生电能，所述电能提供给第二电气机械11。区域225通过线227在上方限定，线227相当于能由第二电气机械11产生的最大驱动功。
除了实现从内燃机5至驱动轮15的比较长的超速传动(传动比i＝2.8，在内燃机5的1000转/分钟的转速情况下相应于约42km/h的速度)之外，变速器19也实现设置至少一个中间的并且因此稍短的第二传动。第二挡位的传动比例如可以约为i＝5.0，这在内燃机5的1000转/分钟的转速情况下相应于约24km/h的速度。其他实施例还可以考虑或者说支持另外的挡位或者其他的传动比。
通过至少一个额外的平行挡位(即除了第一挡位的第二挡位)，高效的并行的混合动力运行可以在低速情况下扩展至更高的可实现的目标驱动功率，就是说尤其向图2的区域219上扩展。相对于如图2中所示地根据速度和(目标)驱动功率对不同挡位中的运行模式的定义备选的是，不同的运行模式可以以不同的挡位根据例如(目标)驱动扭矩和车辆速度或者驱动轮转速表示。
曲线212表示在平坦路面上速度不变地行驶时的行驶阻力。
图3还示出借助第一电气机械和/或第二电气机械提供附加驱动扭矩或者说附加功率。图3为并行的混合动力运行在坐标系统中示出内燃机5的功率47、系统功率49、内燃机5的扭矩51以及相应全部的驱动装置3的系统扭矩53，所述坐标系统具有以单位1/min表示内燃机5的转速的横坐标43，和以单位kW表示功率和/或以单位Nm表示扭矩的纵坐标45，所述扭矩施加在变速器19的输入轴32上。系统功率49和系统扭矩53是在考虑通过发电机EM1(和/或牵引电机EM2)的电气助力辅助的情况下定义的。高于内燃机式满负荷的功率需求和扭矩需求(即目标功率或者说目标扭矩)，因而可以在并行的混合动力运行中通过具有从蓄电池(高压蓄电池)13获取的相应电功率的内燃机和电动机相结合的驱动产生直至确定的系统功率49和直至确定的系统扭矩53。
图4示出按照本发明实施方式的用于运行混合动力车辆1的驱动装置3的方法中的运行参数；可以不影响牵引力地执行从第一挡位至第二挡位的转换，其中，暂时执行串行的运行(虚拟的中间挡位)。
坐标图401、403、405、407示出在方法流程中与在横坐标409上标记的时间相关的转速、扭矩、功率和控制信号。内燃机5的或者说第一电气机械9的转速411在第二时间点t2和第三时间点t3之间从第一转速41 3降低到第二转速415。在另外的实施方式中转速根据第一挡位和/或第二挡位的传动比被升高。在坐标图403中线417表示在驱动轮上的扭矩，线419表示内燃机5的扭矩，线421表示第二电气机械11(牵引机械)的扭矩，线423表示第一电气机械9(发电机)的和内燃机5的力矩总和，线427表示第一电气机械9的扭矩。
在坐标图405中线429表示内燃机5的功率，线431表示第二电气机械11的功率，线433表示第一电气机械9的功率。
在坐标图407中线435表示向主离合器K0(17)上的控制信号的变化曲线，控制信号由驱动装置控制器6产生并向主离合器K0上传送。
为了改善可读性，偶尔重合的(即相互重叠的)线(部分地)以相对于横坐标的相对彼此的微小间距记录。
在图4中示出的是，从低挡位向高挡位的换挡。在所示情况中涉及的是具有不变行驶速度的行驶运行，就是说驱动轮转速和驱动轮扭矩(以及因此也包括驱动轮功率)是不变的。在第一时间点t1前，动力仅通过内燃机5产生。为了简便起见，在此不考虑负荷点升高，然而在另外的实施方式中可以在换挡前、换挡期间和换挡后实施负荷点升高，用于给蓄电池13充电。
在第一时间点t1时，实现开启命令。接着内燃机5维持其功率并且主要也保持其扭矩。此外，第一电气机械9开始形成发电机式的功率或者说发电机式的扭矩，这导致通过机械路径经主离合器K0向驱动轮15上传输的扭矩或者说功率相应地降低。发电机式产生的功率通过第二电气机械11(牵引电机)向电动机式产生的扭矩过渡并且向驱动轮15上传输。以此使得总车轮功率和/或驱动轮扭矩保持不变。
在第二时间点t2，主离合器K0(17)无扭矩并且因此无负载。(内燃机5的和第一电气机械9的扭矩的总力矩为零)。首先，主离合器K0(17)被分开。然后第二电气机械11和第一电气机械9通过其总力矩的降低而被设为目标挡位的同步转速。在内燃机5和第一电气机械9结合的转速降低期间，其力矩必须升高，以便功率保持不变。在第二时间点t2和第三时间点t3之间牵引力矩仅由第二电气机械11施加。
在第三时间点t3，实现用于第二挡位的同步转速415。内燃机5和第一电气机械9结合的总力矩为零并且因而主离合器K0(17)无扭矩并且无负载，因此主离合器K0(17)能平稳地闭合。在主离合器K0(17)被闭合之后，第一电气机械9的发电机式的扭矩被撤除，而内燃机5的扭矩保持不变。因此，扭矩现在又开始通过主离合器K0(17)传送并且车辆被内燃机5和第一电气机械9至第二电气机械11的电气路径驱动。
在第四时间点t4，混合动力车辆又完全通过由内燃机5产生的牵引扭矩在新的挡位(如同在第一时间点t1前在旧挡位中行驶一样)中行驶。
图5示出按照本发明的实施方式的用于运行混合动力车辆的驱动装置(例如在图1中所示的驱动装置3)的方法500的方法步骤。在方法步骤501中，在挂入变速器(例如图1的变速器19)的第一挡位时，驱动装置在针对第一挡位的第一转速(例如图4的413)情况下在并行的混合动力运行中运行，方法是在主离合器(例如图1的主离合器K0(17))闭合的情况下施加在驱动轮(例如图1的驱动轮15)上的牵引扭矩借助内燃机(例如图1的内燃机5)产生。
在进一步的方法步骤503中从并行的混合动力运行向串行的混合动力运行转换，在串行的混合动力运行中内燃机(例如图1的内燃机5)驱动第一电气机械(例如图1的第一电气机械9)用于产生电能，所述电能被第二电气机械(例如图1的第二电气机械11)使用以产生牵引扭矩。
在进一步的方法步骤505中，主离合器(例如图1的主离合器K0(17))被分开。在进一步的方法步骤507中，在主离合器被分开的情况下内燃机(例如图1的内燃机5)的转速被设置为针对在并行的混合动力运行中变速器(例如图1的变速器19)的第二挡位的第二转速(例如图4的转速415)。
在进一步的方法步骤509中，挂入变速器(例如图1的变速器19)的第二挡位。此外在进一步的方法步骤511中，主离合器(例如图1的主离合器K0(17))闭合并且在进一步的方法步骤513中在挂入第二挡位时从串行的混合动力运行向并行的混合动力运行转换。
图6示出在按照本发明的实施方式的用于运行混合动力车辆的驱动装置的方法中驱动装置(例如图1中所示的驱动装置3)的运行参数的示意图。坐标图601、603、605示出驱动装置部件的与在横坐标607上标记的时间相关联的以kW为单位的功率，以Nm为单位的扭矩或者以1/min为单位的转速。
坐标图601中线609表示第二电气机械11的功率，线611表示第一电气机械9的功率，线613表示内燃机5的(行驶)功率，线615表示驱动轮15的功率并且线617表示蓄电池13的功率。输出的功率是正值，消耗的功率是负值。
坐标图603中线619表示第二电气机械11的扭矩，线621表示第一电气机械9的扭矩，线623表示内燃机5的(行驶)扭矩，线625表示内燃机用于转速升高的扭矩，并且线627表示驱动轮15的扭矩。
坐标图605中线629表示第二电气机械11的转速，线631表示第一电气机械9的转速，线633表示内燃机5的转速，并且线635表示驱动轮15的转速。
为了改善可读性，偶尔重合的(即相互重叠的)线(部分地)以相对于横坐标的相对彼此的微小间距标记。
直至第一时间点t1，并行的混合动力运行的运行模式处于第一挡位(在此一并示出负荷点升高，其他实施例取消负荷点升高)。在此，牵引扭矩和/或牵引功率因而(尤其仅)借助内燃机5产生。在图6所示实施例中涉及的是在平坦面上不变的行驶速度，就是说驱动轮转速和驱动轮扭矩(以及因此也包括车轮功率)是不变的。主离合器K0(17)也被称为分离离合器，其在第一时间点t1和第二时间点t2之间是闭合的。由内燃机5和第一电气机械9构成的单元在其转速方面按照第一挡位的并行的传动比(内燃机至驱动轮和发电机至车轮)机械固定地耦连在驱动轮15上。需要的驱动功率(即目标驱动功率以及(可选的)用于蓄电池30的附加的充电功率)通过内燃机提供。发电机9在此提供用于实施负荷点升高(蓄电池13的再充电)的发电机式的扭矩。
(从第一挡位向第二挡位的)换挡在第一时间点t1通过混合动力协调器发出的指令开始。为此，首要地直至第二时间点t2将并行的混合动力运行转变为串行的混合动力运行(功率分支的混合动力运行)。通过对第一电气机械9的控制持续地构成附加的发电机式的扭矩。与在第一电气机械9上形成附加的扭矩相应地，就可以持续地把内燃机式的功率转化为电功率，所述电功率(可选地在保持蓄电池13再充电的情况下)直接向牵引电动机上传输，用于产生驱动轮功率或者说用于产生需要的驱动功率。由此通过主离合器K0(17)用于产生需要的驱动功率的机械的功率传输逐渐减小为零，直至在第二时间点t2，需要的驱动功率仅通过串行的混合动力运行(本例中具有负荷点升高)提供，其中，牵引扭矩仅由第二电气机械11提供。
在第二时间点t2，主离合器K0(17)完全无负荷并且因此能被分开。在主离合器K0(17)分开以后，内燃机5的转速从第一转速637转换为第二转速639，就是说用于第二挡位的目标转速，(具有转速调节VM的串行运行)。在此所示实施例中涉及的是，转换到具有比第一挡位情况下更高的从内燃机至驱动轮(或者说从第一电气机械9至驱动轮15)的传动比的第二挡位。相应地，转速提升是必要的。为此，内燃机5通过自身的燃料喷射装置提供额外的用于产生使内燃机5和第一电气机械9构成的单元转速提升的扭矩。在第三时间点t3，用于第二挡位的内燃机5目标转速以相应改变的内燃机5和第一电气机械9的扭矩设置。对于转速提升所需的内燃机扭矩可以被再次回调。
在第三时间点t3，主离合器K0(17)又闭合。现在进行从串行的混合动力运行返回并行的混合动力运行(功率分支的混合动力运行)的转换。为此，第一电气机械扭矩(并且因此由第二电气机械11传输的电功率也)被持续地回调。相应地，通过主离合器K0(17)用于产生需要的驱动功率的机械的功率传输再逐渐升高，直至在第四时间点t4需要的驱动功率仅通过并行的混合动力运行(在此具有负荷点升高)提供。所述换挡以此在第四时间点t4结束。因此，从第四时间点起并行的混合动力运行的运行模式处于第二挡位(具有负荷点升高)。
在第一时间点t1至第四时间点t4之间的整个过程中，驱动轮转速和驱动轮扭矩(并且驱动轮功率也因此)保持不变，从而可以没有牵引力中断地执行换挡。整个过程可以持续0.1秒至2秒之间、尤其持续0.4秒(从第一时间点t1至第四时间点t4的持续时间)。
附图标记列表：
1 混合动力车辆
3 驱动装置
5 内燃机
6 驱动装置控制器
7 气缸
8 控制信号
9 第一电气机械
10 控制信号
11 第二电气机械
12 控制信号
13 蓄电池
14 控制信号
15 驱动轮
17 主离合器K0
19 变速器
21 车轮驱动系
23 差速传动比
25 差速器
27 第一离合器K1
29 传动件
31 内燃机的输出轴
32 变速器的输入轴
33 变速器的输出轴
35 传动件
37 第二离合器K2
43 横坐标
45 纵坐标
47 内燃机功率
49 系统功率
51 内燃机扭矩
53 系统扭矩
201 横坐标
203 纵坐标
205 纯电气运行区域
206 另外的纯电气运行区域
207 电气运行目标驱动功率阈值
208 另外的电气运行目标驱动功率阈值
209 行驶速度阈值
211 第一挡位中的并行的混合动力运行的区域
212 在平坦路面中速度不变行驶时的行驶阻力。
213 第一并行混合动力运行阈值
215 助力区域
217 用于第一挡位中的并行驱动的阈值
219 第二挡位中的并行的混合动力运行的区域
221 第二并行混合动力运行阈值
223 第二挡位中的并行的混合动力运行的界限
225 串行的混合动力运行区域
227 串行的混合动力运行的界限
401 图
403 图
405 图
407 图
409 横坐标
413 第一转速
415 第二转速
417 线
419 线
421 线
423 线
425 线
427 线
429 线
431 线
433 线
435 线
500 方法
501 方法步骤
503 方法步骤
505 方法步骤
507 方法步骤
509 方法步骤
511 方法步骤
513 方法步骤
601 图
603 图
605 图
607 横坐标
609 线
611 线
613 线
615 线
617 线
619 线
621 线
623 线
625 线
627 线
629 线
631 线
633 线
635 线
637 第一转速
639 第二转速

Claims (9)

1.一种运行混合动力车辆(1)的驱动装置(3)用于驱动驱动轮(15)的方法，其中，所述驱动装置包括内燃机(5)、与所述内燃机耦连的第一电气机械(9)、能够与所述驱动轮耦连的第二电气机械(11)以及蓄电池(13)，并且还包括主离合器(17,K0)和变速器(19)，所述主离合器和所述变速器布置在所述内燃机和所述驱动轮之间，其中，所述方法包括：
在所述变速器(19)挂入第一挡位时，所述内燃机(5)在并行的混合动力运行中在用于第一挡位的第一转速下运行，在并行的混合动力运行中在主离合器(K0)闭合的情况下向所述驱动轮(15)施加由所述内燃机(5)产生的牵引扭矩；
转换到串行的混合动力运行，在串行的混合动力运行中所述内燃机(5)驱动所述第一电气机械(9)用于产生电能，所述电能被所述第二电气机械(11)使用，以便产生牵引扭矩；
分开所述主离合器(K0)；
在所述主离合器分开的情况下，将所述内燃机(5)的转速调整到在并行的混合动力运行中用于变速器(19)的第二挡位的第二转速；
挂入所述变速器(19)的第二挡位，其中，当所述第二挡位具有比所述第一挡位更高的、根据所述内燃机(5)转速与所述驱动轮(15)转速的传动比时，并且当同时满足下述条件之一时：
目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第一挡位的由行驶速度决定的第一并行混合动力运行阈值(213)，或者
目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第一挡位的由行驶速度决定的第一并行混合动力运行阈值(213)与由第一电气机械和/或第二电气机械可提供的最大附加驱动值之和，
则实施从所述第一挡位向所述第二挡位的转换；
闭合所述主离合器(K0)；和
在挂入第二挡位的情况下转换到并行的混合动力运行，
其中，所述主离合器(K0)只在串行的混合动力运行期间分开；而在第一挡位或者第二挡位中的并行的混合动力运行期间，和在从第一挡位中的并行的混合动力运行转换为串行的混合动力运行期间，和在从串行的混合动力运行转换至第二挡位中的并行的混合动力运行期间，所述主离合器(K0)可以闭合。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，在第一时间点(t1)和第二时间点(t2)之间实施向串行的混合动力运行的转换，并且其中，这种转换包括：
从所述第一时间点(t1)起，借助所述内燃机(5)驱动所述第一电气机械(9)，以便产生随时间增加的电能，所述电能被输送到所述第二电气机械(11)，以便产生随时间增加的扭矩，该扭矩与在所述主离合器(17,K0)上由所述内燃机(5)产生的随时间减小的扭矩一同提供牵引扭矩；
从所述第二时间点(t2)起仅借助所述第二电气机械(11)产生牵引扭矩。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，在第三时间点(t3)和第四时间点(t4)之间实施向并行的混合动力运行的转换，并且这种转换包括：
从所述第三时间点(t3)起，借助所述第一电气机械(9)在由所述内燃机(5)驱动的发电机式运行中产生随时间减少的电能，所述电能被输送到所述第二电气机械(11)，以便产生随时间减小的扭矩，该扭矩与在所述主离合器(17,K0)上由所述内燃机(5)产生的随时间增大的扭矩一同提供牵引扭矩；
从所述第四时间点(t4)起仅借助所述内燃机(5)产生牵引扭矩。
4.按照权利要求2所述的方法，其中，在第二时间点(t2)和第三时间点(t3)之间调整所述内燃机(5)的转速，并且这种调整包括：
若所述第二转速高于所述第一转速：从第二时间点起增加向所述内燃机(5)的燃料输入；
若所述第二转速低于所述第一转速：从第二时间点起减少向所述内燃机(5)的燃料输入。
5.按照权利要求1所述的方法，其中，基于第一挡位的传动比、第二挡位的传动比和第一转速确定所述第二转速。
6.按照权利要求1所述的方法，其中，在从第一挡位向第二挡位转换时提供的牵引扭矩与在换挡前和换挡后提供的牵引扭矩之间可适合地选择的变化相一致。
7.按照权利要求1所述的方法，其中，所述内燃机以一个功率运行，该功率比目标驱动功率多出负荷点升高功率，其中，所述方法还包括：
在挂入第一挡位期间、在从第一挡位向第二挡位转换期间和在挂入第二挡位期间，以与负荷点升高功率一致的充电功率对蓄电池充电。
8.按照权利要求1所述的方法，其中，
若目标驱动扭矩和/或目标驱动功率高于针对第二挡位的由行驶速度决定的第二并行混合动力运行阈值(221)，
则另外所需的附加扭矩由所述第一电气机械(9)和/或第二电气机械(9)提供，
其中，当目标驱动扭矩高于针对第二挡位的由行驶速度决定的第二并行混合动力运行阈值(221)和由第一电气机械和/或第二电气机械可提供的最大附加扭矩之和时，便转换到串行的混合动力运行。
9.一种混合动力车辆(1)，具有：
用于驱动混合动力车辆(1)的驱动轮(15)的驱动装置(3)，其中，所述驱动装置包括内燃机(5)、与所述内燃机耦连的第一电气机械(9)、能够与所述驱动轮耦连的第二电气机械(11)以及蓄电池(13)，并且还包括主离合器(17,K0)和变速器(19)，所述主离合器和所述变速器布置在所述内燃机(5)和所述驱动轮(15)之间；和
驱动装置控制器(6)，其设计用于实施或控制按照权利要求1至8之一所述的方法。
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