Гибридная трансмиссия и способ управления гибридной трансмиссией

Гибридная трансмиссия и способ управления гибридной трансмиссией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к гибридной трансмиссии для автомобилей, содержащей двигатель внутреннего сгорания, электрический двигатель, источник высокого напряжения, разделительное сцепление, автоматическую ступенчатую коробку передач и, по меньшей мере, одно устройство управления, причем двигатель внутреннего сгорания содержит вал двигателя, который соединен с первым элементом разделительного сцепления, при этом второй элемент разделительного сцепления соединен с входным валом коробки передач автоматической ступенчатой коробки передач так, что двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель вместе либо по отдельности непосредственно и/или опосредованно воздействуют на входной вал коробки передач, при этом ротор электрического двигателя жестко соединен с входным валом коробки передач.

Гибридные трансмиссии и способы управления гибридными трансмиссиями известны в достаточной мере. В принципе, существует различие между последовательным и параллельным гибридным приводом. Более того, существуют также смешанные формы этих двух форм привода. Характерным признаком последовательной гибридной трансмиссии является последовательное расположение преобразователей энергии, причем двигатель внутреннего сгорания не имеет механического соединения с ведущими колесами. И, напротив, в параллельной гибридной трансмиссии двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель механически соединены с ведущими колесами. В результате этого в параллельной гибридной трансмиссии создается преимущество, заключающееся в том, что в ней можно использовать различные функциональные возможности, например стартстопный режим работы, рекуперацию энергии торможения, исключительно электрический режим эксплуатации вождения, поддержку двигателя внутреннего сгорания электрическим двигателем во время приведения в действие (усиления), а также смещение точки нагрузки двигателя внутреннего сгорания. Возможность исключительно электрического режима эксплуатации обеспечивается за счет того, что двигатель внутреннего сгорания через разделительное сцепление отсоединяется от входного вала коробки передач. Что касается коробок передач, то в настоящее время обычной практикой является использование автоматических ступенчатых коробок передач. Такие автоматические ступенчатые коробки передач предоставляют для водителя возможность с помощью команд, подаваемых с клавиатуры, лично подавать команды для переключения. Для обеспечения водителя быстрым ответом коробки передач часто применяют способ переключений, в котором трансмиссия между двигателем внутреннего сгорания и входным валом коробки передач прерывается на короткое время, чтобы отрегулировать двигатель внутреннего сгорания на необходимую частоту вращения. Недостаток этого способа переключения заключается в прерывании силового потока, при этом крутящий момент на колесе на короткое время достигает нулевого показателя, что, в частности в режиме рекуперации, приводит к тому, что энергия рекуперации теряется и возможны серьезные сбои при вождении, например, к возникновению рывков. В частности, в DE 10 2005 015 485 раскрыта гибридная трансмиссия, предназначенная для устранения этих недостатков. При этом предусмотрено, что в случае операции переключения автоматической ступенчатой коробки передач во время операции торможения тормозной момент, по меньшей мере, на одном приводном колесе должен удерживаться примерно постоянным. Перед автоматической ступенчатой коробкой передач расположена одна муфта или, в случае применения коробки передач с двойным сцеплением, две муфты. Однако было выявлено, что в результате использования такого принципа возникает отрицательное влияние на обычную спонтанность и ответ на команды переключения.

В связи с этим задачей изобретения является предоставление гибридной трансмиссии для автомобилей, в которой устраняются описанные выше недостатки.

Поставленная задача решается согласно настоящему изобретению тем, что автоматическая ступенчатая коробка передач выполнена в виде коробки передач с двойным сцеплением, которая содержит первую муфту коробки передач и вторую муфту коробки передач. Таким образом, трансмиссия содержит в общем три муфты, причем разделительное сцепление можно вставить между двигателем внутреннего сгорания и электрическим двигателем на месте муфт коробки передач, чтобы можно было обеспечить обычную спонтанность в ответ на команды переключения. При этом достигается особое преимущество, в частности, если в устройстве управления двигателя внутреннего сгорания, работающего в режиме принудительного холостого хода и в режиме рекуперации, предусмотрено средство для включения с помощью разделительного сцепления операции переключения. С помощью расположения согласно изобретению разделительное сцепление включено в последовательность переключения коробки передач во время с рекуперацией, в то время как двигатель внутреннего сгорания подключен. В результате этого создается возможность использования дополнительного элемента переключения, а именно разделительного сцепления, для обеспечения быстрых толчковых обратных переключений во время рекуперации энергии.

Кроме того, задача решается с помощью способа управления гибридной трансмиссией, при котором двигатель внутреннего сгорания в исходном состоянии работает в режиме принудительного холостого хода, разделительное сцепление замкнуто, а электрический двигатель используют в качестве генератора, так что он находится в режиме рекуперации, на первом этапе в устройстве управления обеспечивают возможность ручной или автоматической подачи команды переключения, на втором этапе разделительное сцепление размыкают, на третьем этапе производят регулирование частоты вращения двигателя внутреннего сгорания в зависимости от команды переключения, на четвертом этапе, который осуществляют одновременно с третьим этапом, производят перекрывающееся переключение коробки передач с двойным сцеплением, при котором происходит повышение момента рекуперации электрического двигателя для компенсации отсутствующего теперь момента потерь двигателя внутреннего сгорания, на пятом этапе заканчивают управление частотой вращения двигателя внутреннего сгорания, на шестом этапе разделительное сцепление замыкают. Более того, после первого этапа можно производить проверку команды переключения в устройстве управления и при необходимости подавать новую команду включения.

Иллюстративный вариант осуществления изобретения показан на чертеже и описывается ниже.

На чертеже:

Фиг. 1 - схематическое изображение гибридной трансмиссии согласно изобретению для автомобиля, и

Фиг. 2 - схематическое изображение последовательности переключения коробки передач с двойным сцеплением в режиме рекуперации.

На фиг. 1 показана в качестве примера гибридная трансмиссия 2 автомобиля. Гибридная трансмиссия 2 выполнена в виде параллельной гибридной трансмиссии. Она содержит двигатель 4 внутреннего сгорания, электрический двигатель 6, который в данном случае может использоваться также в качестве генератора, источник 8 высокого напряжения, разделительное сцепление 10 и коробку передач 12 с двойным сцеплением, которое через дифференциал 14 передает крутящий момент на задние колеса 16. Далее предусмотрено устройство 18 управления, которое в зависимости от параметров движения выбирает соответствующий режим вождения и осуществляет, в частности, команды переключения водителя.

Двигатель 4 внутреннего сгорания содержит вал 20 двигателя, который жестко соединен с первым элементом 22 разделительного сцепления 10. Второй элемент 24 разделительного сцепления 10 жестко соединен с входом 26 коробки передач коробки передач 12 с двойным сцеплением. Более того, ротор (специально не показан) электрического двигателя 6 жестко соединен с входом 26 коробки передач. Вход 26 коробки передач воздействует на коробку передач 12 с двойным сцеплением, которая известным образом содержит первую муфту 28 коробки передач и вторую муфту 30 коробки передач, которые соответственно соединены с первой составной коробкой передач 32 и второй составной коробкой передач 34. Через выход 36 коробки передач крутящий момент соответствующей составной коробки передач передается через дифференциал 14 на ведущие колеса 16.

Для предоставления водителю возможности, в том числе при работающем в режиме принудительного холостого хода двигателе 4 внутреннего сгорания с одновременной рекуперацией, немедленного выполнения ручных команд переключения, кроме того, предусмотрено, что устройство 18 управления содержит средства, которые используют разделительное сцепление 10 в операции переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением. Таким образом, двигатель 4 внутреннего сгорания можно быстро отрегулировать на новую необходимую частоту вращения без прерывания необходимого для непрерывной рекуперации силового замыкания электрического двигателя 6 с ведущими колесами 16.

Далее на фиг. 2 схематически показана последовательность переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением во взаимосвязи с разделительным сцеплением 10 в режиме рекуперации. Ось x описывает время t, а ось y описывает отдельные крутящие моменты и частоты вращения. В исходном состоянии двигатель 4 внутреннего сгорания с частотой вращения V_n находится в режиме принудительного холостого хода. Электрический двигатель 6 работает с такой же частотой вращения E_n. Как разделительное сцепление 10, так и муфта 28 коробки передач находятся в силовом замыкании или в закрытом положении, так что крутящий момент в виде суммарного крутящего момента из момента потерь и момента рекуперации из двигателя 4 внутреннего сгорания через первую составную коробку передач 32 с частотой вращения N₁ передается на ведущие колеса 16. Как разделительное сцепление 10, так и первая муфта 28 коробки передач находятся в рабочем режиме под действием избыточного прижима контактного давления 38 и 40. Более того, в последовательности переключения позицией R_N обозначен крутящий момент рекуперации. Второй элемент 50 муфты коробки передач показан разомкнутым в проиллюстрированном здесь исходном состоянии и, таким образом, не передает какого-либо крутящего момента. В момент времени t_sch водителем подается команда переключения на новую низшую передачу с частотой вращения N₂. Устройство 18 управления выполняет эту команду переключения, и, таким образом, в момент времени t_tro разделительное сцепление 10 размыкается. В промежуточное время, в случае наличия, избыточное контактное давление разделительного сцепления исчезает. Сразу же после открытия разделительного сцепления 10 устройство 18 управления производит регулирование двигателя 4 внутреннего сгорания на необходимую целевую частоту вращения N₂. При этом двигатель внутреннего сгорания отсоединяется от трансмиссии. В случае наличия, избыточное контактное давление первой 28 муфты коробки передач исчезает, вследствие чего к моменту времени t_ub1 можно начинать c перекрывающегося переключения коробки передач 12 с двойным сцеплением. При этом происходит повышение крутящего момента рекуперации электрического двигателя 6, чтобы компенсировать уже отсутствующий в результате открытия разделительного сцепления крутящий момент потерь двигателя 4 внутреннего сгорания. Во время перекрывающегося переключения происходит согласование частоты вращения электрического двигателя 6 с целевой частотой вращения N₂ новой зацепленной передачи. Перекрывающееся переключение коробки передач с двойным сцеплением 12 к моменту времени t_ub2 завершается. Теперь крутящий момент первой муфты 28 коробки передач равен нулю, а второй элемент муфты 50 коробки передач находится в зацеплении. На шестом этапе в момент времени t_trs разделительное сцепление 10 снова замыкается и завершается регулирование частоты вращения двигателя 4 внутреннего сгорания.

В еще одном варианте осуществления можно предусмотреть, чтобы после первого этапа в устройстве 18 управления производилась проверка команды переключения и, при необходимости, подавалась отличная команда переключения.

1. Способ управления гибридной трансмиссией, содержащей двигатель (4) внутреннего сгорания, электрический двигатель (6), источник (8) высокого напряжения, разделительное сцепление (10), автоматическую ступенчатую коробку передач (12) и, по меньшей мере, одно устройство (18) управления, причем двигатель (4) внутреннего сгорания содержит вал (20) двигателя, который соединен с первым элементом (22) разделительного сцепления (10), при этом второй элемент (24) разделительного сцепления (10) соединен с входом (26) автоматической ступенчатой коробки передач (12) так, что двигатель (4) внутреннего сгорания и электрический двигатель (6) вместе либо по отдельности воздействуют непосредственно и/или опосредованно на вход (26) коробки передач, причем ротор электрического двигателя жестко соединен со входом (26) коробки передач, причем автоматическая ступенчатая коробка передач (12) выполнена в виде коробки передач с двойным сцеплением, содержащей первую муфту (28) коробки передач и вторую муфту (30) коробки передач, отличающийся тем, что- в исходном состоянии двигатель (4) внутреннего сгорания работает в режиме принудительного холостого хода, разделительное сцепление (10) замкнуто, а электрический двигатель (6) работает в качестве генератора, так что гибридная трансмиссия (2) находится в режиме рекуперации;- на первом этапе в устройстве (18) управления имеется ручная или автоматическая команда переключения;- на втором этапе разделительное сцепление (10) размыкают;- на третьем этапе осуществляют управление частотой вращения двигателя (4) внутреннего сгорания в зависимости от команды переключения;- на четвертом этапе, который осуществляют одновременно с третьим этапом, осуществляют перекрывающееся переключение коробки передач (12) с двойным сцеплением, при этом момент толкающей силы электрического двигателя (6) повышают для компенсации момента потерь двигателя (4) внутреннего сгорания;- на пятом этапе завершают управление частотой вращения двигателя (4) внутреннего сгорания после перекрывающегося переключения;- на шестом этапе осуществляют замыкание разделительного сцепления (10).

2. Способ управления гибридной трансмиссией по п. 1, отличающийся тем, что- перед вторым этапом избыточное контактное давление (38, 40) находящихся в режиме использования муфт (28, 10) ослабляют, и- после шестого этапа создают избыточное контактное давление (42, 44).

3. Способ управления гибридной трансмиссией по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что после первого этапа осуществляют проверку команды переключения в устройстве (18) управления и при необходимости подают другую команду переключения.