車輛、尤其是混合動力車輛和用於控制車輛的自動化的變速器單元的方法
2023-05-25 13:38:01
專利名稱：車輛、尤其是混合動力車輛和用於控制車輛的自動化的變速器單元的方法
技術領域：
本發明涉及車輛、尤其是混合動力車輛和用於控制車輛的自動化的變速器單元的方法。
背景技術：
車輛中的壓縮空氣系統還用於氣動的制動器以及水平調整(經由氣囊)，必要時也用於其他消耗裝置。壓縮空氣經由壓氣機來輸送，壓氣機尤其地在商用車中直接布置在內燃機的發動機軸上且必要時也可經由壓氣機離合器脫接。壓縮空氣需求通常經由壓縮空氣系統的壓縮空氣控制裝置來確定，其中該壓縮空氣控制裝置尤其通過操控壓氣機離合器或壓氣機的空轉切換裝置以及此外壓縮空氣系統的用於調整壓縮空氣系統的不同運行模式的閥來調整壓氣機的壓縮空氣輸送。通過壓氣機直接布置在發動機軸上而不是例如布置在布置在變速器之後的輸出軸上的方式，由此壓氣機例如在變速器脫開的情形下在發送機空轉中也會被驅動。然而由於該直接的耦合，壓氣機的輸送功率也與發動機轉速有關，在空轉中在空氣需求提高的情形下該發動機轉速可能會太小。在此情況下，例如在DE102007032963A1中公開了，在由發動機所輸出的使用力矩或者馬達轉矩小於在變速器接合的情況中通過車輛的動能提供的驅動轉矩的滑行階段中，車輛的動能被用於驅動壓氣機。由此，車輛的動能可被使用，以便由此輸送壓縮空氣並且相應地降低車輛的燃料消耗。然而，高檔位選擇和低發動機轉速的滑行階段可能太短而由此僅足夠填充在壓縮空氣系統中的壓縮空氣容器 。此外，在一些車輛中在滑行階段中自動地通過操縱離合器將內燃機並且進而壓氣機與動力總成系統分開，以便在滾動運行中可在無發動機制動的情況下將動能完全用於車輛的繼續滾動。此外原則上，在空轉中可能提升發動機轉速，以便提高壓氣機的輸送功率；然而這類措施在行駛期間是不可能的。對所消耗的空氣的再輸送可能在關鍵階段中太慢，因此須將大量空氣保持在壓縮空氣系統的空氣容器中，這導致相應較大的構造。混合動力車輛具有混合動力機組，在其中除了內燃機之外設置有一個或多個電動機。尤其地在並聯式混合動力車輛的情形中，驅動可選擇性地經由內燃機或電動機或兩者的組合來進行，其中在滑行階段中使得通過電動機或者附加設置的發電機利用能量回收實現再生運行。為了調整再生運行以及純粹電驅動，內燃機例如可被脫接，因此在非必要的負荷的情形下該內燃機並不一起運行。然而不利的是，布置在發動機軸上的壓氣機於是不再可被一起驅動
發明內容
本發明基於的任務是能夠實現空氣處理設備的有效運行，尤其地也在車輛的不同行駛狀態中的有效運行。該任務通過根據權利要求1的車輛和根據權利要求11的方法來解決。從屬權利要求描述了優選的改進方案。根據本發明，因此由空氣處理設備的或者壓縮空氣系統的控制裝置輸出一個或多個需求信號，所述需求信號顯示對壓縮空氣的需求提高。在此情況下可連續地輸出必要時顯示不存在需求的需求信號；此外也可能的是，僅在出現壓縮空氣需求時輸出相應的需求信號。該需求信號例如可僅僅是顯示信號或者可用於進一步構造針對駕駛員的顯示信號，由此該駕駛員獲得請求、必要時改變檔位選擇並且例如掛入較低的檔位或者較低的傳動比，由此發動機控制裝置相應地提高了發動機轉速且由此提高了壓氣機的輸送功率。該構造尤其在手動換檔變速器的情形中是可能的。然而在自動化變速器或者自動化變速器調節器的情形中優選的構造是可能的，因為在此壓縮空氣控制裝置可將需求信號輸出給變速器調節器或者針對由變速器和必要時離合器構成的變速器單元的控制裝置。因此，變速器調節器例如可以在壓縮空氣需求較高的情況下調整可能的較低的檔位或者較低的傳動比，使得發動機控制裝置又提高了發動機轉速並且由此提高了壓氣機的輸送功率。根據本發明，其他或者可替選的構造也是可能的。尤其是，檔位選擇可較複雜地進行調整；因此根據本發明的構造僅可要求在能量利用相同或近似相同的情況下實現較高的壓氣機輸送功率的檔位選擇；因此，在由此不出現額外的成本時傳動比可被換低檔。在此情況下，能量利用的特徵曲線族的充分利用是可能的，在這些特徵曲線族中在不同檔位與相應發動機轉速之間不存在能量利用方面的差異或者不存在能量利用方面的明顯差異；在這些情況中在沒有行駛運行的較大的額外消耗的情形中例如可通過較低的檔位和由此較高的發動機轉速的調整能夠實現較高的壓氣機輸送功率。該可能性可以根據本發明擴展為使得即使在能量利用較差的情況下也有意識地實現較高的壓氣機輸送功率；由此，即使由此出現額外的成本，例如也可以對檔位或者對傳動向下控制。評價是否例如儘管能量消耗較高但進行檔位變化例如可以根據需求信號中的優先級說明來進行，必要時在評估附加能量消耗的情形下進行。分析或評價可直接在變速器單元的控制裝置或者變速器調節器中進行；然而為此需要的邏輯裝置也可分布到變速器的控制裝置和空氣處理設備的控制裝置上。根據本發明，尤其壓縮空氣控制裝置和變速器控制裝置的組合的或者集成的構造是可能的，必要時也可在包含發動機控制裝置的、考慮這些較複雜評價的功能的情況下是可能的。尤其是在使用在混合動力車輛中的情況下，此外混合動力車輛的、尤其是並聯式混合動力車輛的不同運行模式的考慮是可能的，在那裡例如再生運行或純粹電驅動是可能的。由此，根據本發明可通過需求信號尤其地改變內燃機的接合狀態或脫開狀態。由此，尤其對於混合動力車輛而言除了檔位選擇的要求或改變之外存在如下根據需求信號進行幹預的其他可能性。
-在不存在較大壓縮空氣需求時，在滑行階段中允許內燃機與從動系脫開。因此，在滑行階段中存在的動能可在發電機處被完全利用或在無內燃機的發動機制動的情形中完全被用於車輛的滾動運行。-在滑行階段中的脫開可被阻止或通過信號通知為是不期望的，這也就是說預先給定內燃機到從動系中的固定接合。因此，壓氣機經由發動機軸被一起操縱，使得在滑行階段中也能夠通過壓縮空氣的輸送實現動能的回收並且必要時在再生運行中通過電動機或者發電機的能量回收至少被限制。-此外，在又要輸送空氣時，可要求在滑行階段中的接合。本發明能過實現多個優點。這樣，通過在行駛期間輸送被壓縮的空氣實現燃料節省。尤其是，發動機轉速根據本發明不僅可在空轉中被改變，而且通過檔位選擇的改變也可在行駛期間被改變。在此情況下，能量產生和發動機載荷的特徵曲線族的充分利用是可能的，以便在沒有低額外消耗的情況下或在有低額外消耗的情況下輸送壓縮空氣。其他的優點是在行駛期間對空氣需求的較快速的反應。一旦在行駛期間並且由此在內燃機接合的情形中出現較高的空氣需求，則可以通過變速器調整的改變也以期望的方式影響發動機轉速，以便改變、尤其地提高空氣輸送量。在使用在混合動力車輛中的情況下，其他優點在於當空氣處理要求額外的壓縮空氣量時在滑行階段中通過內燃機的脫開提高電能的獲得。由此，在正常運行中，燃料節省且由此還有C02排放量的降低是可能的。此外，在車輛中要使用的空氣容器和/或壓氣機輸送功率可被縮小，因為根據本發明可較快速地再輸送。
以下藉助一些實施形式的附圖對本發明予以進一步闡述。其中圖1示出了根據第一實施形式的帶有其主要組件的商用車，其帶有混合驅動裝置和自動變速器調節器；圖2示出了根據第二實施形式的帶有內燃機和自動變速器調節器的商用車；圖3示出了根據第三實施形式的帶有內燃機和手動換檔變速器的商用車。具體實施形式圖1示出了混合動力商用車I，其具有混合動力機組2和通向被驅動的車輪4的輸出軸3。此外，設置有壓縮空氣系統5，其尤其地設置用於氣動制動器的供應、優選地也用於水平調整，並且必要時針對其他壓縮空氣消耗裝置而設置。混合動力機組2具有內燃機6、離合器變速器單元13以及電動機10，輸出軸3由該電動機出來。離合器變速器單元13具有離合器8和變速器12並且通過自動變速器調節器11來操控。在此情況下，混合動力機組2是並聯式混合裝置(Parallel-Hybrid)，因為內燃機6可經由離合器變速器單元13與其餘動力總成系統脫接，並且由此在離合器8打開的情形中或在變速器12的空轉狀態中僅電動機10耦接到輸出軸3上，使得單獨經由電動機10的電動運行是可行的，並且此外也能夠實現在滑行階段中的使用運行或者再生運行，其中電動機10作為發電機起作用並且經由轉換器電子裝置14為車輛電池(蓄電池)15充電。此外(如本身已知的那樣)，在電動機10關閉或者未激活以及離合器8接合的情況下經由內燃機6可以進行純粹常規的驅動，以及既通過內燃機6又通過電動機10可以進行並聯式運行。在圖1中以虛線繪出輪轂電動機10a，對電動機10可替選地或對電動機10補充性地設置輪轂電動機10a。如果設置有這類輪轂電動機10a，則塊10可代表純粹發電機，以便能夠實現再生運行，或者當輪轂電動機可被用作發電機時將塊10完全取消。在內燃機6的發動機軸7上固定地或經由壓氣機離合器17連接有壓氣機16。在不帶有壓氣機離合器17的實施方案中，當不需要壓縮空氣時，在空轉模式中壓氣機16可能一起運行；在所示出的實施形式中，壓氣機16可經由壓氣機離合器17脫接。壓縮空氣系統5除了壓氣機16之外具有壓縮空氣控制裝置18以及此處未示出的部件、例如空氣乾燥器和用於調整壓縮空氣系統5的不同運行模式的相應的電子氣動的閥裝置。此外，壓縮空氣系統5可具有例如設置在空氣乾燥器的出口處的溼度傳感器20並且具有例如設置在壓縮空氣系統5的運行制動器迴路中的壓力傳感器21。未示出的壓縮空氣消耗裝置、例如空氣彈簧或制動器可將增加的壓縮空氣需求經由信號發送給控制裝置18。控制裝置18從傳感器20、21接收測量信號S1、S2，以便基於測量信號S1、S2和其他所存儲的參數來確定壓縮空氣需求和壓縮空氣系統5的不同運行階段的起動。為了起動尤其可包括輸送階段、再生階段和空轉階段的不同運行模式，壓縮空氣控制裝置18首先將切換信號S3提供給壓氣機離合器17或壓氣機空轉切換裝置並且將此處未進一步示出的切換信號提供給壓縮空氣系統5的閥裝置。此外，壓縮空氣控制裝置18根據本發明將需求信號S4輸出給變速器調節器11(變速器控制裝置)。變速器調節器11調整變速器11的不同檔位或者變速比。為此，變速器調節器12以本身已知的方式從發動機控制裝置9獲得雙向信號S5。此外，變速器調節器11可操縱離合器8。離合器8可集成在變速器12中。 根據本發明設計為，壓縮空氣控制裝置18將需求信號S4輸出給變速器調節器11，以便顯示改變變速器調整的需求或者請求。需求信號S4通常是一個請求。這些需求信號可以根據本發明的不同構造方案而設計成期望或指令。由此，根據本發明的第一構造方案可能的是，需求信號S4具有最高優先級並且立即引起變速器調整的相應改變、這也就是說尤其掛入另外的檔位。根據對此可替選的實施形式，需求信號S4具有尤其地相對發動機控制裝置9的請求或者其他需求信號S5較低的優先級，使得首先保證了最佳的行駛運行。根據另一實施形式，需求信號S4可表示不同的優先級，使得在沒有增加的空氣需求時這些需求信號例如表示比需求信號S5低的優先級，而在有高或者緊急空氣需求的情況下表示比S5高的優先級。需求信號S4尤其可要求後續的調節過程，這些調節過程於是可由變速器控制裝置11經由調節信號S6來執行a)尤其針對純粹電驅動或再生運行允許在滑行階段中脫開，使得在滑行階段中的全部動能可提供給發電機或者在發電機運行中起作用的電動機10。在壓縮空氣需求低或不足的情況下，混合動力驅動裝置因此可自由地工作並且充分發揮其優點，尤其執行這兩個額外的運行方式。b)阻止在滑行階段中的脫開。由此，內燃機6始終經由發動機軸17帶動轉動且由此壓氣機16被供以動能。由此，滑行能量的能量回收不是單獨通過發電機或者在發電機運行中起作用的電動機10來進行，而是滑行能量也供給內燃機6，該內燃機由此經由發動機軸7驅動壓氣機16。由此，在滑行階段中可供使用的滑行能量的一部分可用於空氣輸送。c)要求在滑行階段中接合。補充於b)地也執行主動的接合，用於提高壓氣機16的輸送功率。d)要求相應檔位或變速比的改變。由此，可主動地要求改變。尤其是,可要求檔位選擇，其能夠實現壓氣機16的較高的輸送功率。為此可要求較低的檔位，使得接下來由此發動機控制裝置9將提高內燃機6的發動機轉速。由此，壓氣機也被供給以更多的動能。這可例如通過要求確定的檔位、通常要求提高轉速或要求期望轉速的或期望轉速範圍來實現。因為壓氣機16直接布置在發動機軸7上，所以可通過改變變速器調整間接地根據內燃機6的發動機轉速來改變。通過使變速比或者檔位降低(例如由四檔到三檔)，發動機控制裝置9相應地提高內燃機6的轉速，使得經由發動機軸7也為壓氣機16提供了較高的轉速。有利地，可進行檔位或者變速器調整的這類改變，如果在不同的檔位之間不存在能量利用方面的差異或者最多存在能量利用方面的小差異，如相應於在一些發動機和變速器設計中的特徵曲線族情況如此。但此外也可執行檔位選擇的改變，以便即使在能量利用較差的情況下也能夠實現較高的壓氣機輸送功率；因此即使意味著額外的消耗例如也被換低檔，因為存在高的空氣需求。根據本發明，壓縮空氣系統5的壓縮空氣控制裝置18可分別發送帶有需求顯示和/或優先級的需求信號S4，其中通過變速器調節器11來進行進一步的考慮。在此情況下，變速器調節器11可協調並且根據行駛情況以消耗優化的方式執行該需求顯示，尤其地在考慮發動機控制裝置的其他需求信號S5和其他關於車輛狀態的數據的情況下。為此尤其地可將在CAN總線或另外的總線系統上存在的數據、如發動機轉速等等進行處理，並且據此經由調節信號S6分別調整檔位或者空轉。用於需求信號S4的考慮和優先級的評價或者邏輯可完全地在變速器控制裝置11中存在或分布到壓縮空氣控制裝置18和變速器控制裝置11上。由此，發動機轉速的考慮原則上也可設置在壓縮空氣控制裝置18中。根據本發明，壓縮空氣控制裝置18和變速器調節器11也可統一在共同的控制裝置或者ECU中；然而它們也可被分布到兩個至四個控制裝置上，例如壓縮空氣控制裝置18、變速器調節器11、離合器的控制裝置，和必要時用於進行協調的邏輯的額外控制裝置。尤其在混合動力車輛的情形中，用於內燃機和電動機的發動機控制裝置也可被包含到該控制裝置中，以便確保所有系統的調諧。由此可例如避免，當壓縮空氣控制裝置識別出對壓縮空氣的需求時，在純粹電動行駛運行中內燃機關閉或被關閉。需求信號S4尤其地可經由車輛內部的網絡協議、例如CAN總線或LIN總線或Flex-Ray總線或也可以經由分立電線路來輸出。在利用CAN總線的情況下，可利用標準化的SAEJ1939報文或優化的專有報文格式。變速器調節器11可向壓縮空氣控制裝置18、例如經由總線協議或分立線路輸出反饋。圖2的實施形式示出了帶有常規驅動裝置的商用車100，即僅具有內燃機6的商用車，該內燃機6經由離合器8和變速器12驅動輸出軸3。在該實施形式中，如圖1中那樣的相同的功能原則上是可能的；然而在相應的邏輯裝置中不會考慮，在滑行階段中在充分利用動能以回收電能的情況下可實現再生運行。由此，需求信號S4例如可權重更高，並且在顯示小需求的情形中已要求在滑行運行中將離合器8接合，以便充分利用動能來驅動壓氣機16。圖3示出了帶有內燃機6和手動換檔變速器212以及離合器208的商用車200的一個實施形式。在該實施形式中，由此不能夠如圖1和2中可能的那樣根據需求信號S4來對變速器調整進行自動改變。然而，壓縮空氣控制裝置18可直接或間接地將需求信號S4輸出給顯示裝置211，該顯示裝置為駕駛艙中的駕駛員顯示變速器調整或者檔位選擇的有利改變、這也就是說例如通過箭頭來顯示降檔或升檔的要求。該顯示裝置211尤其地可設置有控制裝置209，該控制裝置從發動機控制裝置9獲得需求信號S4並且必要時也獲得相應的顯示信號S5，使得這裡可在控制裝置209中進行加權。
權利要求
1.車輛(1、100、200)，所述車輛具有 內燃機(6)； 輸出軸(3)； 設置在所述內燃機(6)與所述輸出軸(3)之間的用於調整不同的變速比和/或將所述內燃機(6)與所述輸出軸(3)脫接的變速器單元(13、8、12、212、208);以及 壓縮空氣系統(5)，所述壓縮空氣系統(5)具有布置在所述內燃機(6)的發動機軸(7)上的壓氣機(16)和壓縮空氣控制裝置(18)， 其特徵在於， 所述壓縮空氣控制裝置(18)輸出用於變速器調整的需求信號(S4)。
2.根據權利要求1所述的車輛(1、100)，其特徵在於，所述車輛具有自動變速器調節器(11)，用於調整自動化的變速器(12)和/或用於接合和脫開所述內燃機(6)的自動化的離合器(8)，並且所述壓縮空氣控制裝置(18)將所述需求信號(S4)直接或間接地輸出給所述自動變速器調節器(11)。
3.根據權利要求2所述的車輛(1、100)，其特徵在於，所述需求信號(S4)具有優先級信號，例如帶有作為指令信號的高優先級或帶有作為請求信號或期望信號的較低的優先級，用於優先或低優先級地考慮。
4.根據權利要求2或3所述的車輛(1、100)，其特徵在於，所述變速器調節器(11)或前置的邏輯裝置不僅接收所述壓縮空氣控制裝置(18)的需求信號(S4)而且接收所述內燃機(6 )的發動機控制裝置(9 )的第二需求信號(S5 )並且據此構造用於調整所述變速器單元(12,9)的調節信號(S6)。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的車輛(I)，其特徵在於，所述車輛是帶有混合動力機組(2)的混合動力車輛(1)， 其中，所述混合動力機組(2)具有所述內燃機(6)和至少一個電動機(10、10a)，以及 其中，所述混合動力車輛(I)還能夠在再生運行中通過回收動能以電能來驅動。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的車輛(1、100)，其特徵在於，根據所述需求信號(S4)能夠執行如下的變速器調整中的一個或多個 a)尤其地針對純粹電驅動或再生運行允許在滑行階段中脫開； b)防止在滑行階段中的脫開以提高所述壓氣機(16)的輸送功率； c)要求在滑行階段中接合用於提高轉速並且由此提高所述壓氣機(16)的輸送功率； d)要求調整或改變所述檔位或變速比。
7.根據權利要求6所述的車輛(1、100)，其特徵在於，在步驟d)中所述壓縮空氣控制裝置(18)在確定需求信號(S4)中的壓縮空氣需求的情形下要求帶有較低傳動比的較低檔位的調整，用於在相應地提高所述壓氣機(16)的輸送功率的情形下提高發動機轉速。
8.根據權利要求6或7所述的車輛(1、100)，其特徵在於，在步驟d)中檔位或變速比的調整或改變根據作為變速器調整和發動機載荷的函數的能量利用來進行。
9.根據權利要求2至8中任一項所述的車輛(1、100)，其特徵在於，所述壓縮空氣控制裝置(18 )和所述變速器調節器(11)集成在共同的控制裝置中。
10.根據權利要求1所述的車輛(200)，其特徵在於，所述需求信號(S4)是顯示信號，所述壓縮空氣控制裝置(18)將所述顯示信號輸出到用於為駕駛員顯示檔位改變請求的顯示裝置(211)和/或所述顯示裝置(211)的控制裝置(209 )。
11.一種用於控制車輛(1、100)的自動化的變速器(12)的方法，所述車輛具有壓縮空氣系統(5)，所述壓縮空氣系統(5)具有布置在內燃機(6)的發動機軸(7)上的壓氣機(16)，在所述方法中壓縮空氣控制裝置(18)確定所述壓縮空氣系統(5)的壓縮空氣需求並且據此輸出需求信號(S4)。
全文摘要
本發明涉及車輛(1)，其具有內燃機(6)；輸出軸(3)；設置在內燃機(6)與輸出軸(3)之間的用於調整不同的變速比和/或將內燃機(6)與輸出軸(3)脫接的變速器單元(13；8、12)；和帶有布置在內燃機(6)的發動機軸(7)上的壓氣機(16)和壓縮空氣控制裝置(18)的壓縮空氣系統(5)。根據本發明設計為，壓縮空氣控制裝置(18)輸出用於變速器調整的需求信號(S4)。
文檔編號B60W10/10GK103068652SQ201180039776
公開日2013年4月24日 申請日期2011年5月12日 優先權日2010年8月11日
發明者克裡斯蒂安·布倫內克, 斯特凡·布林克曼, 康拉德·法伊爾阿本德 申請人:威伯科有限公司