AT519375A1 - Verfahren zur steuerung eines schaltvorganges - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltvorganges je nach Schaltart - entweder einer Zug-Hochschaltung, einer Zug-Rückschaltung, einer Schub-Hochschaltung oder einer Schub-Rückschaltung - eines Hybridantriebs mit zumindest zwei Antriebselementen und mit zumindest einer öffnenden Kupplung und zumindest einer schließenden Kupplung. Aufgabe der Erfindung ist es, den Schaltvorgang unter Ausnutzung der neuen Möglichkeiten zu verbessern, die bestimmte Arten von Hybridantrieben neben den konventionellen Hybridbetriebsmodi zur Verfügung stellen: Hybridbetriebsmodi (Gänge) mit kontinuierlich variablem Übersetzungsverhältnis (CVT-Modus). Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, dass ein Steuerungselement eine Auswahl trifft aus einer ersten Schaltsequenz oder einer zweiten Schaltsequenz unabhängig von der Schaltart.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltvorganges je nach Schaltart - entweder einer Zug-Hochschaltung, einer Zug-Rückschaltung, einer Schub-Hochschaltung odereiner Schub-Rückschaltung - eines Hybridantriebs mit zumindest zwei Antriebselementen und mit zumindest einer öffnenden Kupplung und zumindest einer schließenden Kupplung.
In konventionellen automatischen Schaltgetrieben wird ein Ablauf der Schaltsequenzen des Schaltvorganges abhängig von der Orientierung der Größe des Eingangs- oder des Ausgangsdrehmomentes bestimmt und eine Schaltentscheidung häufig aufgrund der Wirkungsgrade der Antriebe getroffen.
Beim Schaltvorgang unterscheidet man zwischen den Schaltungstypen Zug-Hochschaltung, Zug-Rückschaltung sowie Schub-Hochschaltung und Schub-Rückschaltung. Hochschaltung bezeichnet das Schalten aus einem aktuellen Gang in einen höheren Gang. Dabei ist die Drehmoment-Übersetzung vom Getriebeeingang zum -ausgang im höheren Gang größer (verglichen zum aktuellen Gang) respektive umgekehrt für eine Rückschaltung. Zug beziehungsweise Schub bedeutet hier das Schalten unter in Summe das Fahrzeug beschleunigendem, beziehungsweise abbremsendem Drehmoment beispielsweise am Getriebeausgang. Aus dem Schaltungstyp entscheidet sich, welche Größen zuerst angepasst werden, das Drehmoment oder die Drehzahl, also die Wahl der Schaltsequenzen. Üblicherweise wird bei Zug-Hochschaltung zuerst das Drehmoment übergeben und anschließend die Drehzahlen angepasst, bei Zug-Rückschaltung wird zuerst die Drehzahl synchronisiert und anschließend das Drehmoment übergeben. Bei Schub-Hochschaltung werden wie bei Zug-Rückschaltung zuerst die Drehzahlen synchronisiert und anschließend das Drehmoment übergeben. Bei Zug-Rückschaltung wird üblicherweise wie bei Zug-Hochschaltung zuerst das Drehmoment übergeben und dann die Drehzahlen synchronisiert.
Dabei ist normalerweise kein Freiheitsgrad verfügbar um Einfluss auf die Schaltsequenz zu nehmen.
Wird während des Schaltvorganges der Temperatureintrag auf die schließende und auf die öffnende Kupplung überwacht und es droht nun während des
Schaltvorganges eine Überhitzung einer Kupplung, wird üblicherweise der Schaltvorgang abgebrochen.
Wird nun beispielsweise eine Hochschaltung bei durchgedrücktem Gaspedal, also während einer Beschleunigung durchgeführt, handelt es sich um Zug-Hochschaltung. Der Schaltvorgang wird eingeleitet und Drehmomentübergabe findet statt. Geht nun aber der Fahrer während des Schaltvorganges vom Gaspedal wird aus der Zug-Hochschaltung plötzlich eine Schub-Hochschaltung. Es kommt also während des Schaltvorganges zu einer Meinungsänderung. Die richtige Schaltsequenz dafür wäre zuerst Drehzahlanpassung und dann Drehmomentübergabe. Nach dem Stand der Technik wird in solch einem Fall entweder der Schaltvorgang abgebrochen oder nach speziellen Meinungsänderungsstrategien vorgegangen. Das führt zu Drehmomentstörungen oder zu erhöhten Antwortzeiten für einen angeforderten Schaltvorgang. Darüber hinaus verschlechtert sich die Schaltqualität, da das gewünschte bzw. vorgegebene Rad-Antriebsdrehmoment nicht mehr eingehalten werden kann.
Bestimmte Arten von Hybridantrieben, ermöglichen neben den konventionellen Hybridbetriebsmodi auch Hybridbetriebsmodi (Gänge) mit kontinuierlich variablem Übersetzungsverhältnis (CVT-Modus) so dass ein fest eingelegter Gang zwei mechanischen Freiheitsgraden im Getriebe entspricht.
Aus der DE 10 2011 114 110 Al und aus der DE 10 2007 026 888 Al sind jeweils Verfahren zum Betreiben und zur Steuerung von Hybridantriebssträngen bekannt. Dabei wird jeweils ein Schaltvorgang eingeleitet, um einen Gesamtwirkungsgrad des Antriebes zu optimieren. Dabei kann jedoch nicht auf die Wahl der Schaltsequenz Einfluss genommen werden. Sobald klar ist, ob es sich um Zug-Hochschaltung, Zug-Rückschaltung, Schub-Hochschaltung oder Schub-Rückschaltung handelt wird die entsprechende Schaltsequenz ausgeführt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bereitzustellen, welches diese Nachteile vermeidet und die zusätzlichen Möglichkeiten geeignet ausnützt, welche solche Getriebe zur Verfügung stellen, die über zumindest einen CVT-Betriebsmodus verfügen.
Erfindungsgemäß wird das dadurch gelöst, dass ein Steuerungselement eine Auswahl trifft aus einer ersten Schaltsequenz oder einer zweiten Schaltsequenz unabhängig von der Schaltart. Dadurch kann der zusätzliche Freiheitsgrad eines CVT-Betriebsmodus (beispielsweise zugunsten von Wirkungsgrad, Vorhalt für Meinungsänderung, reduzierten Reibeintrag in eine Kupplung) entscheidend vorteilhaft ausgenutzt werden. Es kann im Fall einer Meinungsänderung, wenn sich die Schaltart ändert, besser reagiert werden. Der Schaltvorgang kann dadurch fortgesetzt werden ohne Zeitverzögerung und ohne negative Beeinflussung des Rad-Antriebsdrehmomentes.
Unter einer ersten Schaltsequenz versteht sich hier die vorhergehende Anpassung der übertragenen Drehmomente der Kupplungen von einem Zustand im aktuellen Gang auf einen Zustand eines Zielganges und die nachfolgende Anpassung der Drehzahlen und unter einer zweiten Schaltsequenz versteht sich die vorhergehende Anpassung der Drehzahlen der Antriebselemente von einem Zustand im aktuellen Gang auf einen Zustand eines Zielganges und die nachfolgende Anpassung der Drehmomente.
Besonders günstig kann das Verfahren durchgeführt werden, wenn der Schaltvorgang in einem CVT-Getriebe gesteuert wird. Wenn der Hybridantrieb ein CVT-Getriebe aufweist. Dadurch ist der Ablauf der Schaltsequenzen leichter beinflussbar.
Um unter Beibehaltung der Schaltqualität eine für den Schaltvorgang optimierte Schaltstrategie einstellen zu können, ist es günstig, wenn ein Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz beeinflusst wird, indem eine Drehmomentaufteilung zwischen den zumindest zwei Antriebselementen von dem Steuerungselement variiert wird.
Ein gutes Kriterium zur Auswahl der geeigneten Schaltsequenz bietet sich an, wenn der Schaltvorgang hinsichtlich seiner Effizienz überwacht wird. Dadurch können beispielsweise die Reibungsverluste an den Kupplungen minimiert werden. Daher kann die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund der Effizienz getroffen werden und/oder es kann der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund der Effizienz geführt werden.
Um thermische Überbelastung von Schaltelementen, beispielsweise von Kupplungen zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund von thermischen Grenzwerten von Schaltelementen getroffen wird und/oder dass der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund von thermischen Grenzwerten geführt wird.
In Hinblick auf die Umweltfreundlichkeit ist es günstig, wenn die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund von Emissionswerten des Schaltvorganges getroffen wird und/oder dass der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund der Emissionswerte geführt wird.
Um beispielsweise eine mechanische Überbelastung zu verhindern oder ein Einhalten der Schaltstrategie zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund von mechanischen Grenzwerten von Schaltelementen und Antrieben getroffen wird -vorzugsweise Drehmomentbeschränkungen der Antriebe und/oder wenn der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund der mechanischen Grenzwerte geführt wird.
Um gut auf eine Meinungsänderung während des Schaltvorganges reagieren zu können und störende Einflüsse auf das Ausgangsdrehmoment zu verhindern, ist es günstig, wenn bei Änderung der Schaltungsart während des Schaltvorganges auf den Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz Einfluss genommen wird um den Schaltvorgang abzuschließen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Schaltstrategie anhand von einstellbaren Gewichtungen für verschiedene Kriterien sowie unter Berücksichtigung von echten Begrenzungen eine Auswahl für die Schaltsequenz trifft und/oder den Ablauf der Schaltsequenz während des Schaltvorganges beeinflusst. Solche Kriterien stellen beispielsweise, nicht einschränkend, die Effizienz des Schaltvorganges, thermische oder mechanische Belastung der Reibelemente (Kupplungen) oder minimaler Einfluss auf die übergeordnete Hybrid-Strategie dar. Echte Begrenzungen dagegen können beispielsweise, aber nicht einschränkend, die statischen und dynamischen Limitierungen der Antriebsdrehmomente sein. Die Entscheidung über die Auswahl der Schaltstrategie wird dabei günstigerweise online über eine Optimierung unter Berücksichtigung von kalibrierbaren Gewichten und unter Einhaltung von Grenzwerten oder anderen Beschränkungen getroffen.
Insgesamt kann vorteilhaft in einem Steuerelement eine Auswahl der Schaltsequenzen, die Schaltstrategie bzw. der Schaltablauf so eingestellt werden, dass alle Grenzwerte eingehalten werden und ein Kompromiss zwischen den einzelnen Kriterien gefunden wird, indem ein Optimum über eine voreingestellte Gewichtungsfunktion berechnet wird.
Als Antriebselemente können sowohl Verbrennungsmotoren, als auch Elektromotoren vorgesehen werden, wobei hier grundsätzlich jede vorstellbare Art von Motor bzw. Kombination daraus verwendet werden kann.
Die Erfindung wird anhand der nicht einschränkenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrensablauf;
Fig. 2 ein erstes Diagramm zu einer ersten Schaltsequenz;
Fig. 3 ein zweites Diagramm zu der ersten Schaltsequenz;
Fig. 4 ein erstes Diagramm zu einer zweiten Schaltsequenz; und
Fig. 5 ein zweites Diagramm zu der zweiten Schaltsequenz.
In Fig. 1 ist ein beispielhafter Ablauf eines Verfahrens zur Steuerung eines Schaltvorganges gezeigt. Dabei wird anfangs eine Schaltentscheidung 1 getroffen und in einem nachfolgenden Schritt eine Auswahl 2 von einem Steuerelement (bzw. Regelelement) getroffen. Dabei wird zwischen einer ersten Schaltsequenz und einer zweiten Schaltsequenz gewählt. Danach findet ein Beginn 3 des Schaltvorgangs statt. Im gezeigten Beispiel ändert ein Fahrer sein Verhalten und eine Schaltvorgangsart wird auf Grund einer Meinungsänderung 4 verändert. Um den Schaltvorgang weiter durchführen zu können wird eine Anpassung 5 von Größen über die erste Schaltsequenz oder über die zweite Schaltsequenz durchgeführt. Über den gesamten Schaltvorgang hinweg (Beginn 3, Meinungsänderung 4, Anpassung 5) werden Temperaturen T, und übertragene Drehmomente M, von Schaltelementen gemessen und dem Steuerelement (bzw. dem Regelelement) übergeben. Schaltwirkungsgrade qSh und Gesamtwirkungsgrade qges werden ebenfalls bewertet und an das Steuerelement übergeben. Das Steuerelement trifft während des gesamten Verfahrens die Auswahl 2 und steuert und/oder regelt einen Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz.
In Fig. 2 und Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Ablauf der ersten Schaltsequenz gezeigt. In Fig. 2 findet sich dazu ein Verlauf der Drehzahlen n. Eine erste Drehzahl ni einer öffnenden Kupplung und eines Ausgangsganges und eine zweite Drehzahl r\2 einer schließenden Kupplung und eines Zielganges sind darin gezeigt. Ebenso ist eine Eingangsdrehzahl ne darin aufgezeichnet. Eine Bremsung B der Eingangsdrehzahl ne ist abhängig von einer Reduktionsanforderung eines Eingangsdrehmoment ME eines Verbrennungsmotors und von erforderlichen Drehmomenten an den Kupplungen.
In Fig. 3 sind Verläufe von Drehmomenten M, über den beispielhaften Schaltvorgang gezeigt. Ein erstes übertragenes Drehmoment Mi der öffnenden Kupplung und ein zweites übertragenes Drehmoment M2 der schließenden Kupplung, sowie das Eingangsdrehmoment Me des Verbrennungsmotors und ein von einem Fahrer angefordertes Drehmoment MA.
Bei der ersten Schaltsequenz, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt, ist zuerst in einem ersten Abschnitt Ai die schließende Kupplung geöffnet und die öffnende Kupplung geschlossen. In einem zweiten Abschnitt A2 wird der Schaltvorgang vorbereitet und begonnen. In einem Abschnitt AD zur Übergabe des Drehmomentes wird das Drehmoment von der öffnenden Kupplung an die schließende Kupplung übergeben und in einem Synchronisationsabschnitt As findet eine Synchronisation der Drehzahlen statt. In einem Fahrabschnitt Af ist der Schaltvorgang abgeschlossen. Während des Synchronisationsabschnittes As findet eine erforderliche Reduktion des Eingangsdrehmomentes ME vom Verbrennungsmotor statt. Zum Übergang vom Synchronisationsabschnitt As zum Fahrabschnitt AF wird ein Schlupf der schließenden Kupplung sanft reduziert.
In Fig. 4 und Fig. 5 sind der Synchronisationsabschnitt As und der Abschnitt Ad zur Übergabe des Drehmoments der zweiten Schaltsequenz gezeigt. Dabei liegt der Synchronisationsabschnitt As zeitlich vor dem Abschnitt Ad zur Übergabe des Drehmomentes. Während der einzelnen Abschnitte des Schaltvorganges werden nun Größen, wie die Drehmomente M,, Temperaturen T, von den Schaltelementen, wie Kupplungshälften der schließenden und der öffnenden Kupplung, dem Gesamtwirkungsgrad r|ges überden gesamten Antriebsstrang oder Teilen davon und dem Schaltwirkungsgrad qSh. Jeder Schaltvorgang wird überwacht, gesteuert oder geregelt von dem Steuerelement.
In einem ersten Beispiel wird eine Zug-Rückschaltung durchgeführt. Dabei wurde bisher im Allgemeinen die zweite Schaltsequenz durchgeführt. Dabei folgt zuerst der Synchronisationsabschnitt As und dann der Abschnitt AD. Während des Synchronisationsabschnittes As findet infolgedessen ein großer Energieeintrag in die öffnende Kupplung statt, weil die Synchronisation über Kupplungsschlupf durchgeführt wird. Dabei ergibt sich die ungefähr eingebrachte Energie aus einer Schlupfgeschwindigkeit mal dem Drehmoment. Diese Energie heizt die öffnende Kupplung auf.
Wenn die öffnende Kupplung jedoch bereits soweit erhitzt ist, dass es in Folge eines weiteren Schaltvorgangs zu einer Überhitzung kommen würde, greift das Steuerelement ein. Dabei wird im Stand der Technik bei Kontrolle und Erkennen der erhitzten Kupplung der Schaltvorgang einfach abgebrochen. Aufgrund der durch den eingelegten Hybridbetriebsmodus ermöglichten variable Drehmomentaufteilung zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor ist es nun möglich, in diesem Fall die erste Schaltsequenz anstatt der zweiten Schaltsequenz durchzuführen. Dadurch kann der Energieeintrag in die nahezu überhitzte öffnende Kupplung umgangen werden. Dabei ist es grundsätzlich egal, von welcher Schaltsequenz ausgegangen wird, in einem anderen Beispiel können erste und zweite Schaltsequenz vertauscht sein.
In einem zweiten Beispiel wird eine Zug-Hochschaltung durchgeführt. Im Allgemeinen würde nun die erste Schaltsequenz eigeleitet. In dem Synchronisationsabschnitt kommt es zu Drehmomentsprüngen, die zu höheren Emissionen und zu Wirkungsgradeinbußen beim Verbrennungsmotor führen können durch beispielsweise Spätzündung.
Abhängig von dem vom Fahrer ausgewählten Fahrmodus, zum Beispiel maximale Verbrauchseffizienz, oder minimale Emissionen, kann nun das Steuerelement auf den Schaltvorgang einwirken, sodass die Ziele des Fahrmodus erreicht werden. Die geeignete Schaltsequenz wird passend von dem Steuerelement ausgewählt.
In einem dritten Beispiel wird für eine Zug-Hochschaltung der Schaltvorgang eingeleitet. Jedoch währenddessen beginnt der Fahrer das Gaspedal loszulassen und somit wandelt sich die Zug-Hochschaltung zu einer Schub-Hochschaltung.
Dabei würde statt der ersten Schaltsequenz die zweite Schaltsequenz notwendig. Wenn diese Meinungsänderung des Fahrers während des Schaltvorgangs eintritt wird normalerweise entweder der Schaltvorgang abgebrochen, oder die Schaltqualität sinkt.
Abhängig vom Fahrmodus kann nun durch die Erfindung und aufgrund der Beschaffenheit der des Hybridantriebes eine Schaltsequenz gewählt werden, die die Ziele des gewählten Fahrmodus erreicht. Dabei kann nun die schon eingeleitete Schaltsequenz, in diesem Beispiel, die erste Schaltsequenz weiter geführt werden. Das wird ermöglicht, indem die Drehmomentaufteilung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor verändert wird und den Anforderungen für die Schaltsequenz gerecht wird. Sobald der Fahrer das Gaspedal loslässt greift das Steuerelement ein und verändert die Drehmomentaufteilung, sodass die erste Schaltsequenz fortgeführt werden kann.
Das Steuerelement kann die Drehmomentaufteilung so verändern, dass auf thermische Grenzwerte, mechanische Grenzwerte, die Emissionen, die Effizienz, Meinungsänderungen, den selektierten Fahrmodus, den Zustand des Fahrzeuges, Systemlimits und die aktive Fahrzeugdiagnose Rücksicht genommen wird.
Aufgrund der Berechnung eines Optimums mithilfe von voreingestellten Gewichtungen der Kriterien, wie der Emissionen oder der Effizienz wählt das Steuerelement die erste Schaltsequenz oder die zweite Schaltsequenz aus und steuert deren Ablauf. Dabei wird ebenfalls auf die thermischen und die mechanischen Grenzwerte Rücksicht genommen.
Claims (11)
- PATENTANSPRÜCHE1. Verfahren zur Steuerung eines Schaltvorganges je nach Schaltart - entweder einer Zug-Hochschaltung, einer Zug-Rückschaltung, einer Schub-Hochschaltung oder einer Schub-Rückschaltung - eines Hybridantriebs mit zumindest zwei Antriebselementen und mit zumindest einer öffnenden Kupplung und zumindest einerschließenden Kupplung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerungselement eine Auswahl trifft aus einer ersten Schaltsequenz oder einer zweiten Schaltsequenz unabhängig von der Schaltart.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang in einem CVT-Getriebe gesteuert wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz beeinflusst wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehmomentaufteilung zwischen den zumindest zwei Antriebselementen von dem Steuerungselement variiert wird.
- 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltvorgang hinsichtlich seiner Effizienz überwacht wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund der Effizienz getroffen wird und/oder dass der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund der Effizienz geführt wird.
- 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund von thermischen Grenzwerten von Schaltelementen getroffen wird und/oder dass der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund von thermischen Grenzwerten geführt wird.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund von Emissionswerten des Schaltvorganges getroffen wird und/oder dass der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund der Emissionswerte geführt wird.
- 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl der ersten Schaltsequenz und der zweiten Schaltsequenz aufgrund von mechanischen Grenzwerten von Schaltelementen und Antrieben getroffen wird - vorzugsweise Drehmomentbeschränkungen der Antriebe und/oder dass der Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz aufgrund der mechanischen Grenzwerte geführt wird.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung der Schaltungsart während des Schaltvorganges auf den Ablauf der ersten Schaltsequenz oder der zweiten Schaltsequenz Einfluss genommen wird um den Schaltvorgang abzuschließen.
- 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl und/oder der Ablauf der Schaltsequenzen aufgrund von einstellbaren Gewichtungen für Kriterien und/oder Grenzwerte beeinflusst wird.
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