DE102006028601A1 - Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (1), der einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein mit unsynchronisierten Schaltkupplungen versehenes automatisches Schaltgetriebe (4) umfasst, die über ein Summierungsgetriebe (5) mit zwei Eingangselementen (6, 7) und einem Ausgangselement (8) sowie über eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung (12) miteinander gekoppelt sind, bei dem das erste Eingangselement (6) mit der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2), das zweite Eingangselement (7) mit dem Rotor (10) der Elektromaschine (3) und das Ausgangselement (8) mit der Eingangswelle (11) des Schaltgetriebes (4) drehfest verbunden ist und bei dem die Überbrückungskupplung (12) zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes (5) angeordnet ist, wobei nach dem vollständigen Schließen der Überbrückungskupplung (12) die Elektromaschine (3) aus dem kraftlosen Zustand in den Generatorbetrieb umgesteuert wird. Zur komfortablen und laststoßarmen Steuerung der Elektromaschine (3) in den Generatorbetrieb ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Aufbau des generatorischen Drehmomentes (M<SUB>EM</SUB> < 0) der Elektromaschine (3) innerhalb eines Drehmomenttrichters (25) erfolgt, durch den in einer ersten Phase (Ph1) das Drehmoment (M<SUB>EM</SUB>) und der Drehmomentgradient (dM<SUB>EM</SUB>/dt) der Elektromaschine (3) durch ein vorab festgelegtes, mit einem ersten Maximalgradienten ((dM<SUB>EM</SUB>/dt)<SUB>max1</SUB>) ansteigendes erstes ...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein mit unsynchronisierten Schaltkupplungen versehenes automatisiertes Schaltgetriebe umfasst, die über ein Summierungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement sowie über eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung miteinander gekoppelt sind, bei dem das erste Eingangselement mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das zweite Eingangselement mit dem Rotor der Elektromaschine und das Ausgangselement mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes drehfest verbunden ist, und bei dem die Überbrückungskupplung zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes angeordnet ist, wobei nach dem vollständigen Schließen der Überbrückungskupplung die Elektromaschine aus dem kraftlosen Zustand in den Generatorbetrieb gesteuert wird.
  • Ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der vorbezeichneten Art ist aus der DE 199 34 696 A1 und der DE 101 52 471 A1 bekannt. In diesem bekannten Antriebsstrang ist das Summierungsgetriebe jeweils als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger mit mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad ausgebildet. Das Hohlrad bildet das erste Eingangselement und ist drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Das Sonnenrad bildet das zweite Eingangselement und ist drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine gekoppelt. Der Planetenträger bildet das Ausgangselement und ist drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden. Die Überbrückungskupplung ist jeweils zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger des Planetengetriebes angeordnet.
  • In dem Antriebsstrang nach der DE 199 34 696 A1 ist die Überbrückungskupplung im Gegensatz zur vorliegend vorausgesetzten Reibungskupp lung als Klauenkupplung ausgebildet, so dass die Überbrückungskupplung nur bei Synchronlauf des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Schaltgetriebes durch ein Einrücken geschlossen werden kann und somit nur eingeschränkt nutzbar ist. Um einen Antrieb des Kraftfahrzeugs allein mit der Elektromaschine zu ermöglichen, ist ein Richtungsfreilauf zwischen der Kurbelwelle und einem Gehäuseteil angeordnet, wodurch die Kurbelwelle gegen ein Rückwärtsdrehen gesichert und damit das Antriebsmoment der Elektromaschine gegen das Gehäuse abgestützt wird. Um bei stehendem Kraftfahrzeug ein Starten des Verbrennungsmotors mit der Elektromaschine zu ermöglichen, ist ein weiterer Richtungsfreilauf zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und einem Gehäuseteil angeordnet, wodurch die Eingangswelle gegen ein Rückwärtsdrehen gesichert und damit das Antriebsmoment der Elektromaschine gegen das Gehäuse abgestützt wird.
  • In dem Antriebsstrang nach der DE 101 52 471 A1 ist die Überbrückungskupplung, wie es für die vorliegende Erfindung vorausgesetzt wird, als Reibungskupplung ausgebildet, so dass die Überbrückungskupplung auch bei einer Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zur Übertragung eines Drehmomentes im Schlupfbetrieb genutzt werden kann. Um bei stehendem Kraftfahrzeug und in Neutralstellung geschaltetem Schaltgetriebe einen Impulsstart des Verbrennungsmotors mit der Elektromaschine zu ermöglichen, ist eine weitere Reibungskupplung zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und einem Gehäuseteil angeordnet, wodurch die Eingangswelle nach Erreichen einer Startdrehzahl der Elektromaschine zum Starten des Verbrennungsmotors abgebremst werden kann.
  • Nachfolgend wird in der Beschreibung der Erfindung ohne Einschränkung des Schutzumfangs beispielhaft von einem weitgehend identischen Aufbau des Antriebsstrangs ausgegangen, wobei die Überbrückungskupplung als Reibungskupplung vorausgesetzt wird, insbesondere als nasse Lamellenkupp lung, alternativ aber auch als Trockenkupplung ausgeführt sein kann. Alternativ zu der bekannten Anordnung kann die Überbrückungskupplung auch zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad, demgemäß zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und dem Rotor der Elektromaschine, angeordnet sein.
  • Im normalen Fahrbetrieb ist die Überbrückungskupplung vollständig geschlossen, so dass das Planetengetriebe in sich blockiert ist und starr umläuft. In diesem Betriebszustand sind die Drehzahlen und die Drehrichtungen des Verbrennungsmotors, der Elektromaschine und der Eingangswelle des Schaltgetriebes identisch. Die Elektromaschine wird in diesem Betriebszustand vorwiegend als Generator zur Versorgung des elektrischen Bordnetzes betrieben, kann jedoch in bestimmten Betriebssituationen, insbesondere in Beschleunigungsphasen des Kraftfahrzeugs, zur Unterstützung des Verbrennungsmotors auch als Motor betrieben werden.
  • Gegen Ende eines Anfahrvorgangs oder eines Schaltvorgangs wird durch das Drehmoment der Elektromaschine, gegebenenfalls auch bei teilweise geschlossener, also im Schlupfbetrieb befindlicher Überbrückungskupplung mit Unterstützung durch das übertragene Drehmoment des Verbrennungsmotors ein Synchronlauf des Summierungsgetriebes hergestellt, so dass die Elemente des Summierungsgetriebes, bei einer Ausführung als Planetengetriebe das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad, sowie die mit diesen verbundenen Bauteile, wie der Rotor der Elektromaschine, die Eingangswelle des Schaltgetriebes und die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, in derselben Drehrichtung mit der gleichen Drehzahl rotieren. Dasselbe ist auch bei in Neutral geschaltetem Schaltgetriebe möglich, wodurch das elektrische Bordnetz auch bei Fahrzeugstillstand und in Ausrollphasen mit Energie versorgt werden kann.
  • Zum Übergang in den häufig auch als Laderregelung bezeichneten Generatorbetrieb der Elektromaschine muss diese nach dem vollständigen Schließen der Überbrückungskupplung und dem Abbau des motorischen Drehmomentes der Elektromaschine den generatorischen Betrieb überführt werden. Dabei soll der Aufbau des generatorischen Drehmomentes der Elektromaschine möglichst derart so erfolgen, dass komfortmindernde und möglicherweise Schwingungen anregende Lastschläge im Antriebsstrang vermieden werden.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Antriebsstrang der eingangs genannten Art die Elektromaschine nach dem vollständigen Schließen der Überbrückungskupplung aus dem kraftlosen Zustand in komfortabler und laststoßarmer Weise in den Generatorbetrieb umgesteuert werden kann.
  • Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
  • Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein automatisiertes Schaltgetriebe umfasst, wobei das automatisierte Schaltgetriebe vorteilhafterweise mit unsynchronisierten Schaltkupplungen versehen ist, welche über ein Summierungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement sowie über eine vorteilhafterweise als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung miteinander gekoppelt sind. Dabei ist das erste Eingangselement mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das zweite Eingangselement mit dem Rotor der Elektromaschine und das Ausgangselement mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes drehfest verbunden. Zudem ist die Überbrückungskupplung zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes angeordnet, wobei nach dem vollständigen Schließen der Überbrückungskupplung die Elektromaschine aus dem kraftlosen Zustand in den Generatorbetrieb umgesteuert wird.
  • Verfahrensgemäß ist außerdem vorgesehen, dass der Aufbau des generatorischen Drehmomentes der Elektromaschine innerhalb eines so genannten Drehmomenttrichters erfolgt, durch den in einer ersten zeitlichen Phase Ph1 das Drehmoment MEM und der Drehmomentgradient dMEM/dt der Elektromaschine durch ein vorab festgelegtes, mit einem ersten Maximalgradienten (dMEM/dt)max1 ansteigendes erstes Maximalmoment MEM_max1(t) und in einer daran anschließenden zweiten zeitlichen Phase Ph2 das Drehmoment MEM der Elektromaschine durch ein vorab festgelegtes konstantes zweites Maximalmoment MEM_max2 begrenzt wird.
  • Durch die Begrenzung des Drehmomentgradienten dMEM/dt und des Drehmomentes MEM der Elektromaschine wird ein Laststoß und die Anregung von Drehschwingungen im Antriebsstrang vermieden. Dadurch wird sowohl der Fahrkomfort des betreffenden Kraftfahrzeugs verbessert als auch die Lebensdauer der Bauteile des Antriebsstrangs erhöht.
  • Um auch bei betriebsbedingten Änderungen des generatorischen Drehmoments MEM der Elektromaschine innerhalb der durch den ersten Maximalgradienten (dMEM/dt)max1 und das zweite Maximalmoment MEM_max2 gebildeten Betriebsgrenzen Laststöße zu vermeiden, wird der Drehmomentgradient dMEM/dt der Elektromaschine innerhalb des Drehmomenttrichters durch einen vorab festgelegten zweiten Maximalgradienten (dMEM/dt)max2 begrenzt.
  • Hierzu ist zweckmäßig der zweite Maximalgradient (dMEM/dt)max2 im Betrag kleiner oder maximal gleich groß wie der erste Maximalgradient (dMEM/dt)max1 definiert.
  • Für den Fall, dass die Elektromaschine aus dem fastfreien Zustand oder dem generatorischen Betrieb in den motorischen Betrieb umgesteuert werden soll, wird das Drehmoment MEM und der Drehzahlgradient dMEM/dt der Elek tromaschine im motorischen Betrieb bevorzugt auf die gleiche Art und Weise wie im generatorischen Betrieb begrenzt.
  • Um hierbei den steuerungstechnischen Aufwand möglichst gering zu halten, entsprechen die Maximalgradienten (dMEM/dt)max1, (dMEM/dt)max2 und die Maximalmomente MEM_max1(t), MEM_max2 für den motorischen Betrieb der Elektromaschine im Betrag zweckmäßig den entsprechenden Werten für den generatorischen Betrieb der Elektromaschine.
  • Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt.
  • In dieser zeigt:
  • 1 einen typischen Drehmomentenverlauf der Elektromaschine bei einem erfindungsgemäß gesteuerten Übergang in die Laderegelung,
  • 2 den allgemeinen Aufbau des zugrunde gelegten Antriebsstrangs in vereinfachter schematischer Darstellung und
  • 3 eine bevorzugte praktische Ausführung des Antriebsstrangs gemäß 2 in schematischer Darstellung.
  • Ein Antriebsstrang 1 nach 2 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, eine Elektromaschine 3 und ein automatisiertes Schaltgetriebe 4, die über ein Summierungsgetriebe 5 mit zwei Eingangselementen 6, 7 und einem Ausgangselement 8 miteinander gekoppelt sind. Das erste Eingangselement 6 ist mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2, das zweite Eingangselement 7 mit dem Rotor 10 der Elektromaschine 3 und das Ausgangselement 8 mit der Eingangswelle 11 des Schaltgetriebes 4 jeweils drehfest verbunden. Eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung 12 ist zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes 5, vorliegend zwischen den beiden Eingangselementen 6 und 7 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 2, die Elektromaschine 2 und die Überbrückungskupplung 12 stehen über Sensor- und Steuerleitungen 13 mit einem Steuergerät 14 in Verbindung, über das die Komponenten des Antriebsstrangs 1 koordiniert steuerbar sind.
  • Eine bevorzugte praktische Ausführungsform des Antriebsstrangs 1 ist in 3 abgebildet. In diesem Antriebsstrang 1 ist das Summierungsgetriebe 5 als ein einfaches Planetengetriebe 15 mit einem Sonnenrad 16, einem Planetenträger 17 mit mehreren Planetenrädern 18 und einem Hohlrad 19 ausgebildet. Das Hohlrad 19 bildet das erste Eingangselement 6 und steht über ein Schwungrad 20 und einen Drehschwingungsdämpfer 21 mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 in Verbindung. Das Sonnenrad 16 bildet das zweite Eingangselement 7 und ist unmittelbar mit dem Rotor 10 der Elektromaschine 3 verbunden. Der Planetenträger 17 bildet das Ausgangselement 8 und steht unmittelbar mit der Eingangswelle 11 des Schaltgetriebes 4 in Verbindung. Ein zwischen der Eingangswelle 11 und einem Gehäuseteil 22 angeordneter Richtungsfreilauf 23 dient zur Abstützung der Eingangswelle 11 bei einem Starten des Verbrennungsmotors 2 durch die Elektromaschine 3. Das Schaltgetriebe 4 ist in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist insgesamt sechs Vorwärtsgänge sowie einen Rückwärtsgang auf, die über jeweils eine unsynchronisierte Klauenschaltkupplung selektiv schaltbar sind. Die Überbrückungskupplung 12 ist zwischen dem Rotor 10 der Elektromaschine 3 und einer Verbindungswelle 24 angeordnet, durch die der Verbrennungsmotor 2 mit dem Hohlrad 19 in Verbindung steht.
  • In 1 ist in einem Drehmoment-Zeit-Diagramm beispielhaft der Drehmomentverlauf MEM(t) einer Elektromaschine 3 abgebildet, die in einem Antriebsstrang 1 gemäß 2 oder 3 angeordnet ist und nach einem Anfahr- oder Schaltvorgang nach Erreichen des kraftlosen Zustands (MEM = 0) in die Laderegelung, also in den Generatorbetrieb (MEM < 0) gesteuert wird, wobei die Höhe des generatorischen Drehmomentes MEM der Elektromaschine 3 innerhalb des Generatorbetriebs mehrfach betriebsbedingt geändert wird.
  • Der Aufbau des generatorischen Drehmomentes der Elektromaschine 3 erfolgt innerhalb eines Drehmomenttrichters 25, durch den in einer ersten Phase Ph1 das Drehmoment MEM und der Drehmomentgradient dMEM/dt der Elektromaschine 3 durch ein vorab festgelegtes, mit einem ersten Maximalgradienten (dMEM/dt)max1 ansteigendes erstes Maximalmoment MEM_max1(t) und in einer zum Zeitpunkt t1 anschließenden zweiten Phase Ph2 das Drehmoment MEM der Elektromaschine 3 durch ein vorab festgelegtes konstantes zweites Maximalmoment MEM_max2 begrenzt wird.
  • Innerhalb des Drehmomenttrichters 25 wird der Betrag des Drehmomentgradienten dMEM/dt der Elektromaschine 3 durch einen vorab festgelegten zweiten Maximalgradienten (dMEM/dt)max2 begrenzt, der im Betrag kleiner oder gleich groß wie der erste Maximalgradient (dMEM/dt)max1 definiert ist.
  • Am Anfang des generatorischen Betriebs wird das Drehmoment MEM der Elektromaschine 3 bis zum Zeitpunkt t1 durch den ersten Maximalgradienten (dMEM/dt)max1 bzw. das linear ansteigende erste Maximalmoment MEM_max1 begrenzt. Danach erfolgt die Begrenzung im Wesentlichen durch das konstante zweite Maximalmoment MEM_max2 und durch den zweiten Maximalgradienten (dMEM/dt)max2. Hierdurch werden starke Laständerungen der Elektromaschine 3 vermieden, durch die komfortmindernde und möglicherweise Drehschwingungen auslösende Laststöße im Antriebsstrang 1 entstehen könnten.
  • Für den Fall einer Steuerung der Elektromaschine 3 in den motorischen Betrieb (MEM > 0) werden das Drehmoment MEM und der Drehzahlgradient dMEM/dt der Elektromaschine 3 auf die gleiche Art und Weise wie im generatorischen Betrieb begrenzt, wobei die Maximalgradienten (dMEM/dt)max1, (dMEM/dt)max2 und die Maximalmomente MEM_max1(t), MEM_max2 für den motorischen Betrieb der Elektromaschine 3 im Betrag den entsprechenden Werten für den generatorischen Betrieb der Elektromaschine 3 entsprechen.
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Elektromaschine
    4
    Schaltgetriebe
    5
    Summierungsgetriebe
    6
    (erstes) Eingangselement
    7
    (zweites) Eingangselement
    8
    Ausgangselement
    9
    Kurbelwelle
    10
    Rotor
    11
    Eingangswelle
    12
    Überbrückungskupplung
    13
    Sensor- und Steuerleitung
    14
    Steuergerät
    15
    Planetengetriebe
    16
    Sonnenrad
    17
    Planetenträger
    18
    Planetenrad
    19
    Hohlrad
    20
    Schwungrad
    21
    Drehschwingungsdämpfer
    22
    Gehäuseteil
    23
    Richtungsfreilauf
    24
    Verbindungswelle
    25
    Drehmomenttrichter
    M
    Drehmoment
    MEM
    Drehmoment von 3
    Ph1
    erste Phase
    Ph2
    zweite Phase
    t
    Zeit
    t1
    Zeitpunkt
    t1'
    Zeitpunkt

Claims (5)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs (1), der einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein automatisiertes Schaltgetriebe (4) umfasst, die über ein Summierungsgetriebe (5) mit zwei Eingangselementen (6, 7) und einem Ausgangselement (8) sowie über eine Überbrückungskupplung (12) miteinander gekoppelt sind, bei dem das erste Eingangselement (6) mit der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2), das zweite Eingangselement (7) mit dem Rotor (10) der Elektromaschine (3) und das Ausgangselement (8) mit der Eingangswelle (11) des Schaltgetriebes (4) drehfest verbunden ist, und bei dem die Überbrückungskupplung (12) zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes (5) angeordnet ist, wobei nach dem vollständigen Schließen der Überbrückungskupplung (12) die Elektromaschine (3) aus dem kraftlosen Zustand in den Generatorbetrieb umgesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufbau des generatorischen Drehmomentes (MEM < 0) der Elektromaschine (3) innerhalb eines Drehmomenttrichters (25) erfolgt, durch den in einer ersten Phase (Ph1) das Drehmoment (MEM) und der Drehmomentgradient (dMEM/dt) der Elektromaschine (3) durch ein vorab festgelegtes, mit einem ersten Maximalgradienten ((dMEM/dt)max1) ansteigendes erstes Maximalmoment (MEM_max1(t)) und in einer daran anschließenden zweiten Phase (Ph2) das Drehmoment (MEM) der Elektromaschine (3) durch ein vorab festgelegtes konstantes zweites Maximalmoment (MEM_max2) begrenzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Drehmomentgradienten (dMEM/dt) der Elektromaschine (3) innerhalb des Drehmomenttrichters (25) durch einen vorab festgelegten zweiten Maximalgradienten ((dMEM/dt)max2) begrenzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Maximalgradient ((dMEM/dt)max2) im Betrag kleiner oder maximal gleich groß wie der erste Maximalgradient ((dMEM/dt)max1) definiert ist.
  4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (MEM) und der Drehzahlgradient (dMEM/dt) der Elektromaschine (3) bei einer Steuerung der Elektromaschine (3) in den motorischen Betrieb (MEM > 0) auf die gleiche Art und Weise begrenzt werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalgradienten ((dMEM/dt)max1, (dMEM/dt)max2) und die Maximalmomente (MEM_max1(t), MEM_max2) für den motorischen Betrieb der Elektromaschine (3) im Betrag mit den entsprechenden Werten für den generatorischen Betrieb der Elektromaschine (3) übereinstimmen.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113853486A (zh) * 2019-05-13 2021-12-28 舍弗勒技术股份两合公司 用于确定离合器的传递扭矩的方法
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