DE102007049491B4

DE102007049491B4 - Verfahren zur Steuerung eines Triebstranges

Info

Publication number: DE102007049491B4
Application number: DE102007049491.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Rieling Jörg; Bernd Cappelmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-10-16
Filing date: 2007-10-16
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2027-10-17
Also published as: DE102007049491A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Triebstranges (1, 1') beim Anfahren eines Abtriebs, bei dem der Triebstrang (1) eine Störquelle (2), eine steuerbare Momentenquelle (3), ein steuerbares Übertragungsglied (4) und einen Abtrieb (5) als Triebstrangkomponenten sowie eine elektronische Regeleinheit (6) zur Regelung der Triebstrangkomponenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenquelle (3) beim Anfahren eine Antriebsdrehzahl über die elektronische Regeleinheit (6) vorgegeben wird, die um einen vorgegebenen kleinen Wert geringfügig größer ist als die Drehzahl einer Eingangwelle des Abtriebs (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Triebstranges beim Anfahren eines Abtriebs, bei dem der Triebstrang eine Störquelle, eine steuerbare Momentenquelle, ein steuerbares Übertragungsglied und einen Abtrieb als Triebstrangkomponenten sowie eine elektronische Regeleinheit zur Regelung der Triebstrangkomponenten aufweist.
Aus der DE 10 2004 023 673 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsstranges eines Hybridfahrzeugs bekannt. Der Antriebsstrang weist in einer seriellen Anordnung einen Verbrennungsmotor, eine erste Reibtrennkupplung, eine Elektromaschine, eine zweite steuerbare Reib-Trennkupplung sowie ein Fahrgetriebe mit einer Eingangswelle auf. Dabei ist vorgesehen, dass die dem Getriebe vorgelagerte zweite Trennkupplung im Schlupfbetrieb gesteuert wird.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren, das sich grundsätzlich bewährt hat, ist, dass durch den Schlupf in dem von der zweiten Trennkupplung gebildeten Übertragungsglied eine Verlustleistung entsteht, die es weiter zu optimieren gilt.
Auch das in der DE 10 2004 007 160 A1 offenbarte Verfahren setzt auf eine Schlupf-Steuerung der zwischen Verbrennungskraftmaschine und Getriebe angeordneten Trennkupplung. Ziel des dort offenbarten Verfahrens ist es, Lastschläge, insbesondere infolge abrupter Veränderungen der Fahrpedalstellung zu verhindern, indem die Kupplung während des Anfahrvorgangs so gesteuert wird, dass eine konstante Drehzahl-Obergrenze, die der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine entspricht, von der Getriebeeingangswelle nicht überschritten wird.
Die DE 195 30 233 A1 betrifft den gezielten Einsatz einer Drehzahldifferenz zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle, mithin der Getriebeeingangswelle und der Getriebeausgangswelle. Diese Drehzahldifferenz wird allgemein beim Schalten als gezielte Fehlsynchronisation beim Einlegen des nächsten Gangs angewendet. Bei eingelegtem Gang sind bei genau einer Zahnradpaarung im Getriebe die beteiligten Räder drehfest mit ihrer jeweiligen Welle verbunden, während bei den übrigen Zahnradpaarungen wenigstens ein beteiligtes Rad rotierbar auf seiner zugehörigen Welle gelagert ist. Auslegen des Gangs bedeutet, dass auch bei der festen Zahnradpaarung wenigstens ein Rad von seiner Welle gelöst wird. Vor dem Einlegen des nächsten Gangs, d. h. der Drehfixierung beider Räder einer anderen Zahnradpaarung, müssen diese miteinander synchronisiert werden. Dies erfolgt gemäß vorbekannten Verfahren mittels des Elektromotors, der die Antriebswelle über eine Vorgelegestufe beschleunigen oder abbremsen kann. Gemäß dem vorbekannten Verfahren ist vorgesehen, dass bei einem Beschleunigen der Antriebswelle nur eine Drehzahl knapp unterhalb der Drehzahl der Abtriebswelle und bei einem Abbremsen der Antriebswelle nur einer Drehzahl knapp oberhalb der Drehzahl der Abtriebswelle erreicht wird.
Die DE 10 2007 008 086 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, bei dem eine Schlupfregelung einer Trennkupplung genutzt wird, um beim Abschalten der Brennkraftmaschine im Fahrbetrieb diese mithilfe der elektrischen Maschine ruckfrei auf null zu fahren.
Aus der DE 10 2004 023 673 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung des Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs bekannt, bei dem im Schlupfbetrieb der Trennkupplung ein Schwungrad übermäßig beschleunigt wird, um die so gespeicherte kinetische Energie zum ruckfreien Starten der Brennkraftmaschine zu nutzen.
Die DE 10 2006 005 470 A1 offenbart ein komplexes Verfahren zur Steuerung eines parallelhybriden Antriebsstrangs, bei dem Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten durch Regelung von höchsten zwei von einer Vielzahl grundsätzlich regelbarer Parameter korrigiert werden.
Die EP 1 275 867 B1 offenbart eine Doppelkupplung mit einem fest mit der inneren (von zwei koaxialen) Getriebeeingangswelle verbundenen, am Kupplungsgehäuse abgestützten Axiallager.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Steuerung eines Triebstranges anzugeben, dass ein energieverbrauchsoptimiertes Anfahren eines Abtriebs des Triebstranges ermöglicht.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Momentenquelle beim Anfahren eine Antriebsdrehzahl über die elektronische Regeleinheit vorgegeben wird, die um einen vorgegebenen kleinen Wert geringfügig größer ist als die Abtriebsdrehzahl einer Eingangswelle des Abtriebs.
Dadurch, dass der Momentenquelle eine Antriebsdrehzahl vorgegeben wird, die nur geringfügig größer ist als die Abtriebsdrehzahl (hier: Drehzahl der Eingangswelle des Abtriebs), wird das Übertragungsglied stets in einem vorgegebenen Mikroschlupf mit minimaler Verlustleistung gefahren. Da wegen des Mikroschlupfes praktisch keine Leistung im Übertragungsglied dissipiert wird, wird ein verbrauchsoptimales Anfahren ermöglicht. Da der Schlupf des Übertragungsgliedes stets nur den vorgegebenen kleinen Wert aufweist, ist auch die Verlustleistung im Übertragungsglied entsprechend klein und damit vernachlässigbar.
Weiterhin von Vorteil ist, dass durch die Drehzahlregelung der Einfluss der Störquelle automatisch ausgeregelt wird. Die Anwesenheit einer Störquelle (z.B. Anlassen des Verbrennungsmotors in einem Hybrid-Triebstrang mittels der ersten nachgeschalteten Reibtrennkupplung) beeinträchtigt die Qualität bzw. den Komfort des Anfahrens nicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Aufblenden des Antriebsmoments der Momentenquelle auf den Abtrieb von bzw. über das steuerbare Übertragungsglied durch Erhöhung des übertragenen Moments. Die Erhöhung des übertragenen Moments erfolgt dabei durch Zufahren des Übertragungsgliedes, das beispielsweise als eine Getriebekupplung ausgebildet ist. Entsprechend erfolgt ein Absenken des Antriebsmoments der Momentenquelle auf den Abtrieb durch Öffnen des Übertragungsgliedes.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird beim Verzögern der Momentenquelle (Schubbetrieb) über die elektronische Regeleinheit eine Drehzahl vorgegeben, die um den vorgegebenen kleinen Wert geringfügig kleiner ist als die Abtriebsdrehzahl einer Eingangswelle des Abtriebs. Die Momentenquelle wird also drehzahlgeregelt bei einer etwas niedrigeren vorgegebenen Drehzahl betrieben als die Abtriebsdrehzahl. Damit wird auch beim Verzögern sichergestellt, dass das Übertragungsglied stets im Mikroschlupf gefahren wird und eine Verlustleistung in Folge von Schlupf vernachlässigbar ist.
Ein Absenken des Antriebs- bzw. Bremsmomentes auf den Abtrieb erfolgt von dem steuerbaren Übertragungsglied durch Absenkung des übertragenen Moments. Das Absenken des übertragenen Moments erfolgt dabei durch Auffahren des beispielsweise als Getriebekupplung ausgebildeten Übertragungsgliedes. Entsprechend erfolgt ein Aufblenden des Bremsmomentes durch Schließen des Übertragungsgliedes.
Das Anfahren und das Verzögern ist vom Verfahren her robust und einfach, weil die Anfahrcharakteristik allein vom Zufahren bzw. vom Öffnen des Übertragungsgliedes bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Triebstrang von dem Triebstrang eines Hybridfahrzeuges gebildet. Die Verbrennungskraftmaschine und eine nachgeschaltete Trennkupplung bilden dabei die Störquelle, während eine Getriebekupplung das Übertragungsglied und eine Eingangswelle eines Getriebes den Abtrieb bildet.
Dabei ergibt sich ein verbrauchsoptimales Anfahren, weil wegen des Mikroschlupfes keine Leistung in der Getriebekupplung dissipiert wird. Während des Anfahrens kann dabei die Verbrennungsmaschine gestartet werden, indem man die Verbrennungsmaschine mit der Trennkupplung anschleppt. Weiterhin von Vorteil ist, dass allein die Modulation der Getriebekupplung das Anfahrgefühl bestimmt und die Reproduzierbarkeit des Anfahrvorganges dabei sichergestellt ist.
Da die Getriebekupplung im Mikroschlupf betrieben wird, ergibt sich eine Bedämpfung des Triebstranges, was zu einer Toleranz gegenüber Triebstranganregungen führt. Da die Getriebekupplung im von dem kleinen Wert bestimmten Mikroschlupf betrieben wird, entspricht das übertragene Moment der Getriebekupplung dem Moment der Elektromaschine, sofern die Trennkupplung auf und die Drehzahl der Elektromaschine konstant ist. Damit ist die Getriebekupplung sehr gut kalibrierbar bzw. einfach zu adaptieren, was sich vorteilhaft auf den Komfort der Schaltungen des Getriebes auswirkt.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch Vergleich des Betrages der beiden von Sensoren ermittelten Drehzahlen über der Trennkupplung beim Anfahren ein rückwärtsdrehender Antrieb erkannt und die Getriebekupplung zur Absenkung des übertragenen Moments von der elektronischen Regeleinheit aufgefahren.
Damit wird z.B. beim Anfahren am Berg mit Hängerlast die Elektromaschine auch dann nicht rückwärts gedreht, wenn eine Bestimmung der Drehzahl der Elektromaschine kein Vorzeichen liefert, da lediglich die Drehzahldifferenzen betrachtet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in den bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft veranschaulicht sind.
In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Triebstranges und
2 eine schematische Darstellung eines Triebstranges eines Hybridfahrzeuges.

Ein Triebstrang 1 weist eine Störquelle (SQ) 2, eine Momentenquelle (MQ) 3, ein Übertragungsglied (ÜG) 4 und einen Abtrieb (A) 5 als Triebstrangkomponenten auf. Eine elektronische Regeleinheit (E) 6 ist zur Regelung der Triebstrangkomponenten vorgesehen.
Damit die Leistungsverluste über das Übertragungsglied 4 (z.B. Anfahrkupplung eines Hybridfahrzeugs) minimiert werden, muss das Übertragungsglied 4 möglichst geschlossen (oder komplett offen) sein, da die Verlustleistung im Übertragungsglied ÜG gleich dem Produkt (N_MQ(t)-N_A(t))·M_ÜG(t) ist, wobei N_MQ die Drehzahl der Momentenquelle und N_A die Drehzahl des Abtriebs bzw. einer Eingangswelle des Abtriebs und M_ÜG(t) das über das Übertragungsglied übertragene Moment ist.
Zum Anfahren wird ein Antriebsmoment auf den Abtrieb 5 gegeben. Hierzu wird der Momentenquelle 3 über die elektronische Regeleinheit 6 eine Antriebsdrehzahl Nv vorgegeben, die um einen vorgegebenen kleinen Wert ε geringfügig größer ist als die Abtriebsdrehzahl N_A(t) einer Eingangswelle des Abtriebs 5. Die vorgegebene Antriebsdrehzahl Nv folgt damit der Formel: N_V = (N_A(t)+ε)>0, wobei ε klein ist. Damit wird die Momentenquelle 3 drehzahlgeregelt bei einer etwas höheren Drehzahl als Abtriebsdrehzahl N_A(t) betrieben. Das Aufblenden des Antriebsmomentes auf den Abtrieb 5 geschieht, indem das Übertragungsglied 4 „zugefahren“ wird, d.h. indem das übertragene Moment M_ÜG(t) von dem Übertragungsglied 4 erhöht wird.
Um bei einer Verzögerung das Bremsmoment (Bremsmoment = negatives Moment der Momentenquelle 3) abzusenken, wird der Momentenquelle 3 über die elektronische Regeleinheit 6 eine Antriebsdrehzahl Nv vorgegeben, die um den vorgegebenen kleinen Wert ε geringfügig kleiner ist als die Abtriebsdrehzahl N_A(t) einer Eingangswelle des Abtriebs 5. Damit folgt die vorgegebene Antriebsdrehzahl Nv der Formel: $N_{V} = (N_{A} (t) - ε) > 0,$
wobei ε klein ist.
Bei einer Verzögerung wird die Momentenquelle 3 also drehzahlgeregelt bei einer etwas niedrigeren Drehzahl als der Abtriebsdrehzahl N_A(t) betrieben. Das Absenken des Antriebsmomentes geschieht dabei, indem das Übertragungsglied 4 „aufgefahren“ wird, d.h. indem das übertragene Moment M_ÜG(t) von dem Übertragungsglied 4 abgesenkt wird.
Entsprechend dem Ausführungsbeispiel von 2 ist der Triebstrang 1' als Triebstrang eines Hybridfahrzeuges bestehend aus einer Verbrennungsmaschine (VM) 7, einer Trennkupplung (K0) 8, einer Elektromaschine (EM) 9, einer Getriebekupplung (K1) 10 (z.B. Anfahrkupplung eines Doppelkupplungsgetriebes oder Wandlerüberbrückungskupplung eines klassischen Automatikgetriebes) und eines Getriebes (G) 11, dargestellt.
Die Verbrennungskraftmaschine 7 und die nachgeschaltete Trennkupplung 8 bilden eine Störquelle 2 entsprechend 1, während die Getriebekupplung 10 das Übertragungsglied 4 entsprechend 1 und die Eingangswelle bzw. das Getriebe 11 den Abtrieb entsprechend 1 bildet.
Sollte der Antrieb im Anfahrfall rückwärtsdrehen, weil der vorgegebene Wert ε nicht eingeregelt werden kann, so ist das übertragene Moment M_ÜG(t) des Übertragungsgliedes 4 bzw. der Anfahrkupplung 10 negativ und der Mikroschlupf ist ebenfalls negativ. Durch Vergleich des Betrages der beiden Drehzahlen zu beiden Seiten der Trennkupplung 8 kann ein rückwärtsdrehender Antrieb von Drehzahlsensoren ohne Drehrichtungserkennung erkannt werden. In diesem Fall regelt die elektronische Regeleinheit 6 das Übertragungsglied 4 bzw. die Getriebekupplung 10 durch deren „Auffahren“, d.h. das übertragene Moment M_ÜG(t) des Übertragungsgliedes 4 wird abgesenkt.
Bezugszeichenliste

1: Triebstrang
2: Störquelle SQ
3: Momentenquelle MQ
4: Übertragungsglied ÜG
5: Abtrieb A
6: elektronische Regeleinheit E
7: Verbrennungsmaschine VM
8: Trennkupplung KO
9: Elektromaschine EM
10: Getriebekupplung K1
11: Getriebe G

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Triebstranges (1, 1') beim Anfahren eines Abtriebs, bei dem der Triebstrang (1) eine Störquelle (2), eine steuerbare Momentenquelle (3), ein steuerbares Übertragungsglied (4) und einen Abtrieb (5) als Triebstrangkomponenten sowie eine elektronische Regeleinheit (6) zur Regelung der Triebstrangkomponenten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentenquelle (3) beim Anfahren eine Antriebsdrehzahl über die elektronische Regeleinheit (6) vorgegeben wird, die um einen vorgegebenen kleinen Wert geringfügig größer ist als die Drehzahl einer Eingangwelle des Abtriebs (5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aufblenden eines Antriebsmoments der Momentenquelle (3) auf den Abtrieb (5) von dem steuerbaren Übertragungslied (4) durch Erhöhung des übertragenen Moments erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung des übertragenen Moments durch Zufahren des Übertragungsgliedes (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absenken des Antriebsmoments der Momentenquelle (3) auf den Abtrieb (5) durch Öffnen des Übertragungsgliedes (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verzögern der Momentenquelle (3) über die elektronische Regeleinheit (6) eine Drehzahl vorgegeben wird, die um den vorgegebenen kleinen Wert geringfügig kleiner ist als die Abtriebsdrehzahl einer Eingangswelle des Abtriebs (5).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absenken des Bremsmomentes auf den Abtrieb (5) von dem steuerbaren Übertragungsglied (4) durch Absenkung des Betrages des übertragenen Moments erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absenken des übertragenen Moments durch Auffahren des Übertragungsgliedes (4) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufblenden des Bremsmomentes durch Schließen des Übertragungsgliedes (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebstrang (1') von dem Triebstrang eines Hybridfahrzeugs gebildet wird, mit einer Verbrennungskraftmaschine (7) und nachgeschalteter Trennkupplung (8) als Störquelle (2), einer Getriebekupplung (10) als Übertragungsglied (4) und einer Eingangswelle eines Getriebes (11) als Abtrieb (5).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Vergleich des Betrages der beiden von Sensoren ermittelten Drehzahlen über der Trennkupplung (8) beim Anfahren ein rückwärts drehender Antrieb erkannt und die Getriebekupplung (10) zur Absenkung des übertragenen Moments von der elektronischen Regeleinheit (6) aufgefahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Triebstrang (1, 1') durch Vorgabe eines Mikroschlupfes gedämpft wird.