DE102008007995A1

DE102008007995A1 - Antriebseinrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008007995A1
Application number: DE102008007995A
Authority: DE
Inventors: Anton Stephan; Larsen Linz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-13
Anticipated expiration: 2028-02-08
Also published as: DE102008007995B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer zumindest eine Brennkraftmaschine aufweisenden Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei dem die für einen Schaltvorgang erforderlichen Kupplungsbetätigungen automatisiert durchgeführt werden, mit folgenden Verfahrensschritten: - Überwachung des Fahrzeugbetriebs auf das Vorliegen eines Schubbetriebs bei eingelegter niedrigster Gangstufe, - wobei bei Vorliegen eines Schubbetriebs bei niedrigster Gangstufe ein im Antriebsstrang angeordnetes Kupplungsmittel in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter zumindest teilweise geöffnet wird - und parallel zum Öffnungsvorgang des Kupplungsmittels Mittel zur Erzeugung eines auf das zumindest eine Antriebsrad wirkenden Bremsmoments derart angesteuert werden, dass eine vorbestimmte Zielverzögerung des Kraftfahrzeugs eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit einem eine Brennkraftmaschine und eine automatische oder automatisierte Getriebeeinrichtung (Automatikgetriebe oder automatisiertes Getriebe) umfassenden Antriebsstrang wird das, während eines Schubbetriebs, in der niedrigsten Gangstufe erzeugte Schubmoment mit Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl- und oder Geräuschgrenze abrupt verringert, indem über eine Kupplungseinrichtung der Antriebsstrang unterbrochen und die Antriebsmaschine von den anzutreibenden Fahrzeugrädern entkoppelt wird.
Das Schubmoment ausrollender Kraftfahrzeuge (bei Ruheposition der Fahrerwunschvorgabeeinrichtung – Fahrer nimmt z. B. Fuß vom Gaspedal) ergibt sich aus dem Motorschleppmoment, der Übersetzung des Antriebsstranges (insbesondere der Getriebeeinrichtung) bis zum anzutreibenden Rad und dem Status zwischengeschalteter Kupplungselemente (Wandler, Überbrückungskupplungen, Reibkupplungen und dergleichen). Bei Kraftfahrzeugen mit Automatik-Getriebeeinrichtungen oder automatisierten Getriebeeinrichtungen (Getriebeeinrichtungen, bei denen der Gangwechselwunsch manuell durch den Fahrer vorgegeben wird, z. B. durch Lenkrad-Paddel, und der anschließende Gangwechsel inklusive Kupplungsbetätigungen automatisch durchgeführt wird) wird ein Schubmoment in der niedrigsten Gangstufe nur bis zu einer vorbestimmten Grenze realisiert. Je nach Fahrzeugauslegung wird in Abhängigkeit von der Fahrzeugakustik (insbesondere im Fahrzeuginnenraum) und/oder der Drehzahl der Brennkraftmaschine bei einem vorbestimmten Grenzwert der Antriebsstrang durch gezieltes Öffnen eines Kupplungselementes unterbrochen, um so den gewünschten Fahrkomfort im Hinblick auf die Fahrzeugakustik zu gewährleisten oder um ein ungewolltes Ausgehen (Abwürgen) der Brennkraftmaschine kurz vor dem Fahrzeugstillstand zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe oder mit automatisiertem Getriebe zu schaffen, wodurch der Fahrkomfort im Schubbetrieb deutlich verbessert wird. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit einem, eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine umfassenden, Hybridantrieb soll ferner die Rückgewinnung der Bremsenergie im Hinblick auf Effizienz weiter verbessert werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das automatische Trennen des Antriebsstrangs – bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe (oder mit automatisiertem Getriebe) im Schubbetrieb bei niedrigster Gangstufe (erste Gangstufe) – zur Folge hat, dass das Kraftfahrzeug ab diesem Zeitpunkt mit einer erheblich verringerten Verzögerung (bzw. nahezu unverzögert) ausrollt. Diese automatisch erzwungene Änderung/Verringerung der Verzögerung wird von den Fahrzeuginsassen wie eine unerwartete, ungewünschte Beschleunigung empfunden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit Automatikgetriebe oder mit automatisiertem Getriebe (bzw. eines Kraftfahrzeugs, bei dem zumindest die Kupplungsvorgänge – bevorzugt die Kupplungsvorgänge als auch die Schaltvorgänge – automatisch durchgeführt werden) wird durch eine Steuereinrichtung umgesetzt, die derart ausgebildet ist, dass bei Vorliegen eines Schubbetriebs, während dem die mit der Getriebeeinrichtung gekoppelte Brennkraftmaschine mit ihrem Schubmoment bremsend auf das zumindest eine Antriebsrad wirkt, zu einem Zeitpunkt (kurz vor dem Fahrzeugstillstand), zu dem die Brennkraftmaschine bei eingelegter niedrigster Gangstufe durch zumindest teilweises (automatisches) Öffnen der Kupplungsmittel kraftmäßig von dem zumindest einen Antriebsrad entkoppelt wird (bzw. ist), Mittel zur Erzeugung eines auf das zumindest eine Antriebsrad wirkenden Bremsmoments (zur Aufrechterhaltung/Nachbildung eines Schubmoments) derart angesteuert werden, dass sich eine vorbestimmte Zielverzögerung des Kraftfahrzeugs einstellt. Hierfür wird über die Steuereinrichtung der Fahrzeugbetrieb auf das Vorliegen eines Schubbetriebs in der niedrigsten Gangstufe hin überwacht und für den Fall, dass ein Schubbetrieb bei niedrigster Gangstufe vorliegt, zu einem Zeitpunkt, zu dem durch Öffnen von Kupplungsmitteln die Antriebsmaschine von den anzutreibenden Fahrzeugrädern entkoppelt wird, durch Mittel zur Erzeugung eines auf die Antriebsräder wirkenden Bremsmoments eine vorbestimmte Zielverzögerung eingestellt bzw. aufrechterhalten. Die eingestellte Zielverzögerung ist dabei größer bemessen, als die Verzögerung, die sich ansonsten beim Öffnen der Kupplungsmittel beim Ausrollen des Fahrzeugs einstellen würde – vorzugsweise ist das einzustellende Bremsmoment im Wesentlichen so bemessen, dass die unmittelbar vor der Kupplungsöffnung vorliegende Fahrzeugverzögerung im Wesentlichen beibehalten wird.
Die Mittel zur Erzeugung eines auf die Antriebsräder wirkenden Bremsmoments sind mit Vorteil durch eine auf die Antriebsräder (bzw. auf mit diesen wirkverbundene Teile des Antriebsstranges) wirkende, generatorisch betreibbare elektrische Maschine gebildet. Alternativ oder ergänzend können die Bremsmittel auch durch die entsprechend anzusteuernde Betriebsbremse realisiert werden, so, dass das gewünschte Bremsmoment zur Einstellung der gewünschten Verzögerung entweder ausschließlich durch die generatorisch betriebene elektrische Maschine oder ausschließlich durch die Betriebsbremse des Fahrzeugs oder durch die Betriebsbremse und die generatorisch betriebene elektrische Maschine gemeinsam (jeweils anteilig) erfolgt.
Für die Fälle, in denen das für die gewünschte Verzögerung einzustellende Bremsmoment zumindest anteilig durch die generatorisch betriebene elektrische Maschine erzeugt wird, erfolgt die Ansteuerung der elektrischen Maschine vorzugsweise in Abhängigkeit vom Ladezustand eines mit der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelten elektrischen Energiespeichers.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Maschine Bestandteil eines Hybridantriebs (insbesondere eines so genannten Parallelhybridantriebs, bei dem sich die auf die Antriebsräder wirkenden Antriebsmomente von Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine zu einem resultierenden Gesamtantriebsmoment zusammenaddieren lassen). Bei elektrischen Hybridantrieben, insbesondere solchen, die kontinuierlich auf den Antrieb bzw. die Räder wirken, kann das Zusammenspiel aus Schubmoment der Brennkraftmaschine und dem aus der generatorisch betriebenen (rekuperierenden) elektrischen Maschine so abgestimmt werden, dass bis zum Stillstand des Fahrzeugs eine i. W. konstante Fahrzeugverzögerung erhalten bleibt. Als Regelparameter während der Verzögerungsphase dient die gewünschte Fahrzeugverzögerung (Zielverzögerung). Die Zielverzögerung setzt sich dabei aus Verzögerungsanteilen zusammen, die aus dem elektrischen Antriebsstrang resultieren und aus Verzögerungsteilen, die aus dem brennkraftmotorischen Antriebsstrang resultieren. Damit der mit der elektrischen Maschine gekoppelte elektrische Energiespeicher (z. B. Niedervolt-Bordnetzbatterie (z. B. 12 Volt) und/oder Hochvoltenergiespeicher (z. B. 240 Volt) zur Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine) in der letzten Ausrollphase des Kraftfahrzeugs – also in der Phase, in der die Erfindung zum Tragen kommt – die zu erwartende elektrische Energie aufnehmen kann, wird der Ladezustand (SOC – state of charge) des Energiespeichers als zusätzlicher Regelparameter herangezogen. Da bei herkömmlichen Rekuperationsvorgängen die Rekuperation mit Erreichen eines vorbestimmten Ladezustands (z. B. 85%) unterbrochen wird, die Energie, die während des Ausrollvorgangs durch Bremsenergierückgewinnung erzeugbar ist, aber genutzt werden kann, wird ein zweiter (erhöhter) Grenzwert (z. B. 90%) für einen maximalen Ladezustand definiert. Diese zweite Grenze greift immer dann, wenn bei einem Schubbetrieb bei niedrigster Gangstufe ein Ausrollvorgang durchgeführt wird. So ist gewährleistet, dass in den meisten Fällen die bei einem gesteuerten bzw. geregelten Ausrollvorgang im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie gespeichert werden kann.
In der einzigen Zeichnungsfigur (1) ist die Fahrzeuggeschwindigkeit v über der sich gangstufenabhängig einstellenden Fahrzeugverzögerung –a (–a = Gangstufe × Motormoment) in einem Diagramm dargestellt. Anhand dieses Diagramms soll sowohl die Fahrbetriebsweise eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit Automatikgetriebe im Schubbetrieb veranschaulicht als auch die verändernd in die Funktionalität eines herkömmlichen Automatikgetriebes eingreifende Wirkungsweise der Erfindung erläutert werden.
Gemäß 1 ist der Verzögerungsvorgang während des Schubbetriebs (also beim Ausrollen des Fahrzeugs mit nicht betätigtem Fahrpedal/Gasgriff) bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe dargestellt. Zu Beginn des Betrachtungszeitraums, im Zeitpunkt t0, bewegt sich das Fahrzeug bei eingelegter dritter Gangstufe mit nahezu gleich bleibender Verzögerung –a1 fort. Mit Erreichen einer vorbestimmten unteren Grenzgeschwindigkeit v1 für die dritte Gangstufe erfolgt im Zeitpunkt t1 eine automatisierte bzw. automatische Runterschaltung in die zweite Gangstufe. Durch Veränderung der Übersetzung in eine kleinere Gangstufe wird die Verzögerung sprungartig von –a1 auf –a2 betragsmäßig erhöht, derart, dass der Gradient der Fahrzeuggeschwindigkeit v verändert wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei der automatischen Herunterschaltung von der zweiten in die erste (die niedrigste) Gangstufe, bei Erreichen einer unteren Grenzgeschwindigkeit v2 für die zweite Gangstufe, im Zeitpunkt t2. Wird in der niedrigsten Gangstufe (Gangstufe 1) nunmehr eine vorbestimmte untere Grenzgeschwindigkeit v3 erreicht, wird im Zeitpunkt t3 eine im Antriebsstrang (bzw. in der Getriebeeinrichtung) angeordnete Kupplung zumindest teilweise geöffnet, so dass ein Abwürgen der Brennkraftmaschine aufgrund einer zu niedrigen Brennkraftmaschinendrehzahl vermieden wird. In der Regel wird in diesem Zeitpunkt t3 der Antriebsstrang durch vollständiges Öffnen einer Trennkupplung unterbrochen – bzw. die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine von den Antriebsrädern kraftmäßig entkoppelt – so dass das Fahrzeug nicht mehr durch das Schubmoment der Brennkraftmaschine abgebremst wird, sondern lediglich durch auftretende (Roll-)Reibungsverluste nahezu ungebremst (mit der Verzögerung a_LL) ausrollt (siehe volllinierter Kurvenabschnitt von v, ab dem Zeitpunkt t3). Diese abrupte Verringerung der Fahrzeugverzögerung und die daraus resultierende langsamere Geschwindigkeitsreduzierung beim Ausrollvorgang werden von den Fahrzeuginsassen als störende „Quasi-Beschleunigung" empfunden. Hier setzt die Erfindung an, indem im Zeitpunkt des Öffnens der Trennkupplung ein auf die Antriebräder (bzw. auf zumindest ein Antriebsrad) wirkendes Bremsmoment erzeugt wird, derart, dass eine vorbestimmte Fahrzeugverzögerung a'; a'' eingestellt wird (siehe strichpunktierte Kurvenabschnitte).
Mit Vorteil entspricht die vorbestimmte einzustellende Fahrzeugverzögerung a' dabei der unmittelbar vor Öffnung der Trennkupplung (im Zeitpunkt t3) vorliegenden Fahrzeugverzögerung (–a3) so dass das Fahrzeug mit gleich bleibender Verzögerung bis zum Stillstand ausrollt. Das im Öffnungszeitpunkt der Trennkupplung bereitzustellende Bremsmoment wird dabei beispielsweise über eine, kraftmäßig mit dem zumindest einen Antriebsrad wirkverbundene und generatorisch betriebene elektrische Maschine erzeugt und bereitgestellt. Alternativ kann das gesamte erforderliche Bremsmoment oder zusätzlich ein Teil hiervon durch die entsprechend anzusteuernde Betriebsbremse erzeugt und bereitgestellt werden.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer zumindest eine Brennkraftmaschine aufweisenden Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, bei dem die für einen Schaltvorgang erforderlichen Kupplungsbetätigungen automatisiert durchgeführt werden, mit folgenden Verfahrensschritten: – Überwachung des Fahrzeugbetriebs auf das Vorliegen eines Schubbetriebs bei eingelegter niedrigster Gangstufe, – wobei bei Vorliegen eines Schubbetriebs bei niedrigster Gangstufe ein im Antriebsstrang angeordnetes Kupplungsmittel in Abhängigkeit von zumindest einem vorbestimmten Betriebsparameter zumindest teilweise geöffnet wird, – und parallel zum Öffnungsvorgang des Kupplungsmittels Mittel zur Erzeugung eines auf das zumindest eine Antriebsrad wirkenden Bremsmoments derart angesteuert werden, dass eine vorbestimmte Zielverzögerung des Kraftfahrzeugs eingestellt wird.
Verfahren nach vorstehendem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der vorbestimmten Zielverzögerung die Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der vorbestimmten Zielverzögerung eine auf mindestens ein Antriebsrad wirkende und generatorisch betreibbare elektrische Maschine angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von dem Ladezustand eines mit der elektrischen Maschine gekoppelten elektrischen Energiespeichers erfolgt.
Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend – eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines auf zumindest ein Antriebsrad des Kraftfahrzeugs wirkenden Antriebsmoments, – eine Getriebeeinrichtung zur automatischen oder automatisierten Einstellung von Gangstufen, – sowie eine Steuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass – das die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei Vorliegen eines Schubbetriebs, während dem die mit der Getriebeeinrichtung gekoppelte Brennkraftmaschine mit ihrem Schubmoment bremsend auf das zumindest eine Antriebsrad wirkt, zu einem Zeitpunkt, zu dem die Brennkraftmaschine bei eingelegter niedrigster Gangstufe durch zumindest teilweises Öffnen der Kupplungsmittel kraftmäßig von dem zumindest einen Antriebsrad entkoppelt wird/ist, Mittel zur Erzeugung eines auf das zumindest eine Antriebsrad wirkenden Bremsmoments derart ansteuert werden, dass sich eine vorbestimmte Zielverzögerung des Kraftfahrzeugs einstellt.
Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Erzeugung des Bremsmoments als Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs ausgebildet sind und diese zur Einstellung der vorbestimmten Zielverzögerung angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebseinrichtung eine elektrische Maschine umfasst, die in einem motorischen Betrieb der Erzeugung von, auf das zumindest eine Antriebsrad wirkendem, Antriebsmoment dient, und die in einem generatorischen Betrieb der Erzeugung elektrischer Energie dient, – und die Mittel zur Erzeugung des Bremsmoments durch die elektrische Maschine realisiert sind, wobei diese über die Steuereinrichtung derart angesteuert wird, dass die vorbestimmte Zielverzögerung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – die Antriebseinrichtung eine elektrische Maschine umfasst, die in einem motorischen Betrieb der Erzeugung von auf das zumindest eine Antriebsrad wirkendem Antriebsmoment dient, und die in einem generatorischen Betrieb der Erzeugung elektrischer Energie dient, – und die Mittel zur Erzeugung des Bremsmoments durch die elektrische Maschine und eine ansteuerbare Betriebsbremse realisiert sind, – wobei beide Mittel derart angesteuert werden, dass die vorbestimmte Zielverzögerung zumindest zeitweise durch die im generatorischen Betrieb arbeitende elektrische Maschine und die angesteuerte Betriebsbremse gemeinsam eingestellt wird.