DE102009002438A1 - Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung - Google Patents

Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung, bei dem eine Achse (1) von einem Verbrennungsmotor (3) mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe (4) mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten und eine weitere Achse (2) von zumindest einer Elektromaschine (5, 9, 10) mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe (6, 11, 12) mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben wird, vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Getriebe (4, 6, 11, 12) derart geschaltet werden, dass das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors (3) und der zumindest einen Elektromaschine (5, 9, 10) vor und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt und/oder dass die Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse (13) führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung, bei dem eine Achse von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten und eine weitere Achse von zumindest einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben wird, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Fahrzeuge mit Hybridantrieb in Achshybridausführung bekannt. Insbesondere sind elektrisch angetriebene Fahrzeuge bekannt, bei denen eine Achse, in der Regel die Vorderachse von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe und eine weitere Achse, in der Regel die Hinterachse, von einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Getriebe oder von zwei Einzelradantrieben mit jeweils einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Getriebe angetrieben wird. Hierbei sind die Getriebe nach dem Stand der Technik als automatisierte Schaltgetriebe ausgeführt, bei denen ein Gangwechsel in einer Zugkraftunterbrechung resultiert.
  • Durch die abtriebsseitige Verbindung einer Elektromaschine mit einem Getriebe wird der Vorteil erzielt, dass bei Anfahren mehr Drehmoment zur Verfügung steht; des weiteren kann ein größerer Geschwindigkeitsbereich realisiert werden bei einer gleichzeitigen Verbesserung des Wirkungsgrads, da die Elektromaschine in einem wirkungsgradgünstigen Bereich betrieben werden kann. Zudem kann die Elektromaschine bei Getriebeposition Neutral vom Getriebe ganz abgekoppelt werden, was in vorteilhafter Weise in einer Vermeidung von Nulllastverlusten resultiert.
  • Der aus dem Stand der Technik bekannte prinzipielle Ablauf einer Schaltung an einem antriebsseitig mit einer Elektromaschine verbundenen Getriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten ist wie folgt: Es wird ein Lastabbau an der mit dem Getriebe verbundenen Elektromaschine durchgeführt, was den Beginn der Zugkraftunterbrechung darstellt. Anschließend wird der Gang ausgelegt und es erfolgt ein aktives Synchronisieren der Elektromaschine, bevor der neue Gang eingelegt wird; anschließend wird ein Lastaufbau an der Elektromaschine durchgeführt und die Zugkraftunterbrechung wird beendet. In nachteiliger Weise wird hierbei die durch die Getriebeauslegung bedingte Zugkraftunterbrechung in Kauf genommen.
  • Bei derartigen Fahrzeugen in Achshybridausführung tritt eine weitere Zugkraftunterbrechung beim Schalten des mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Getriebes auf.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung, bei dem eine Achse von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten und eine weitere Achse von zumindest einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben wird anzugeben, durch dessen Durchführung eine Zugkraftunterbrechung am Fahrzeug weitgehend vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung, bei dem eine Achse von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten und eine weitere Achse von zumindest einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben wird vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Getriebe derart geschaltet werden, dass das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors und der zumindest einen Elektromaschine vor und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt und/oder dass die Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt.
  • Bei einem Fahrzeug mit einer von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen Achse und einer von einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen weiteren Achse werden gemäß der Erfindung die Getriebe immer nur abwechselnd geschaltet, wobei die Last des dem schaltenden Getriebe zugeordneten Aggregats vor der Schaltung, d. h. die vor der Schaltung vorhandene Last, in der Phase Lastabbau zusätzlich auf das dem nicht schaltenden Getriebe zugeordnete Aggregat so weit es geht umverteilt wird, sodass die Summe des auf beide Achsen übertragenen Antriebsmoments vor der Schaltung und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt.
  • Hierbei kann die Elektromaschine für die Dauer der Schaltung des mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Getriebes ohne eine Überhitzung überlastet werden, da Elektromaschinen in der Regel kurzzeitig überlastfähig sind und eine Schaltung ca. 1 bis 2 Sekunden dauert.
  • Bei einem Fahrzeug mit einer von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen Achse und einer von zwei Einzelradantrieben mit jeweils einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen weiteren Achse wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass, wenn das dem Verbrennungsmotor zugeordnete Getriebe geschaltet werden soll, die Antriebs- bzw. Bremslast des Verbrennungsmotors vor der Schaltung während der Schaltung so weit wie möglich auf die den Einzelradantrieben zugeordnete Elektromaschinen zu gleichen Anteilen oder zu unterschiedlichen Anteilen zum Zweck der Erzeugung eines gewünschten Giermomentes verteilt werden, wenn im Voraus bekannt ist, dass für die Zeit der Schaltung voraussichtlich ein Giermoment, d. h. ein Moment um die Hochachse des Fahrzeugs, gewünscht wird.
  • Die Notwendigkeit eines Giermomentes kann beispielsweise anhand des Lenkwinkels des Fahrzeugs in Verbindung mit einer Fahrzeugumfeldsensorik umfassend beispielsweise eine Kamera und/oder eine digitale Karte in Verbindung mit einem GPS-System erkannt werden. Vorzugsweise wird die Antriebs- bzw. Bremslast des Verbrennungsmotors derart auf die den Einzelradantrieben zugeordnete Elektromaschinen verteilt, dass ein Giermoment entsteht, welches die Kurvenfahrt unterstützt.
  • Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die den Einzelradantrieben zugeordneten Getriebe immer gleichzeitig geschaltet werden, wobei das dem Verbrennungsmotor zugeordnete Getriebe nicht geschaltet wird und wobei die Last der den Einzelradantrieben zugeordneten Elektromaschinen vor der Schaltung in der Phase Lastabbau auf den Verbrennungsmotor so weit wie möglich umverteilt wird, sodass die Summe des auf beide Achsen übertragenen Antriebsmoments möglichst unverändert bleibt.
  • Gemäß der Erfindung kann, wenn im Voraus bekannt ist, dass für die Zeit der Schaltung voraussichtlich ein Giermoment gewünscht wird, dasjenige Getriebe der Einzelradantriebe geschaltet werden, dessen Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt. Hierbei kann optional in Abhängigkeit vom gewünschten Giermoment die Antriebs- bzw. Bremslast der mit dem zu schaltenden Getriebe verbundenen Elektromaschine in der Phase Lastabbau auf die vom Verbrennungsmotor angetriebene Achse und/oder auf die dem nicht zu schaltenden Einzelradantrieb zugeordnete Elektromaschine ganz oder teilweise umverteilt werden.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption werden die Zugkrafteinbußen weitgehend vermieden; zudem wird in vorteilhafter Weise für den Fall, dass eine Achse zwei Einzelradantriebe aufweist, eine „Torque-Vectoring” Funktion während einer Schaltung realisiert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. In diesen stellen dar:
  • 1: Eine schematische Ansicht der erfindungsrelevanten Komponenten eines Fahrzeugs in Achshybridausführung für den Fall eines Fahrzeugs mit einer von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen Achse und einer von einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen weiteren Achse; und
  • 2: Eine schematische der erfindungsrelevanten Komponenten eines Fahrzeugs in Achshybridausführung für den Fall eines Fahrzeugs mit einer von einem Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen Achse und einer von zwei Einzelradantrieben mit jeweils einer Elektromaschine mit nachgeschaltetem Getriebe angetriebenen weiteren Achse.
  • Bei den gezeigten Figuren sind die Komponenten elektrischer Energiespeicher, Wechselrichter, Steuerung und Leistungselektronik der Elektromaschinen sowie die Steuerungen der Getriebe, des Verbrennungsmotors und des Gesamtantriebsstrangs nicht dargestellt.
  • In 1 ist mit 1 die Vorderachse und mit 2 die Hinterachse eines Fahrzeugs in Achshybridausführung bezeichnet. Die Vorderachse 1 wird von einem Verbrennungsmotor 3 über ein Getriebe 4 mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben, wobei die Hinterachse 2 von einer Elektromaschine 5 über ein Getriebe 6 mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben wird.
  • Gemäß der Erfindung werden die Getriebe 4, 6 immer nur abwechselnd, d. h. nie gleichzeitig geschaltet, wobei die Last des dem schaltenden Getriebe zugeordneten Aggregats in der Phase Lastabbau zusätzlich auf das dem nicht schaltenden Getriebe zugeordnete Aggregat so weit wie möglich umverteilt wird, sodass die Summe des auf beide Achsen 1, 2 übertragenen Antriebsmoments vor der Schaltung und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt.
  • Beispielsweise wird, wenn das dem Verbrennungsmotor 3 zugeordnete Getriebe 4 geschaltet wird, die Last am Verbrennungsmotor 3 vor der Schaltung auf die Elektromaschine 5 umverteilt, wobei eine Überhitzung der die zusätzliche Last übernehmenden Elektromaschine 5 aufgrund der Überlastfähigkeit von Elektromaschinen und der kurzen Dauer der Schaltung vermieden wird.
  • Gegenstand der 2 sind die erfindungsrelevanten Komponenten eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, für den Fall eines Fahrzeugs mit einer von einem Verbrennungsmotor 3 mit nachgeschaltetem Getriebe 4 angetriebenen Vorderachse 1 und einer von zwei Einzelradantrieben 7, 8 mit jeweils einer Elektromaschine 9, 10 und einem der jeweiligen Elektromaschine 9, 10 nachgeschalteten Getriebe 11, 12 angetriebenen Hinterachse 2. Die Fahrzeughochachse ist mit dem Bezugszeichen 13 versehen.
  • Gemäß der Erfindung wird für eine Ausgestaltung des Fahrzeugs gemäß 2 vorgeschlagen, dass wenn das dem Verbrennungsmotor 3 zugeordnete Getriebe 4 geschaltet werden soll, die Antriebs- bzw. Bremslast des Verbrennungsmotors 3 vor der Schaltung während der Schaltung auf die den Einzelradantrieben 7, 8 zugeordneten Elektromaschinen 9, 10 so weit wie möglich zu gleichen Anteilen oder zu unterschiedlichen Anteilen zum Zweck der Erzeugung eines gewünschten Giermomentes um die Hochachse 13 zu verteilen. Die Getriebe 11, 12 der Einzelradentriebe 7, 8 werden hierbei nicht geschaltet.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die den Einzelradantrieben 7, 8 zugeordneten Getriebe 11, 12 immer gleichzeitig geschaltet, wobei das dem Verbrennungsmotor 3 zugeordnete Getriebe 4 nicht geschaltet wird. Hierbei wird die Last der den Einzelradantrieben 7, 8 zugeordneten Elektromaschinen 10, 11 vor der Schaltung in der Phase Lastabbau so weit wie möglich auf den Verbrennungsmotor 3 umverteilt, sodass die Summe des auf beide Achsen 1, 2 übertragenen Antriebsmoments vor und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt.
  • Wenn im Voraus bekannt ist, dass für die Zeit der Schaltung voraussichtlich ein Giermoment gewünscht wird, dann können die den Einzelradantrieben 7, 8 zugeordneten Getriebe 11, 12 einzeln geschaltet werden, wobei die Antriebs- bzw. Bremslast der mit dem zu schaltenden Getriebe verbundenen Elektromaschine in der Phase Lastabbau optional in Abhängigkeit vom gewünschten Giermoment auf den Verbrennungsmotor 3 und/oder auf die dem nicht zu schaltenden Einzelradantrieb zugeordnete Elektromaschine ganz oder teilweise umverteilt werden kann.
  • In diesem Fall wird dasjenige Getriebe geschaltet, dessen Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt.
  • Die Notwendigkeit eines Giermomentes kann beispielsweise anhand des Lenkwinkels des Fahrzeugs in Verbindung mit einer Fahrzeugumfeldsensorik umfassend beispielsweise eine Kamera und/oder eine digitale Karte in Verbindung mit einem GPS-System erkannt werden.
    • 1
    Vorderachse
    2
    Hinterachse
    3
    Verbrennungsmotor
    4
    Getriebe
    5
    Elektromaschine
    6
    Getriebe
    7
    Einzelradantrieb
    8
    Einzelradantrieb
    9
    Elektromaschine
    10
    Elektromaschine
    11
    Getriebe
    12
    Getriebe
    13
    Hochachse des Fahrzeugs

Claims (7)

  1. Schaltverfahren bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb in Achshybridausführung, bei dem eine Achse (1) von einem Verbrennungsmotor (3) mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe (4) mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten und eine weitere Achse (2) von zumindest einer Elektromaschine (5, 9, 10) mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe (6, 11, 12) mit Zugkraftunterbrechung beim Schalten angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (4, 6, 11, 12) derart geschaltet werden, dass das Gesamtmoment des Verbrennungsmotors (3) und der zumindest einen Elektromaschine (5, 9, 10) vor und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt und/oder dass die Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse (13) führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt.
  2. Schaltverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit einer von einem Verbrennungsmotor (3) mit nachgeschaltetem Getriebe (4) angetriebenen Achse (1) und einer von einer Elektromaschine (5) mit nachgeschaltetem Getriebe (6) angetriebenen weiteren Achse (2) die Getriebe (4, 6) abwechselnd geschaltet werden, wobei die Last des dem schaltenden Getriebe (4) oder (6) zugeordneten Aggregats (3) bzw. (5) vor der Schaltung in der Phase Lastabbau zusätzlich auf das dem nicht schaltenden Getriebe zugeordnete Aggregat so weit es geht umverteilt wird, sodass die Summe des auf beide Achsen übertragenen Antriebsmoments vor der Schaltung und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt.
  3. Schaltverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit einer von einem Verbrennungsmotor (3) mit nachgeschaltetem Getriebe (4) angetriebenen Achse (1) und einer von zwei Einzelradantrieben (7, 8) mit jeweils einer Elektromaschine (9, 10) und einem der jeweiligen Elektromaschine (9, 10) nachgeschalteten Getriebe (11, 12) angetriebenen weiteren Achse (2), beim Schalten des dem Verbrennungsmotor (3) zugeordneten Getriebes (4) die Getrie be (11, 12) der Einzelradentriebe (7, 8) nicht geschaltet werden, wobei die Antriebs- bzw. Bremslast des Verbrennungsmotors (3) vor der Schaltung während der Schaltung auf die den Einzelradantrieben (7, 8) zugeordneten Elektromaschinen (9, 10) so weit wie möglich zu gleichen Anteilen oder zu unterschiedlichen Anteilen zum Zweck der Erzeugung eines gewünschten Giermomentes um die Hochachse (13) verteilt wird.
  4. Schaltverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit einer von einem Verbrennungsmotor (3) mit nachgeschaltetem Getriebe (4) angetriebenen Achse (1) und einer von zwei Einzelradantrieben (7, 8) mit jeweils einer Elektromaschine (9, 10) und einem der jeweiligen Elektromaschine (9, 10) nachgeschalteten Getriebe (11, 12) angetriebenen weiteren Achse (2), die den Einzelradantrieben (7, 8) zugeordneten Getriebe (11, 12) immer gleichzeitig geschaltet werden, wobei das dem Verbrennungsmotor (3) zugeordnete Getriebe (4) nicht geschaltet wird und die Last der den Einzelradantrieben (7, 8) zugeordneten Elektromaschinen (10, 11) vor der Schaltung in der Phase Lastabbau so weit wie möglich auf den Verbrennungsmotor (3) umverteilt wird, sodass die Summe des auf beide Achsen (1, 2) übertragenen Antriebsmoments vor und während der Schaltung möglichst unverändert bleibt.
  5. Schaltverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug mit einer von einem Verbrennungsmotor (3) mit nachgeschaltetem Getriebe (4) angetriebenen Achse (1) und einer von zwei Einzelradantrieben (7, 8) mit jeweils einer Elektromaschine (9, 10) und einem der jeweiligen Elektromaschine (9, 10) nachgeschalteten Getriebe (11, 12) angetriebenen weiteren Achse (2), wenn im Voraus bekannt ist, dass für die Zeit der Schaltung voraussichtlich ein Giermoment gewünscht wird, die den Einzelradantrieben (7, 8) zugeordneten Getriebe (11, 12) einzeln geschaltet werden, wobei dasjenige Getriebe geschaltet wird, dessen Zugkraftunterbrechung bei der Schaltung zu einem Giermoment um die Fahrzeughochachse führt, welches bedingt durch den Antriebslast- bzw. Bremsmomentabbau die Kurvenfahrt unterstützt.
  6. Schaltverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs- bzw. Bremslast der mit dem zu schaltenden Getriebe verbundenen Elektromaschine in der Phase Lastabbau in Abhängigkeit vom gewünschten Giermoment auf den Verbrennungsmotor (3) und/oder auf die dem nicht zu schaltenden Einzelradantrieb zugeordnete Elektromaschine ganz oder teilweise umverteilt wird.
  7. Schaltverfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Notwendigkeit eine Giermomentes anhand des Lenkwinkels des Fahrzeugs in Verbindung mit einer Fahrzeugumfeldsensorik, umfassend eine Kamera und/oder eine digitale Karte in Verbindung mit einem GPS-System erkannt wird.
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