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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes nach
dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren ist durch die
US 2008/012001 A1 offenbart,
bei welchem ein Antriebsstrang gesteuert wird, indem eine Abtriebsleistung
eines elektromechanischen Getriebes, eine Drehmomentsanforderung
eines Bedieners und eine verfügbare Batterieleistung überwacht
werden, bei welchem zumindest ein zulässiger Betriebsbereichszustand
identifiziert und ein dazugehöriger Drehmomentenbetriebsbereich
bestimmt wird, bei welchem bevorzugte Betriebsbedingungen und ein
bevorzugter Aufwand für jeden zulässigen Betriebsbereichszustand
bestimmt werden, woraufhin auf Basis der bevorzugten Aufwendungen
für die zulässigen Betriebsbereiche ein bevorzugter
Betriebsbereichszustand ausgewählt wird.
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Aus
der
US 6478705 B1 ist
ein hybrider, elektrischer Antriebsstrang bekannt, welcher einen Motor,
zwei gekoppelte und koaxial angeordnete Getriebesätze und
zwei elektrische Maschinen aufweist, welche koaxial mit den Getriebesätzen
angeordnet sind, wobei der Antriebsstrang ein Antriebselement aufweist,
welches zu einem Getriebeelement eines jeden der zwei Getriebesätze
gekoppelt ist. Der Motor und die erste elektrische Maschine sind
differentiell an den ersten Getriebesatz angekoppelt. Die zweite
elektrische Maschine ist mit einem Getriebeelement des zweiten Getriebesatzes
gekoppelt, und ein Kupplungsmechanismus legt gezielt ein Getriebeelement
des ersten Getriebesatzes fest um einen eingangs Verzweigungs-Betriebsmodus
zu definieren, und um für die erste elektrische Maschine
einen Mischverzweigungs-Betriebsmodus zu definieren.
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Die
DE 195 11 866 B4 offenbart
ein Verfahren zur zyklischen Anpassung einer Kennlinie für
die Umschaltung von dem einen in den anderen von zwei nach ihrer Übersetzung
benachbarten Gänge eines automatischen Getriebes eines
Kraftfahrzeuges, bei dem die Schaltpunkte der Kennlinie durch Koordinatenkennwerte
eines Kennfeldes bestimmt sind, und wobei für jeden der
beiden Koordinatenkennwerte von ausgewählten Schaltpunkten
ein Korrekturwert festgelegt wird. Für die ausgewählten
Schaltpunkte wird ein gemeinsamer Korrekturwert für die
Anpassung ihrer Koordinatenwerten und dessen dem Motor zugeordneten
Parameter bestimmt.
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Aus
der
WO 2008/088512
A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben eines Hybrid-Getriebes bekannt, bei welchem das Getriebe entsprechend
einem Fahrmodus gesteuert wird, welcher ein stufenlos einstellbares Übersetzungsverhältnis
umfasst, und wobei das Getriebe entsprechend eines Modus betrieben
wird, bei welchem feste Übersetzungsverhältnisse
vorliegen, wobei dieser Modus eine Mehrzahl von festen Übersetzungsverhältnissen umfasst,
die wiederum mechanische Gangübersetzungen und virtuelle Übersetzungsverhältnisse
umfassen.
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Die
bekannten Lösungen weisen dabei ein noch nicht vollständig
ausgeschöpftes Potential auf, einen Kraftwagen, insbesondere
ein Hybrid-Fahrzeug, effizient zu betreiben bei gleichzeitiger Vermittlung
eines angenehmen Fahrgefühls im Sinne eines herkömmlichen
Automatikgetriebes.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der
eingangs genannten Art bereitzustellen, welches ein angenehmes Fahrgefühl ermöglicht.
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Diese
Aufgabe ist durch ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
angegeben.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines
Getriebes, insbesondere eines leistungsverzweigten Hybrid-Getriebes,
für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybrid-Fahrzeug, mit
einer stufenlos einstellbaren Übersetzung, wobei das Getriebe
in einer ersten Betriebsart mit zumindest zwei Gängen mit
jeweils zumindest einem vorgegeben Übersetzungsverhältnis
betrieben wird, und wobei zumindest in Abhängigkeit von
zumindest einem Betriebszustand des Fahrzeugs einer der zumindest zwei
Gänge ausgewählt wird, zeichnet sich dadurch aus,
dass zumindest ein Soll-Drehzahlwert für eine Eingangsdrehzahl
des Getriebes bereitgestellt wird, woraufhin ein Toleranzbereich für
das Übersetzungsverhältnis zumindest eines der
zumindest zwei Gänge des Getriebes ermittelt wird. Zudem
wird der Soll-Drehzahlwert zumindest in Abhängigkeit von
zumindest einem Betriebszustand des Fahrzeugs modifiziert. Des Weiteren
wird einer der zumindest zwei Gänge des Getriebes ausgewählt,
und zwar zumindest in Abhängigkeit von dem modifizierten Soll-Drehzahlwert
und von dem ermittelten Toleranzbereich.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Simulation
eines Betriebs des Getriebes mit einer stufenlos einstellbaren Übersetzung
als ein konventionelles Automatikgetriebe. Dies vermittelt einem Fahrer
des Fahrzeugs ein angenehmes und von herkömmlichen Getrieben
bekanntes Fahrgefühl. Dabei wähnt sich der Fahrer
mit einem Antriebsstrang, welcher ein derartiges Getriebe umfasst,
quasi direkt verbunden zu sein, woraus ein verbessertes, sportliches
Fahrgefühl bzw. eine verbesserte Fahrbarkeit des Fahrzeugs
resultiert.
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Des
Weiteren ist eine hörbare Rückmeldung von dem
Antriebsstrang an den Fahrer realisiert, da eine Verbrennungskraftmaschine,
welche in der Regel in einem Antriebsstrang eines Hybrid-Fahrzeugs angeordnet
ist, insbesondere beim Beschleunigen in ihrer Drehzahl variiert
wird. Die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine steigt somit korrespondierend
zu einer steigenden Fahrzeuggeschwindigkeit ebenso an und verbleibt
nicht in einem verbrauchsoptimalen Punkt bei einer bestimmten Drehzahl
und einem bestimmten Motormoment, was allerdings durch das Getriebe
bzw. durch das erfindungsgemäße Verfahren in einer
weiteren Betriebsart ebenso möglich ist.
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Die
genannten, zumindest zwei Gänge des Getriebes sind dabei
beispielsweise durch Planetengetriebe darstellbar, die verblockt
sein können. Dies erlaubt eine mechanische Übersetzung
und damit einen günstigen Wirkungsgrad des Getriebes. Ebenso möglich
ist eine Darstellung der zumindest zwei Gänge durch eine
Leistungsverzweigung der Planetengetriebe, wobei eine Eingangsdrehzahl
des Getriebes und damit die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine überlagert
wird von entsprechenden Leistungsaufnahmen oder Leistungsabgaben
von elektrischen Maschinen, welche als Generator oder als Motor
fungieren können. Dadurch ist eine elektrische, stufenlos
einstellbare Übersetzung (Electric Variable Transmission/EVT)
geschaffen.
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Das
besagte Übersetzungsverhältnis der zumindest zwei
Gänge kann dabei linear oder auch nicht-linear sein. Das
bedeutet, dass, trägt man ein entsprechendes Übersetzungsverhältnis
als Verlauf in einem Diagramm ein, auf dessen Ordinate die Eingangsdrehzahl
und auf dessen Abszisse die Ausgangsdrehzahl des Getriebes aufgetragen
sind, so entsteht bei einem besagten, linearen Übersetzungsverhältnis
eine Gerade, während der Verlauf eines Ganges mit einem
nicht-linearen Übersetzungsverhältnis eine Bogen-
bzw. Kurvenform aufweisen kann. Das nicht-lineare Übersetzungsverhältnis
variiert also über der Ausgangsdrehzahl.
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Der
genannte Soll-Drehzahlwert für die Eingangsdrehzahl des
Getriebes wird dabei von einem Optimierer beispielsweise einer Regelungseinrichtung
des Getriebes bereitgestellt. Bei einem leistungsverzweigten Getriebe
eines Hybrid-Fahrzeugs wird eine Leistung eines Verbrennungsmotors
des Hybrid-Fahrzeugs sowohl über einen elektrischen als auch über
einen mechanischen Pfad übertragen. Vorteil eines solchen
Systems ist die Möglichkeit zu einem regenerativen Bremsen
sowie die besagte, stufenlos einstellbare Übersetzung des
Getriebes in der EVT-Betriebsart. Weiterhin stehen trotzdem feste Übersetzungsverhältnisse
zur Verfügung, die einen hohen Getriebewirkungsgrad erreichen.
Durch eine Nutzung zumindest eines Planetengetriebes stehen in der
Regel zwei Dreh-Freiheitsgrade zur Verfügung, sodass entweder
eine feste oder eine variable Übersetzung gebildet werden
kann. Die variable Übersetzung entsteht durch die Leistungsverzweigung
und -umwandlung zwischen elektrischen Maschinen und Planetengetriebe.
Mit Hilfe einer als Generator funktionierenden elektrischen Maschine
findet beispielsweise eine Primärumsetzung der mechanischen
in elektrische Energie statt. Entlang einer kinematischen Kippe
steht eine zweite elektrische Maschine, die die von dem Generator
produzierte elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt
und zum Antreiben verwendet. Durch die Änderung der kinematischen
Kette, beispielsweise durch ein Schalten in einen festen Gang, werden
Nachteile beispielsweise eines schwachen Anfahrens oder ein höherer elektrischer
Leistungsbedarf bei hohen Fahrzeug-Geschwindigkeiten minimiert.
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Der
genannte Optimierer stellt also den besagten Soll-Drehzahlwert bereit,
der einen optimalen Betriebspunkt für das Getriebe bzw.
für das gesamte Hybrid-Fahrzeug darstellt, in welchem Verluste
insbesondere des Getriebes minimal sind.
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Berücksichtig
werden dabei beispielsweise ein Fahrerwunsch, beispielsweise in
Form einer Betätigung eines Fahrpedals und/oder eines Bremspedals,
Leistungsgrenzen einer Energiespeichereinheit, beispielsweise in
Form einer Batterie (Maximum und Minimum), die Ausgangsdrehzahl
des Getriebes bzw. des Hybrid-Fahrzeugs sowie kinematische Randbedingungen
(Maximal- bzw. Minimaldrehzahl der Verbrennungskraftmaschine, der
elektrischen Maschinen, der Planetengetriebe etc.).
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Im
Folgenden ist eine mögliche Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es versteht
sich, dass Schritte des Verfahrens weggelassen und/oder hinzugefügt
und/oder in einer anderen Kombination ausgeführt werden
können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Das
im Folgenden beschriebene Verfahren bezieht sich auf ein leistungsverzweigtes
Hybrid-Getriebe mit einer stufenlos einstellbaren Übersetzung, wobei
acht Gänge mit jeweils einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis
vorgesehen sind und durch das Verfahren quasi simuliert werden,
um einem Fahrer eines Hybrid-Fahrzeugs mit dem Hybrid-Getriebe ein
angenehmes und sportliches Fahrgefühl zu vermitteln. Vier
dieser Gänge weisen dabei ein festes Übersetzungsverhältnis
auf und werden durch mechanische Kopplung von zwei Planetengetrieben dargestellt,
wodurch sie einen besonders günstigen Wirkungsgrad erlauben.
Die anderen vier Gänge werden durch eine elektrisch variable Übersetzung mittels
zwei Planetengetrieben und mittels zweier elektrischer Maschinen
des Getriebes dargestellt, die eine Eingangsdrehzahl des Getriebes,
welche durch ein Antriebsaggregat, beispielsweise in Form einer Verbrennungskraftmaschine,
bereitgestellt wird, durch Leistungsabgabe und/oder Leistungsaufnahme überlagern.
Im Folgenden seien die erst genannten Gänge als feste Gänge
und die zweit genannten Gänge als übersetzungsgesteuerte
Gänge bezeichnet. Da das Getriebe eine stufenlos einstellbare Übersetzung
aufweist und die festen Gänge sowie die übersetzungsgesteuerten
Gänge quasi simuliert werden, kann jeder dieser Gänge
auch als so genannter virtueller Gang bezeichnet werden.
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Die übersetzungsgesteuerten
Gänge liegen jeweils zwischen einem Paar aus festen Gängen.
Der erste virtuelle Gang des Hybrid-Getriebes ist durch einen festen
Gang dargestellt, woraufhin ein übersetzungskontrollierter
Gang als zweiter Gang des Hybrid-Getriebes folgt. Der dritte virtuelle
Gang ist wiederum durch einen festen Gang, und der vierte virtuelle
Gang durch einen übersetzungsgesteuerten Gang dargestellt.
Der fünfte virtuelle Gang ist wieder ein fester Gang, während
der sechste virtuelle Gang durch einen übersetzungsgesteuerten
Gang gebildet ist. Der siebte virtuelle Gang des Hybrid-Getriebes
ist durch einen festen Gang dargestellt, der achte virtuelle Gang
wird durch einen übersetzungsgesteuerten Gang gebildet.
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Während
eines Betriebs des Hybrid-Getriebes stellt der besagte Optimierer
eine bestimmte Betriebsart (stufenlos einstellbare Übersetzung,
Gänge mit vorgegebenem Übersetzungsverhältnis)
sowie jeweils einen Soll-Drehzahlwert für die Eingangsdrehzahl
des Hybrid-Getriebes für zwei Betriebsbereiche (Mode 1,
Mode 2) bereit. Der Betriebsbereich Mode 1 ist dabei für
geringe Fahrzeug-Geschwindigkeiten vorgesehen, während
der Betriebsbereich Mode 2 für höhere Fahrzeug-Geschwindigkeiten
vorgesehen ist. In beiden Betriebsbereichen Mode 1 und Mode 2 wird
dabei das Hybrid-Getriebe in der Betriebsart mit kontinuierlicher
und stufenlos einstellbarer Übersetzung betrieben.
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Ein
System, welches eine Regelungseinrichtung zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie zur Regelung
des Hybrid-Fahrzeugs umfasst, überwacht kontinuierlich
Systembedingungen wie zum Beispiel einen Ladezustand einer Energiespeichereinrichtung
in Form einer Batterie und ist dazu ausgelegt, eine Fahreranforderung
nach einem Motormoment zu erfüllen, indem ein Zusammenspiel aus
einer Verbrennungskraftmaschine des Hybrid-Fahrzeugs bzw. deren
Motormoment und Motordrehzahl und aus zwei elektrischen Maschinen
bzw. deren Maschinenmomente und -drehzahlen koordiniert wird und
ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis sowie ein
bestimmter Getriebezustand ausgewählt wird. Das System
reagiert auch noch auf Umweltfaktoren wie beispielsweise auf eine
Bergauffahrt, in dem es einen Betriebspunkt des Getriebes bzw. des
gesamten Hybrid-Fahrzeugs derart einstellt, dass ein möglichst
effizientes Fahren erreicht ist.
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Wird
das Getriebe in der ersten Betriebsart betrieben, in welchem also
die acht Gänge mit dem jeweiligen, vorgegebenen Übersetzungsverhältnis vorgesehen
sind, so werden Signale zur Einstellung des oben genannten, effizienten
Betriebspunkts nicht direkt berücksichtigt, sondern werden
vielmehr von dem erfindungsgemäßen Verfahren für
eine Abschätzung einer Auswahl und gegebenenfalls eines
Einlegens einer der virtuellen Gänge genutzt. In dieser ersten
Betriebsart wird ein konventionelles Automatikgetriebe mit festen Übersetzungen
simuliert.
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Zur
Einstellung eines möglichst effizienten Betriebspunkts
des Hybrid-Fahrzeugs bzw. des Hybrid-Getriebes in der ersten Betriebsart
wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einem ersten Schritt jeweils ein Toleranzbereich für
das Übersetzungsverhältnis eines jeden virtuellen
Gangs ermittelt. Ein solcher Toleranzbereich wird durch eine obere
und durch eine untere Grenze definiert, welche also oberhalb bzw.
unterhalb des Übersetzungsverhältnisses des jeweiligen
virtuellen Gangs liegt.
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Die
obere Grenze berechnet sich dabei aus: nHTVG[X]
= nVG[X] + nTolHiVG[X] wobei nHTVG[X] die obere Grenze für
den virtuellen Gang X bezeichnet. nVG[X] bezeichnet die zu dem virtuellen
Gang X korrespondierende Eingangsdrehzahl des Getriebes, also die
Eingangsdrehzahl des virtuellen Gangs X. nTolHiVG[X] stellt einen
oberen Grenzwert des virtuellen Gangs X dar, welcher sich berechnet
aus: nTolHiVG[X] = (nVG[X – 1] – nVG[X])·TolRngHi wobei
nVG[X – 1] die Eingangsdrehzahl des Getriebes bezeichnet,
die zu dem zu dem virtuellen Gang X nächst niedrigeren
virtuellen Gang X – 1 korrespondiert, also die Eingangsdrehzahl
des virtuellen Gangs X – 1. TolRngHi bezeichnet einen Toleranzfaktor,
welcher über eine Ausgangsdrehzahl des Getriebes variabel,
insbesondere kalibrierbar, sein kann.
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Die
untere Grenze des Toleranzbereichs ist analog zu ermitteln aus: nLTVG[X] = nVG[X] – nTolLoVG[X] wobei
nLTVG[X] die untere Grenze für den virtuellen Gang X bezeichnet.
nTolLoVG[X] bezeichnet einen unteren Grenzwert, der sich ergibt
aus: nTolLoVG[X] = (nVG[X] – nVG[X +
1])·TolRngLo wobei nVG[X + 1] die Eingangsdrehzahl
des Getriebes bezeichnet, welche zu dem zu dem virtuellen Gang X
nächst höheren virtuellen Gang X + 1 korrespondiert,
also die Eingangsdrehzahl des virtuellen Gangs X + 1. TolRngLo stellt
einen Toleranzfaktor dar, der ebenso über der Ausgangsdrehzahl
des Getriebes variabel, insbesondere kalibrierbar, und/oder zu TolRngHi
verschieden sein kann.
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Die
besagten Toleranzfaktoren können dabei alle möglichen
Zahlen, aus Kennfeldern oder Kennlinien vorgegeben bzw. ausgelesen,
anderweitig berechnet oder vorgegeben sein.
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In
einem nächsten Schritt werden einige Signale, welche dazu
genutzt werden, einen virtuellen Gang auszuwählen und gegebenenfalls
einzulegen, auf Basis bestimmter Eingangssignale und Umweltbedingungen
modifiziert.
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Die
eingangs genannten, bereitgestellten Soll-Drehzahlwerte der Betriebsbereiche,
NiDsrdM1 bzw. OptNiM1 für Mode 1 und NiDsrdM2 bzw. OptNiM2
für Mode 2, wobei in diesen Betriebsbereichen das Getriebe
mit stufenlos einstellbarer Übersetzung betreibbar ist
durch die Realisierung der genannten elektrisch variablen Übersetzung
durch Leistungsverzweigung, werden auf Basis eines Fahrerwunsch,
welcher beispielsweise durch eine Stellung eines Fahrpedals erfasst
wird, modifiziert. Die Soll-Drehzahlwerte können dabei
erhöht oder verkleinert werden. An dieser Stelle sei angemerkt,
dass die Eingangsdrehzahl des Getriebes die Ausgangsdrehzahl der
Verbrennungskraftmaschine ist, welche durch entsprechende Übersetzungsverhältnisse
eingestellt werden kann.
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Die
Modifizierung der Soll-Drehzahlwerte basiert dabei beispielsweise
auf bedatbaren Kennlinien, wobei Achsen einer Kennlinie für
die Stellung des Fahrpedals ein Eingangsdrehzahl-Offset basierend auf
der Stellung des Fahrpedals sind. Die Achsen der Kennlinie für
die Steigung bzw. das Gefälle der Fahrbahn sind eine prozentuale
Annäherung an die Soll-Drehzahlwerte für den Mode
1 bzw. den Mode 2 basierend auf der Steigung bzw. dem Gefälle
der Fahrbahn in der Maßeinheit Prozent.
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Die
resultierenden, modifizierten Soll-Drehzahlwerte sind als NiDsrdM1Mod
bzw. OptNiM1Mod für Mode 1 und als NiDsrdM2Mod bzw. OptNiM2Mod für
Mode 2 zu bezeichnen. Die Modifikation der Soll-Drehzahlwerte kann
zudem auf Basis einer Steigung bzw. eines Gefälles einer
Fahrbahn erfolgen. Bei einer hohen Steigung bzw. bei einem hohen
Gefälle kann das System bzw. das Getriebe näher
an oder sogar über der vom System gewählten Eingangsdrehzahl
betrieben werden. Dies ist insbesondere in Zusammenhang mit einer Überwachung
des Ladezustands der Batterie vorteilbehaftet.
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Basierend
auf den modifizierten Soll-Drehzahlwerten und des gewünschten
bzw. bereitgestellten Betriebsbereichs werden nun mehrere Bedingungen überprüft
um einen der zur Verfügung stehenden virtuellen Gänge
zu bestimmen bzw. auszuwählen.
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Der
erste virtuelle Gang (VG1) wird ausgewählt, wenn ein, insbesondere
von dem Optimierer, bereitgestellter Soll-Gang der erste feste Gang
(FG1) ist oder wenn ein, insbesondere von dem Optimierer, bereitgestellter
Soll-Betriebsbereich Mode 1 (M1) ist und wenn der, insbesondere
von dem Optimierer, bereitgestellte Soll-Drehzahlwert für den
Mode 1 (OptNiM1) oberhalb der ermittelten unteren Grenze des virtuellen
Gangs 1 (nLTVG[1]) ist.
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Der
zweite virtuelle Gang (VG2) wird ausgewählt, wenn der bereitgestellte
Soll-Gang der erste feste Gang (FG1) oder der bereitgestellte Soll-Betriebsbereich
Mode 1 (M1) ist und wenn der bereitgestellte, modifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 1 (OptNiM1Mod) zwischen der oberen Grenze
des Toleranzbereichs des zweiten virtuellen Gangs (nHTVG[2]) und
der unteren Grenze des Toleranzbereichs des zweiten virtuellen Gangs
(nLTVG[2]) liegt.
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Der
dritte virtuelle Gang (VG3) wird ausgewählt bzw. ein Hochschalten
in VG3 wird durchgeführt, wenn der vorhergehende virtuelle
Gang kleiner als der dritte virtuelle Gang 3 ist und wenn der Soll-Betriebsbereich
Mode 1 (M1) ist oder wenn der Soll-Gang der feste Gang 2 (FG2),
der dritte feste Gang (FG3), der vierte feste Gang (FG4) ist und wenn
der modifizierte Soll-Drehzahlwert für den Mode 1 (OptNiM1Mod)
zwischen der oberen Grenze des Toleranzbereichs für den
dritten virtuellen Gang (nHTVG[3]) und der unteren Grenze des Toleranzbereichs
des dritten virtuellen Gangs (nLTVG[3]) liegt. Ebenso ist möglich,
die Auswahl des dritten virtuellen Gangs bzw. ein Hochschalten in
den dritten virtuellen Gang auf Basis des Soll-Betriebsbereichs
Mode 2 (M2) durchzuführen, was durch eine Kalibrierung möglich
ist.
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Der
dritte virtuelle Gang wird ausgewählt bzw. ein Runterschalten
in den dritten virtuellen Gang wird durchgeführt, wenn
der vorhergehende Gang größer ist als der dritte
virtuelle Gang und wenn der Soll-Betriebsbereich Mode 2 ist oder
wenn der Soll-Gang der zweite feste Gang, der dritte feste Gang,
der vierte feste Gang ist und wenn der modifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 2 (OptNiM2Mod) in den Toleranzbereich des
dritten virtuellen Gangs übergeht und somit zwischen der
oberen Grenze des Toleranzbereichs für den dritten virtuellen
Gangs und der unteren Grenze des Toleranzbereichs des dritten virtuellen
Gangs liegt. Diese Auswahl bzw. diese Runterschaltung ist ebenso durch
Kalibrierung jederzeit möglich, wenn der modifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 2 innerhalb des beschriebenen Toleranzbereichs
liegt.
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Der
vierte virtuelle Gang (VG4) wird ausgewählt bzw. ein Hochschalten
in den vierten virtuellen Gang wird durchgeführt, wenn
der vorhergehende virtuelle Gang kleiner ist als der vierte virtuelle
Gang und der Soll-Betriebsbereich Mode 1 ist und der modifizierte
Soll-Drehzahlwert für den Mode 1 kleiner ist als die obere
Grenze des Toleranzbereichs des vierten virtuellen Gangs (nHTVG[4]).
Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der modifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 1 unter die untere Grenze des Toleranzbereichs
für den vierten virtuellen Gang fällt, während
der modifizierte Soll-Drehzahlwert für den Mode 2 nicht
niedrig genug ist um einen alternativen Weg einzuschlagen in den
vierten virtuellen Gang zu schalten.
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Der
vierte virtuelle Gang wird auch ausgewählt bzw. in den
vierten virtuellen Gang wird hoch geschaltet, wenn der vorhergehende
Gang niedriger ist als der vierte virtuelle Gang und wenn der Optimierer
eine Anforderung des Soll-Betriebsbereichs der Mode 1 ändert
in eine Anforderung der Mode 2 oder des zweiten festen Gangs, des
dritten festen Gangs oder des vierten festen Gangs und wenn der
modifizierte Soll-Drehzahlwert für den Mode 2 geringer
ist als die obere Grenze des Toleranzbereichs des vierten virtuellen
Gangs.
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Außerdem
wird der vierte virtuelle Gang ausgewählt, wenn der Optimierer
als Soll-Betriebsbereich den Mode 2 oder als Soll-Gang dem zweiten festen
Gang, den dritten festen Gang oder den vierten festen Gang anfordert
und der modifizierte Soll-Drehzahlwert für den Mode 2 zwischen
der oberen Grenze des Toleranzbereichs des vierten virtuellen Gang
und der unteren Grenze des Toleranzbereichs des vierten virtuellen
Gangs (nLTVG[4]) liegt.
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Der
fünfte virtuelle Gang (VG5) wird ausgewählt, wenn
der Optimierer den Mode 2 als Soll-Betriebsbereich oder den dritten
festen Gang oder den vierten festen Gang anfordert und wenn der
modifizierte Soll-Drehzahlwert für den Mode 2 zwischen
der oberen Grenze des Toleranzbereichs des fünften virtuellen
Gangs (nHTVG[5]) und der unteren Grenze des Toleranzbereichs des
fünften virtuellen Gangs (nLTVG[5]) liegt.
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Der
sechste virtuelle Gang (VG6) wird ausgewählt, wenn der
Optimierer den Mode 2 oder den dritten festen Gang oder den vierten
festen Gang anfordert und der modifizierte Soll-Drehzahlwert für
den Mode 2 zwischen der oberen Grenze des Toleranzbereichs des sechsten
virtuellen Gangs (nHTVG[6]) und der unteren Grenze des Toleranzbereichs
des sechsten virtuellen Gangs (nLTVG[6]) liegt.
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Der
siebte virtuelle (VG7) Gang wird ausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode 2 oder den vierten festen Gang anfordert und der modifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 2 zwischen der oberen Grenze des Toleranzbereichs
des siebten virtuellen Gangs (nHVGT[7]) und der unteren Grenze des Toleranzbereichs
des siebten virtuellen Gangs (nLVGT[7]) liegt.
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Das
Verfahren bzw. das System wird immer den vierten festen Gang bevorzugen
und diesen Einlegen, wenn der Optimierer den vierten festen Gang fordert
und der Soll-Drehzahlwert (unmodifiziert) für den Mode
2 (OptNiM2) oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs des
siebten virtuellen Gangs liegt. Diese Bedingung hat die höchste
Priorität aller Bedingungen bzw. Strategien, um einen Betrieb
im vierten festen Gang so oft wie möglich zu erreichen. In
diesem vierten festen Gang liegt nämlich ein besonders
günstiger Wirkungsgrad des Getriebes vor, woraus ein niedriger
Kraftstoffverbrauch des Hybrid-Fahrzeugs resultiert.
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Der
achte virtuelle Gang (VG8) wird ausgewählt, wenn der Optimierer
als Soll-Betriebsbereich den Mode 2 oder den vierten festen Gang
anfordert und der Soll-Drehzahlwert (unmodifiziert) für
den Mode 2 unterhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs des
achten virtuellen Gangs (nHTVG[8]) liegt.
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An
dieser Stelle sei angemerkt, dass, wenn eine der oben beschriebenen
Bedingungen erfüllt ist, der letzt gewählte virtuelle
Gang beibehalten wird.
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In
dem Fall, dass als Betriebsart bzw. Fahrmodus des Getriebes bzw.
des Hybrid-Fahrzeugs die erste Betriebsart zur Verfügung
steht, also der Betrieb des Getriebes mit, hier acht, virtuellen
Gängen mit vorgegebenen Übersetzungsverhältnissen,
wird das Verfahren bzw. das System immer im ersten virtuellen Gang
beginnen. In dem Falle, dass mehrere Betriebsarten zur Verfügung
stehen, aus denen der Fahrer beispielsweise auswählen kann,
beispielsweise durch eine Betätigung eines Knopfes in einem Cockpit
des Hybrid-Fahrzeugs, muss die Betriebsart mit den virtuellen Gängen
mit den vorgegebenen Übersetzungsverhältnissen
zunächst mit einem virtuellen Gang initialisiert werden,
bevor die oben beschriebene Strategie des Verfahrens zur Auswahl
eines virtuellen Gangs übernimmt. Schaltet der Fahrer beispielsweise
von einer Betriebsart, in welcher die Übersetzung des Getriebes
stufenlos eingestellt wird, in die Betriebsart, in der die acht
Gänge mit dem Übersetzungsverhältnis
vorliegen, so muss also ein virtueller Startgang vorausgewählt
werden, in welchem dann diese Betriebsart startet.
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Der
erste virtuelle Gang wird als Startgang vorausgewählt,
wenn der Optimierer als Soll-Betriebsbereich den Mode 1 anfordert
und wenn der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert für den Mode
1 (OptNiM1) oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs des
zweiten virtuellen Gangs liegt.
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Zudem
wird der erste virtuelle Gang vorausgewählt, wenn der Optimierer
den ersten festen Gang anfordert.
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Der
zweite virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode 1 anfordert und wenn der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 1 oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs
des dritten virtuellen Gangs liegt.
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Der
dritte virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode 1 anfordert und wenn der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 1 oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs des
vierten virtuellen Gangs liegt.
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Außerdem
wird der dritte virtuelle Gang vorausgewählt, wenn der
Optimierer den Mode 2 anfordert und der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 2 (OptNiM2) oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs
des vierten virtuellen Gangs liegt.
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Außerdem
wird der dritte virtuelle Gang ausgewählt, wenn der Optimierer
als Soll-Gang den zweiten festen Gang anfordert.
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Der
vierte virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode 2 anfordert und der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert für
den Mode 2 oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs des fünften
virtuellen Gangs liegt.
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Der
fünfte virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn
der Optimierer den Mode 2 anfordert und wenn der unmodifizierte
Soll-Drehzahlwert für den Mode 2 oberhalb der oberen Grenze
des Toleranzbereichs des sechsten virtuellen Gangs liegt.
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Außerdem
wird der fünfte virtuelle Gang vorausgewählt,
wenn der Optimierer als Soll-Gang den dritten festen Gang anfordert.
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Der
sechste virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode M2 anfordert und der Soll-Drehzahlwert (unmodifiziert)
für den Mode 2 oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs
des siebten virtuellen Gangs liegt.
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Der
siebte virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode M2 anfordert und der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert für
den Mode 2 oberhalb der oberen Grenze des Toleranzbereichs des achten
virtuellen Gangs liegt.
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Außerdem
wir der siebte virtuelle Gang vorausgewählt, wenn der Optimierer
den vierten festen Gang anfordert.
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Der
achte virtuelle Gang wird vorausgewählt, wenn der Optimierer
den Mode 2 anfordert und wenn der unmodifizierte Soll-Drehzahlwert
für den Mode 2 unterhalb oder gleich der oberen Grenze
des Toleranzbereichs des achten virtuellen Gangs liegt bzw. ist.
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Die
genannten, unmodifizierten Soll-Drehzahlwerte für die Eingangsdrehzahl
für das Getriebes, die eine optimale Drehzahl darstellen
zur Realisierung eines effizienten Betriebs des Getriebes und damit
des Hybrid-Fahrzeugs, sind gegebenenfalls unstabile Signale und
können relativ breit variieren, wenn der Fahrer lediglich
leicht seine Drehmomentenanforderung variiert.
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Um
ein ungewolltes, häufiges Schalten (Hoch- und/oder Runterschalten)
zu vermeiden umfasst das Verfahren eine finale Strategie, die angewendet
wird, bevor der ausgewählte virtuelle Gang weitergegeben
bzw. letztendlich eingelegt wird. Innerhalb dieser Strategie dieses
Verfahrens wird ein Runterschalten nur dann durchgeführt,
wenn das Runterschalten eine Drehzahländerung der Eingangsdrehzahl
mit sich ziehen würde, die größer ist als
ein kalibrierbarer Wert. Ist jedoch eine Position des Fahrpedals,
was also die Drehmomentenanforderung des Fahrers widerspiegelt,
größer oder gleich einem kalibrierbaren Wert,
so bedeutet dies, dass der Fahrer deutlich nach einem Runterschalten
verlangt. Dann wird das Runterschalten durchgeführt ohne
Berücksichtung eines Betrags der Drehzahländerung infolge
dieses Runterschaltens.
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Der
zu diesem Zeitpunkt ermittelte Gang wird als IntVG bezeichnet.
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Um
dem Getriebe ein Verhalten zu verleihen wie das eines konventionellen,
stufenbehafteten Automatikgetriebes bei gleichzeitiger Realisierung
eines effizienten Betriebs wird der ausgewählte bzw. vorausgewählte
Gang mit einigen grundlegenden Fahrbarkeitsregeln validiert. Diese
Fahrbarkeitsregeln umfassen dabei ein Grundschaltprogramm mit zumindest
einer Schaltlinie für ein Hochschalten und/oder Runterschalten
des Getriebes, wobei Modifikationen dieses Grundschaltprogramms
auf Basis einer Fahreranforderung und/oder von Umwelteinflüssen
durchgeführt wird.
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In
Zusammenhang mit der oben beschriebenen Ausführungsform
umfasst das Grundschaltprogramm (Basic Shift Schedule/BSS) einen
Satz von Hochschalt- und Runterschaltlinien für jedweden, möglichen
Gangwechsel, so zum Beispiel vom ersten virtuellen Gang in den zweiten
virtuellen Gang, vom zweiten virtuellen Gang in den dritten virtuellen Gang,
vom dritten virtuellen Gang in den vierten virtuellen Gang, vom
vierten virtuellen Gang in den fünften virtuellen Gang,
vom fünften virtuellen Gang in den sechsten virtuellen
Gang, vom sechsten virtuellen Gang in den siebten virtuellen Gang,
vom siebten virtuellen Gang in den achten virtuellen Gang, vom achten
virtuellen Gang in den sieben virtuellen Gang, vom siebten virtuellen
Gang in den sechsten virtuellen Gang, vom sechsten virtuellen Gang
in den fünften virtuellen Gang, vom fünften virtuellen
Gang in den vierten virtuellen Gang, vom vierten virtuellen Gang
in den dritten virtuellen Gang, vom dritten virtuellen Gang in den
zweiten virtuellen Gang und vom zweiten virtuellen Gang in den ersten
virtuellen Gang. In Abhängigkeit von der Stellung des Fahrpedals
und der Ausgangsdrehzahl des Getriebes, welche mit der Fahrzeuggeschwindigkeit
korreliert, wird ein bestimmter virtueller Gang auf Basis eines
Grundschaltprogramms, das auf die virtuellen Gänge angewendet
wird (VGBSS), ausgewählt. Das Grundschaltprogramm wird
kalibriert, und zwar auf Basis einer bestmöglichen Leistungsdarstellung,
einer bestmöglichen Kraftstoffeffizienz und eines Fahrverhaltens
des gesamten Hybrid-Fahrzeugs bei optimalen, hybriden Betriebszuständen,
beispielsweise Ladezustand der Batterie, Temperatur von Komponenten, auf
Meereshöhe und auf flachen Straßen, das heißt ohne
Gefälle.
-
Basierend
auf bereits bekannten Verfahren bzw. Strategien zum Betreiben konventioneller,
stufenbehafteter Automatikgetriebe, werden bestimmte Fahrstile und – verhalten
genutzt, um einen Parameter (FZIfact) zu generieren, welcher beispielsweise größer
oder gleich null und kleiner oder gleich 250 ist. Dieser Parameter
spiegelt also ein Verhalten des Fahrers wieder, wobei der Wert null
bedeutet, dass es sich um einen gelassenen Fahrer handelt. Der Wert
250 bedeutet, dass der Fahrer sehr dynamisch und sportlich fährt.
-
Zur
Ermittlung und Berücksichtigung des Fahrerverhaltens ist
ein weiteres Schaltprogramm vorgesehen, welches als Fahrsituationserfassungsprogramm
(FZI) zu bezeichnen ist. Auch das Fahrsituationserfassungsprogramm
umfasst einen Satz von Hochschalt- und Runterschaltlinien für
jeden möglichen Gangwechsel, also beispielsweise wieder vom
ersten virtuellen Gang in den zweiten virtuellen Gang, vom zweiten
virtuellen Gang in den dritten virtuellen Gang, vom dritten virtuellen
Gang in den vierten virtuellen Gang, vom vierten virtuellen Gang
in den fünften virtuellen Gang, vom fünften virtuellen Gang
in den sechsten virtuellen Gang, vom sechsten virtuellen Gang in
den siebten virtuellen Gang, vom siebten virtuellen Gang in den
achten virtuellen Gang, vom achten virtuellen Gang in den siebten
virtuellen Gang, vom siebten virtuellen Gang in den sechsten virtuellen
Gang, vom sechsten virtuellen Gang in den fünften virtuellen
Gang, vom fünften virtuellen Gang in den vierten virtuellen
Gang, vom vierten virtuellen Gang in den dritten virtuellen Gang, vom
dritten virtuellen Gang in den zweiten virtuellen Gang und vom zweiten
virtuellen Gang in den ersten virtuellen Gang. Es wird dabei derart
angepasst, dass Schaltvorgänge des Getriebes entweder einem sportlichen
Verhalten des Fahrers oder einem eher gelassenen Verhaltens des
Fahrers entsprechen. Das bedeutet also, es sollen die virtuellen
Gänge ausgewählt und gegebenenfalls eingelegt
werden, die auch ein entsprechender Fahrer wählen würde. Bei
einem sportlichen Fahrer bedeutet dies, dass die Verbrennungskraftmaschine
bei höheren Drehzahlen betrieben wird (spätes
Hochschalten, frühes Runterschalten).
-
Basierend
auf dem genannten Parameter (FZIfact), der also als Fahrsituationserfassungsparameter
zu bezeichnen ist und größer oder gleich null und
kleiner oder gleich 250 ist, wird eine lineare Interpolation zwischen
dem Grundschaltprogramm (BSS) und dem Fahrsituationserfassungsprogramm
(FZI) durchgeführt.
-
Des
Weiteren wird jede Hochschalt- und Runterschaltlinie auf Basis einer
Steigung bzw. eines Gefälles der Fahrbahn, auf welcher
das Fahrzeug fährt, modifiziert. In Abhängigkeit
von der Steigung kombiniert mit der Fahrgeschwindigkeit wird eine Schaltdrehzahl,
also eine Eingangsdrehzahl des Getriebes und damit eine Drehzahl
der Verbrennungskraftmaschine, in einem unteren Bereich eines Fahrerpedalstellungsbereichs
kontinuierlich versetzt. Eine solche kontinuierliche Schaltlinieverschiebung ist
in der Regel in einem Diagramm aufgetragen, welches als Ordinate
die Ausgangsdrehzahl des Getriebes, welche mit der Fahrgeschwindigkeit
korreliert, und als Abszisse die Stellung des Fahrpedals aufweist,
aufgetragen. Die Stellung des Fahrpedals reicht dabei von 0%, also
nicht betätigt, bis 100%, also voll betätigt („durchgedrückt”).
Die Versetzung der Schaltdrehzahl erfolgt also bei niedrigen Stellungen
des Fahrpedals. Die Versetzung wird dabei derart durchgeführt,
dass abhängig von der Steigung kombiniert mit der Fahrgeschwindigkeit
eine zur Ordinate des Diagramms parallele Verschiebung der Schaltdrehzahl
durchgeführt wird. Außerdem wird die Schaltdrehzahl
des unteren Bereichs der Stellung des Fahrpedals kontinuierlich
versetzt zwischen einem in dem Grundschaltprogramm kalibrierten
Wert und einem höchsten Drehzahlwert für die Ausgangsdrehzahl
des Getriebes, welcher abhängt von einem höchsten
virtuellen Gang.
-
Durch
eine kombinierte Betrachtung der maximalen Schaltlinien eines jeden
einzelnen Virtuellen Ganges wird das auf die virtuellen Gänge
letztendlich anzuwendende Grundschaltprogramm (VGBSS) bestimmt,
in dem der aktuell eingelegte virtuelle Gang, die Stellung des Fahrpedals
und die Fahrzeuggeschwindigkeit dazu genutzt werden, dass Grundschaltprogramm
(VGBSS) zu erzeugen basierend auf den ursprünglichen Schaltlinien
des Grundschaltprogramms (BSS), auf der Versetzung der Schaltdrehzahl,
basierend auf dem Gefälle bzw. der Steigung der Fahrbahn,
und auf der linearen Interpolation zwischen dem Grundschaltprogramm
(BSS) und dem Fahrsituationserkennungsprogramm (FZI), die wiederum
auf oben genannten Parameter (FZIfact) basiert.
-
Die
Modifikation bzw. Kalibrierung des Grundschaltprogramms (BSS) bestimmt
auch die maximale Schaltdrehzahl für ein Runterschalten,
bis zu welcher ein Optimierer basiertes Runterschalten, in Form
des ausgewählten bzw. vorausgewählten virtuellen
Gangs, berücksichtig wird. Bei Ausgangsdrehzahlen, die
größer sind als die Schaltdrehzahl des Grundschaltprogramms
(BSS), wie sie bei einer 100%igen Stellung des Fahrpedals definiert
ist, wird ein Runterschalten verhindert.
-
Beispiel:
-
Die
zuvor genannte Strategie zur Auswahl bzw. Vorauswahl eines virtuellen
Gangs verlangt einen Gangwechsel vom vierten virtuellen Gang in
den dritten virtuellen Gang oberhalb der maximalen Schaltdrehzahl
des Grundschaltprogramms (BSS). In einem solchen Falle wird diese
Anforderung des Gangwechsels vom vierten virtuellen Gang in den dritten
virtuellen Gang verboten und nicht durchgeführt.
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Diese
Strategie ist als IntVGSpdLim bezeichnet. Sie vergleicht eine Ganganforderung
des Optimierer bzw. eine Gangauswahl oder Gangvorauswahl gemäß der
zuvor beschriebenen Strategie, wobei diese Ganganforderung als IntVG
bezeichnet ist, mit einer entsprechenden Schaltlinie des Grundschaltprogramms
(BSS). Liegt die zu IntVG korrespondierende Schaltdrehzahl über
der maximalen Schaltdrehzahl der entsprechenden Schaltlinie, wird IntVG
blockiert. Umgekehrt wird IntVG berücksichtigt, wenn die
korrespondierende Schaltdrehzahl nicht oberhalb der maximalen Schaltdrehzahl
der entsprechenden Schaltlinie liegt. Im Falle des Blockieren von
IntVG wird beispielsweise eine Ganganforderung gemäß der
entsprechenden Schaltlinie berücksichtigt, wobei Modifikationen,
insbesondere die zuvor beschriebenen Modifikationen, derselbigen möglich
sind. Die Strategie IntVGSpdLim wählt also auf Basis der
beschriebenen Bedingung entweder den Gang gemäß IntVG
oder gemäß der entsprechenden Schaltlinie des
Grundschaltprogramms (BSS), gegebenenfalls mit vorgesehenen Modifikationen,
aus.
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Diese
beschriebene Bedingung wird angewendet, um eine konsistente, maximale
Schaltdrehzahl für ein Runterschalten zu nutzen und dem
Fahrer eine konsistente, maximale Grenze beim Runterschalten bereitzustellen,
unabhängig von Zuständen, die die Leistungsdarstellung
und die Betriebsdrehzahl des hybriden Systems (Ladezustand der Batterie,
Leistungsgrenzen etc.) beeinflussen können. Auf diese Weise
erlebt der Fahrer eine bestimmte Konsistenz in einem Schaltverhalten
des Systems, was zu einem Fahrgefühl führt, dass
dem eines konventionellen Automatikgetriebes bzw. eines Fahrzeugs mit
einem derartig konventionellen Automatikgetriebe gleich oder zumindest
nahe kommt.
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Eine
Drehzahl, genauer gesagt eine Ausgangsdrehzahl, jeder Hochschaltlinie
des Grundschaltprogramms (BSS) bei der 100%igen Stellung des Fahrpedals
bestimmt die Schaltdrehzahl nahe an der maximalen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Überschreitet
die Ausgangsdrehzahl die Schaltdrehzahl zum Hochschalten des aktuell
eingelegten virtuellen Gangs in den nächsten virtuellen Gang,
so wird ein ermittelter Maximalgang (VGMax) des Getriebes um einen
Gang erhöht. Der Maximalgang wird dann wieder um einen
Gang verkleinert, wenn die Ausgangsdrehzahl unter die Schaltdrehzahl
zum Runterschalten des aktuell eingelegten virtuellen Gangs fällt.
Der Maximalgang bzw. das Signal des Maximalgangs wird dann genutzt,
um ein Hochschalten zu initiieren, und zwar in dem Falle, dass die zuvor
genannte Strategie zum Auswählen bzw. Vorauswählen
eines virtuellen Gangs nicht in den nächst höheren,
virtuellen Gang geschaltet hat.
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Diese
Bedingungen bzw. Regel wird angewendet, um eine konsistente, maximale
Schaltgeschwindigkeit für ein Hochschalten zu nutzen und dem
Fahrer eine konsistente maximale Grenze zum Hochschalten bereitzustellen,
unabhängig von Zuständen, die die Leistungsdarstellung
und eine Betriebsdrehzahl des hybriden Systems (Ladezustand der
Batterie, Leistungsgrenzen etc.) beeinflussen können. Auf
diese Weise erlebt der Fahrer eine bestimmte Konsistenz des Schaltverhaltens,
was zu einem Fahrgefühl führt, welches dem eines
konventionellen Automatikgetriebes mit Schaltstufen gleich oder
zumindest nahe kommt.
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Der
letztendlich anzufordernde und gegebenenfalls einzulegende virtuelle
Gang wird schließlich folgender Maßen bestimmt:
In
einem ersten Schritt wird der auf Basis des Grundschaltprogramms
(VGBSS) und damit auf Basis zumindest einer Schaltlinie ausgewählte
virtuelle Gang mit einem Grenzgang verglichen, welcher durch die Strategie
IntVGSpdLim ausgewählt wird. Der kleinere dieser beiden
virtuellen Gänge wird ausgewählt (VGMin).
-
In
einem nächsten Schritt wird der kleinere, ausgewählte
Gang (VGMin) verglichen mit dem zuvor beschriebenen Maximalgang
(VGMax). Aus diesem Vergleich wird der größere
der beiden Gänge ausgewählt (CmndVG). Dieser ausgewählte,
größere Gang bestimmt dann das Übersetzungsverhältnis des
virtuellen Gangs, in welchem das Getriebe bzw. das System betrieben
wird.
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In
einem möglichen letzten Schritt des Verfahrens wird eine
mögliche, vom Fahrer initiierte Begrenzung eines Gangbereichs
berücksichtigt, wobei der Gangbereich eben die acht Gänge
des Getriebes mit einem jeweiligen vorgegebenen Übersetzungsverhältnis,
hier die acht virtuellen Gänge, umfasst. Durch Eingaben
des Fahrers über beispielsweise Plus- und Minusknöpfe
an einem Lenkrad des Hybrid-Fahrzeugs kann der Fahrer eine Anzahl
von zur Verfügung stehenden, virtuellen Gängen,
hier acht, eingrenzen. Durch drücken des Minus-Knopfes
und einstellen des entsprechenden Wertes auf beispielsweise sechs
limitiert der Fahrer dadurch den Gangbereich auf die ersten sechs
virtuellen Gänge. Das bedeutet, dass ein Hochschalten des
Getriebes maximal bis zum sechsten virtuellen Gang durchgeführt wird.
Dieser Fahrerwunsch (DsrdVG) kann dabei beispielsweise den Wert
null annehmen, was bedeutet, dass der Fahrer keine Begrenzung des
Gangbereichs wünscht. Dementsprechend kann der Fahrerwunsch
die Werte 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7 annehmen, wodurch der Fahrer also
den Gangbereich gegenüber der eigentlich acht zur Verfügung
stehenden virtuellen Gängen eingrenzt.
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In
dem Falle, dass der Fahrer einen Gang wählt (DsrdVG), der
kleiner ist als der oben ausgewählte, virtuelle Gang (CmndVG),
so wird seine Anforderung berücksichtigt (CmndVGRngLmt
= DsrdVG). Der Fahrerwunsch tritt somit an die Stelle des oben ausgewählten
virtuellen Gangs, wodurch also der vom Fahrer gewünschte,
virtuelle Gang ausgewählt, angefordert und gegebenenfalls
angelegt wird. In allen anderen Fällen wird der oben ausgewählte virtuelle
Gang (CmndVG) letztendlich ausgewählt (CmndVGRngLmt = CmndVG),
angefordert und gegebenenfalls eingelegt.
-
Zusammenfassend
lässt sich sagen, dass durch das erfindungsgemäße
Verfahren dem Fahrer ein sehr gutes Fahrgefühl vermittelt
wird, das dem eines konventionellen, stufenbehafteten Automatikgetriebes
gleich oder zumindest nahe kommt. Der Wunsch des Fahrer steht dabei
im Vordergrund, wodurch ein sportliches Fahrverhalten ermöglicht
ist. Gleichzeitig wird jedoch auf Aspekte eines möglichst effizienten
Betriebs des Hybrid-Fahrzeugs bzw. des Getriebes eingegangen, wodurch
ein optimaler Kompromiss realisiert ist zwischen sportlichem und ökonomischem
Betrieb des Hybrid-Fahrzeugs. Dabei wird ein möglichst
effizienter Betriebspunkt des Hybrid-Systems bestimmt, ein Gang
durch Abgleich eines Übersetzungsverhältnisses
des Getriebes, bei welchem der effiziente Betriebspunkt zumindest
annäherungsweise erreichbar ist, und den zur Verfügung
stehenden Übersetzungsverhältnissen der virtuellen
Gänge vorausgewählt. Anschließend erfolgt eine
Prüfung des vorausgewählten Ganges mittels Fahrbarkeitsregeln
wie beispielsweise eines Schaltprogramms.
-
Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung
genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend
in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten
Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die
Zeichnungen zeigen in:
-
1 jeweils
ein Übersetzungsverhältnis acht virtueller Gänge
eines Leistungsverzweigten Hybrid-Getriebes mit einer stufenlos
einstellbaren Übersetzung,
-
2 eine
schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Getriebes
gemäß der 1,
-
3 eine
Schaltlinie für ein Hochschalten von einem virtuellen Gang
in ein nächst höheren, virtuellen Gang eines leistungsverzweigten
Hybrid-Getriebes gemäß den vorhergehenden Figuren
und
-
4 eine
Schaltlinie zum Runterschalten von einem virtuellen Gang in einen
nächst niedrigeren, virtuellen Gang eines leistungsverzweigten
Hybrid-Getriebes gemäß den vorhergehenden Figuren.
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Die 1 stellt
in einem Diagramm 10, bei welchem auf dessen Abszisse 12 eine
Ausgangsdrehzahl naus und auf dessen Ordinate 14 eine
Eingangsdrehzahl nein eines Getriebes mit
einer stufenlos einstellbaren Übersetzung aufgetragen sind,
jeweils ein Übersetzungsverhältnis acht virtueller
Gänge des Getriebes VG1, VG2, VG3, VG4, VG5, VG6, VG7 und
VG8. Diese acht virtuellen Gänge stellen also Gänge
mit jeweils einem vorgegebenen Übersetzungsverhältnis
dar, welche bei dem Getriebe simuliert werden, um einem Fahrer eines
Fahrzeugs, beispielsweise eines Hybrid-Fahrzeugs, ein Fahrgefühl
zu vermitteln, dass dem eines herkömmlichen Automatikgetriebes
mit Gangstufen gleich oder zumindest nahe kommt.
-
Bei
dem besagten Getriebe handelt es sich dabei um ein leistungsverzweigtes
Hybrid-Getriebe, welches zwei Planetengetriebe und eine Mehrzahl von
Kupplungen umfasst, mittels welchen einzelne Elemente der Planetengetriebe,
so zum Beispiel Sonnenräder, Planetenträger und/oder
Hohlräder festgelegt und/oder verblockt werden können.
Zudem umfasst das Getriebe zwei elektrische Maschinen, die als Motoren
elektrische Energie einer Batterie in mechanische Energie umwandeln
und somit zusätzlich antreiben können oder als
Generatoren mechanische Energie in elektrische Energie umwandeln und
somit die Batterie speisen können. Durch die durch die
elektrischen Maschinen erreichte Leistungsverzweigung ist eine Drehzahlüberlagerung
der Eingangsdrehzahl des Getriebes möglich, wodurch die Übersetzung
des Getriebes stufenlos einstellbar ist bzw. wodurch die acht in
dem Diagramm 10 dargestellten virtuellen Gänge
darstellbar sind. Bei der Eingangsdrehzahl des Getriebes handelt
es sich dabei um eine Drehzahl einer Verbrennungskraftmaschine,
welche zusammen mit dem Getriebe, den elektrischen Maschinen, der
Batterie und gegebenenfalls weiteren Komponenten ein hybrides System eines
Hybrid-Fahrzeugs bilden.
-
Die
virtuellen Gänge VG1, VG3 und VG5 weisen dabei ein festes Übersetzungsverhältnis
auf und sind somit als feste Gänge (FG1, FG3 und FG5) zu
bezeichnen. Ihre festen Übersetzungsverhältnisse werden
ohne eine Überlagerung der elektrischen Maschinen realisiert.
Dies bedeutet, dass ein Kraftfluss durch das Getriebe, welcher von
der Verbrennungskraftmaschine eingeleitet ist, lediglich über
einen mechanischen Pfad über die Planetengetriebe und die Kupplungen
führt. In diesen festen Gängen weist das Getriebe
einen besonders günstigen Wirkungsgrad auf.
-
Die übrigen
virtuellen Gänge VG2, VG4, VG6 und VG8 werden durch Leistungsverzweigung
mit den elektrischen Maschinen dargestellt. Wie weiterhin zu sehen
ist, können die virtuellen Gänge dabei lineare Übersetzungsverhältnisse
aufweisen. Ebenso möglich ist jedoch die Darstellung eines
nicht-linearen Übersetzungsverhältnisses, wie
es am Beispiel des zweiten virtuellen Gangs VG2 dargestellt ist.
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Ein
schraffierter Bereich 16 um den sechsten virtuellen Gang
VG6 stellt ein Toleranzbereich für das Übersetzungsverhältnis
des sechsten virtuellen Gangs dar, welches durch eine obere Grenze 18 und eine
untere Grenze 20 definiert ist. Obwohl nicht im Bild zu
sehen, wird dasselbe Prinzip zur Bestimmung des Toleranzbereichs
auf alle weiteren virtuellen Gänge angewendet. Eine Berechnung
der oberen Grenze 18 und der unteren Grenze 20 und
damit des Toleranzbereichs 16 im Rahmen eines Verfahrens zum
Betreiben des Getriebes ermöglicht eine sehr gute Darstellung
des Fahrverhaltens des Getriebes, das dem einen konventionellen
Automatikgetriebe, das heißt ohne stufenlos einstellbare Übersetzung sondern
mit festen Gangstufen, gleich oder zumindest sehr nahe kommt. Dies
kommt insbesondere sportlichen Fahrern zu Gute, die eine Rückmeldung der
Verbrennungskraftmaschine in Form einer Drehzahländerung,
welche mit einer Beschleunigung oder eine Abbremsung des Fahrzeugs
korreliert, wünschen.
-
Die 2 zeigt
einen Teil des genannten Verfahrens zur Realisierung eines Verhaltens
des Getriebes, das dem eines konventionellen Automatikgetriebes
mit Gangstufen ähnelt.
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Die
gestrichelten Linien symbolisieren Signalflüsse 20, 22, 24, 26, 28, 30 und 32 von
Schaltdrehzahlen, bei welchen ein Gangwechsel des Getriebes in einen
höheren oder einen niedrigeren virtuellen Gang durchzuführen
ist bzw. durchgeführt wird. Volle Linien symbolisieren
Signale für eine Auswahl eines virtuellen Gangs des Getriebes,
in welchem ermittelte Drehzahlen, wie beispielsweise Schaltdrehzahlen,
Grenzdrehzahlen oder dergleichen, erreicht bzw. eingehalten werden
können 34, 36, 38, 40, 42 und 44 bezeichnen
also Ganganforderungen. Eine Auswahl eines entsprechenden Gangs
führt letztendlich zu einer Anforderung an eine Steuereinrichtung des
Getriebes zum Einlegen des ausgewählten oder gegebenenfalls
vorausgewählten virtuellen Gangs zur letztendlichen Realisierung
einer ermittelten Eingangsdrehzahl, um damit das oben beschriebene, vorteilhafte
Fahrverhalten des Getriebes abzubilden.
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Ausgehend
von einer Kalibrierung eines Grundschaltprogramms (BSS) 46 und
einer Kalibrierung eines weiteren Schaltprogramms, welches als Fahrsituationserkennungsprogramm
(FZI) 48 zu bezeichnen ist, wird eine lineare Interpolation 50 basierend
auf dem kalibrierten Grundschaltprogramm 46 und dem Fahrsituationserkennungsprogramm 48 durchgeführt.
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Das
Grundschaltprogramm 46 wird dabei basierend auf einer bestmöglichen
Leistungsdarstellung, einer Kraftstoffeffizienz und eines generellen Fahrverhaltens
des Hybrid-Fahrzeug bei optimalen, hybriden Betriebszuständen
in Meereshöhe und auf flachen Fahrbahnen, das heißt
ohne Gefälle oder Steigung, kalibriert.
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In
einer ähnlichen Weise wird auch das Fahrsituationserkennungsprogramm 48 kalibriert.
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Das
Grundschaltprogramm 46 und das Fahrsituationserkennungsprogramm 48 umfassen
jeweils Schaltlinien, die einen Gangwechsel von einem virtuellen
Gang in einen nächst höheren oder in einen nächst
niedrigeren Gang entsprechend einer Stellung eines Fahrpedals und
einer Ausgangsdrehzahl des Getriebes, also einer Fahrzeuggeschwindigkeit, auslösen
können.
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In
die lineare Interpolation 50 fliest zudem ein Parameter 52 mit
ein, welcher ein Verhalten des Fahrers des Hybrid-Fahrzeugs in einem
Wert abbildet. Der Parameter 52 kann dabei Werte von 0
bis 250 annehmen, wobei der Wert 0 bedeutet, dass es sich um einen
gelassenen Fahrer handelt. Ein Wert von 250 charakterisiert einen
sehr sportlichen Fahrer.
-
Vor
einer endgültigen Bestimmung eines kombinierten Schaltprogramms
(VGBSS) 54, welches letztendlich auf die virtuellen Gänge
zur Auswahl eines virtuellen Gangs angewendet wird, werden die aus
der linearen Interpolation 50 gewonnen Schaltlinien, also
sowohl Hochschaltlinien als auch Runterschaltlinien, modifiziert,
und zwar auf Basis eines Gefälles bzw. einer Steigung einer
Fahrbahn, auf welcher das Hybrid-Fahrzeug momentan gefahren wird.
-
Nach
einer Kalibrierung 56 von Fahrbahnsteigungen bzw. -gefällen
erfolgt in Abhängigkeit von der Fahrbahnsteigung bzw. von
dem Fahrbahngefälle verrechnet mit der Fahrzeuggeschwindigkeit,
welche durch einen Parameter 58 repräsentiert
sind, erfolgt eine kontinuierliche Versetzung 60 der Schaltdrehzahl
in unteren Bereichen der Stellung des Fahrpedals, was insbesondere
in Zusammenhang mit den 3 und 4 deutlich
wird. Ein Betrag dieser Versetzung hängt, wie angedeutet,
also von der Steigung der Fahrbahn verrechnet mit der Fahrzeuggeschwindigkeit
ab und liegt zwischen einem in dem Grundschaltprogramm 46 kalibrierten
Wert und einem kalibrierbaren Ausgangsdrehzahlwert, welcher von
einem höchsten zur Verfügung stehenden virtuellen
Gang abhängt.
-
Die
durch die lineare Interpolation 50 ermittelte Schaltdrehzahl
sowie die aus der kontinuierlichen Versetzung 60 gewonnene
Schaltdrehzahl werden in einem Vergleich 63 verglichen,
und die größere der beiden Schaltdrehzahlen wird
ausgewählt. Auf Basis dieser ausgewählten Schaltdrehzahl
wird letztendlich das auf die virtuellen Gänge anzuwendende kombinierte
Schaltprogramm 54 bestimmt, wobei diese Bestimmung ebenso
den aktuell eingelegten Gang, die Stellung des Fahrpedals sowie
die Ausgangsdrehzahl des Getriebes, also die Fahrzeuggeschwindigkeit,
berücksichtigt. Diese Berücksichtigung ist in
der 2 durch einen Parameter 62 symbolhaft
angedeutet. Abhängig von dem auf die virtuellen Gänge
anzuwendenden kombinierte Schaltprogramm 54 wird dann ein
entsprechender virtueller Gang, beispielsweise bei einem Gangwechsel,
ausgewählt und angefordert.
-
Außerdem
wird ein Bestimmungsschritt 66 durchgeführt. Der
Bestimmungsschritt 66 vergleicht bei einem Runterschalten
eine erste Gangauswahl 73, welche durch einen oben beschriebenen
Optimierer oder durch einen anderen, in der 2 nicht dargestellten
Teil des Verfahrens bereitgestellt wird, mit einer zweiten Schaltdrehzahl,
die in Abhängigkeit von dem Grundschaltprogramm 46 bzw.
dessen Schaltlinien ermittelt wird. Liegt eine zu der Gangauswahl 73 korrespondierende
Schaltdrehzahl oberhalb einer Schaltdrehzahl der Gangauswahl in
Abhängigkeit von dem Grundschaltprogramm 46, so
wird die Gangauswahl 73 blockiert und gegebenenfalls die Gangauswahl
in Abhängigkeit von dem Grundschaltprogramm 46 übernommen
und ein entsprechender Gang dieser Gangauswahl ausgewählt.
Ebenso möglich sind weitere Modifikationen bzgl. dieser Gangauswahl.
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Ein
gemäß der Gangauswahl 73 ausgewählter
Gang wird dann übernommen bzw. ausgewählt, wenn
die Schaltdrehzahl beim Runterschalten nicht oberhalb der maximalen
Schaltdrehzahl des Grundschaltprogramms 46 bzw. der entsprechenden Schaltlinie
liegt. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die maximale Schaltdrehzahl
definiert ist als höchste Ausgangsdrehzahl des Getriebes
bei der Stellung des Fahrpedals von 100%, also wenn dieses voll
betätigt ist. Nichts desto trotz kann jedoch eine Schaltdrehzahl
vorgesehen sein, die darüber liegt, wobei es sich bei dieser
Schaltdrehzahl dann um einen Schaltdrehzahl bei einem Kickdown des
Fahrpedals handelt.
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Ein
anschließender Vergleich 64 vergleicht einen gemäß dem
kombinierten Schaltprogramm 54 ausgewählten Gang
mit dem gemäß dem Bestimmungsschritt 66 letztendlich
ausgewählten Gang, wobei der kleinere der beiden Gänge
ausgewählt wird.
-
Der
kleinere, ausgewählte Gang wird dann wiederum durch einen
weiteren Vergleich 68 mit einem Maximalgang verglichen,
der durch einen Bestimmungsschritt 67 bestimmt wird. Überschreitet
die Ausgangsdrehzahl des Getriebes eine Schaltdrehzahl der entsprechenden
Schaltlinie zum Schalten von dem momentan eingelegten, virtuellen
Gang in den nächst höheren, virtuellen Gang, so
wird der Maximalgang durch den Bestimmungsschritt 67 um
eins erhöht. Fällt die Ausgangsdrehzahl unter
eine entsprechende Schaltdrehzahl einer Schaltlinie des momentan
eingelegten Gangs, so wird der Maximalgang durch den Bestimmungsschritt 67 um
eins verkleinert.
-
Der
Vergleich 68 des oben beschriebenen, ausgewählten,
kleineren Gangs mit dem Maximalgang wählt den größeren
der beiden Gänge aus.
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Dieser
ausgewählte Gang wird schließlich durch einen
weiteren Vergleich 70 mit einem Fahrerwunsch 72 verglichen,
wobei wiederum der kleinere der beiden Gänge ausgewählt
und schließlich angefordert und dann gegebenenfalls durch
eine entsprechende Steuereinrichtung in dem Getriebe eingelegt wird.
-
Die 3 zeigt
ein Diagramm 74, welches eine Schaltlinie 78 zeigt,
wie sie gemäß dem Verfahren in 2 einsetzbar
ist.
-
Auf
einer Abszisse 76 des Diagramms 74 ist die Stellung
des Fahrpedals in Prozent aufgetragen, während auf einer
Ordinate 80 die Ausgangsdrehzahl des Getriebes aufgetragen
ist. Da es sich bei der Schaltlinie 78 um eine Schaltlinie
handelt, welche ein Hochschalten des Getriebes, also von einem virtuellen
Gang in den nächst höheren virtuellen Gang, initiiert,
kann sie auch als Hochschaltlinie bezeichnet werden.
-
Dem
Diagramm 74 ist der Parameter 58 zu entnehmen,
der zu der kontinuierlichen Versetzung der Schaltlinie 78 beiträgt.
Eine Linie 82 gibt dabei diese Versetzung auf Grund der
Steigung bzw. des Gefälles der Fahrbahn wieder.
-
Ein
schraffierter Bereich 84 kennzeichnet einen Bereich, in
welchem die ursprüngliche Gangauswahl 73 des Optimierer
bzw. des anderen, in der 2 nicht dargestellten Teils
des Verfahrens berücksichtigt wird. In diesem Bereich 84 bestimmt
also die, durch den Bestimmungsschritt 66 und den Vergleich 64 modifizierte,
ursprüngliche Ganganforderung 73 die entsprechende
Schaltdrehzahl bzw. einen Schaltpunkt. Ebenso ist in dem Diagramm 74 eine
maximale Schaltdrehzahl 86 zum Hochschalten von einem virtuellen
Gang in den nächst höheren, virtuellen Gang dargestellt.
Die 4 zeigt in einem Diagramm 74' eine Schaltlinie 78' zum
Runterschalten, das heißt für einen Gangwechsel
von einem virtuellen Gang in einen nächst niedrigeren,
virtuellen Gang des Getriebes. Auf einer Abszisse 76' des
Diagramms 74' ist wiederum die Stellung des Fahrpedals
aufgetragen, während auf einer Ordinate 80' des Diagramms 74' die
Ausgangsdrehzahl des Getriebes aufgetragen ist.
-
In
dem Diagramm 74' ist wieder der Parameter 58 eingetragen,
welcher zu der Versetzung einer Schaltdrehzahl in einem unteren
Bereich der Schaltlinie 78' beiträgt. Dadurch,
dass es sich bei der Schaltlinie 78' um eine Schaltlinie
handelt, welche einen Gangwechsel von einem virtuellen Gang in einen nächst
niedrigeren Gang initiiert, kann die Schaltlinie 78' auch
als Runterschaltlinie bezeichnet werden. Ebenfalls in dem Diagramm 74' eingetragen
ist eine maximale Schaltdrehzahl 86' bei welcher ein Runterschalten
durchgeführt wird. Eine Linie 82' gibt wiederum
einen Betrag der Versetzung der Schaltdrehzahl wider. Ebenso stellt
ein schraffierter Bereich 84' einen Bereich dar, in welchem
die Ganganforderung 73 bzw. die Ganganforderung des weiteren,
in der 2 nicht dargestellten Teils des Verfahrens berücksichtigt
wird und diese also eine Schaltdrehzahl und damit einen Schaltpunkt
bestimmt.
-
Ebenso
ist in dem Diagramm 74' eine Kickdown-Schaltdrehzahl 88 eingetragen,
welche bei einem Kickdown des Fahrpedals hohe Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine
zulässt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 2008/012001
A1 [0002]
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