DE102010028936A1

DE102010028936A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs

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Publication number: DE102010028936A1
Application number: DE102010028936A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kaltenbach Johannes
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2010-05-12
Publication date: 2011-11-17
Also published as: US8825337B2; CN102892656A; CN102892656B; EP2569195A1; WO2011141233A1; US20130060411A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs mit einem zumindest eine elektrische Maschine (2) und einen Verbrennungsmotor (1) umfassenden Antriebsaggregat, wobei zwischen den Verbrennungsmotor (1) und einen Abtrieb (4) ein automatisiertes Schaltgetriebe geschaltet ist, wobei die elektrische Maschine (2) über eine Reibkupplung (5) an eine Welle des Schaltgetriebes gekoppelt ist, und wobei in dem Schaltgetriebe unter Unterbrechung des vom Antriebsaggregat am Abtrieb (4) bereitgestellten Antriebsmoments Schaltungen derart ausgeführt werden, dass zunächst das am Abtrieb (4) bereitgestellte Antriebsmoment abgebaut, anschließend die eigentliche Schaltung ausgeführt und darauffolgend am Abtrieb (4) Antriebsmoment wieder aufgebaut wird, wobei zum Ausführen der eigentlichen Schaltung nach einem Gangauslegen eines Ist-Gangs der Schaltung und vor einem Gangeinlegen eines Ziel-Gangs der Schaltung die Welle des Schaltgetriebes (3), an welche die elektrische Maschine (2) über die Reibkupplung (5) gekoppelt ist, unter Ausnutzen einer Schwungmasse der elektrischen Maschine (5) synchronisiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe. Das Getriebe wandelt Drehzahlen und Drehmomente und stellt so ein Zugkraftangebot des Antriebsaggregats an einem Abtrieb des Antriebsstrangs bereit. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, dessen Antriebsaggregat zumindest eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor umfasst. Zwischen den Verbrennungsmotor und einen Abtrieb ist ein automatisiertes Schaltgetriebe geschaltet. Die elektrische Maschine ist über eine Reibkupplung an eine Welle des automatisierten Schaltgetriebes gekoppelt.
In dem automatisierten Schaltgetriebe werden unter Unterbrechung des vom Antriebsaggregat an dem Abtrieb bereitgestellten Antriebsmoments Schaltungen ausgeführt, nämlich derart, dass zunächst in einer ersten Phase das am Abtrieb bereitgestellte Antriebsmoment abgebaut, anschließend in einer zweiten Phase die eigentliche Schaltung ausgeführt und darauffolgend in einer dritten Phase am Abtrieb Antriebsmoment wieder aufgebaut wird. Die Ausführung der eigentlichen Schaltung bzw. des eigentlichen Gangwechsels im automatisierten Schaltgetriebe untergliedert sich in mehrere Teilphasen, nämlich in eine erste Teilphase, in welcher der Ist-Gang der auszuführenden Schaltung ausgelegt wird, in eine zweite Teilphase, in welcher eine Getriebewelle des automatisierten Schaltgetriebes synchronisiert wird, und in eine dritte Teilphase, in welcher nach der Synchronisierung der jeweiligen Getriebewelle der Ziel-Gang der auszuführenden Schaltung bzw. des auszuführenden Gangwechsels eingelegt wird.
Nach der Praxis erfolgt die Synchronisierung der zu synchronisierenden Getriebewelle über Synchronringe. Dabei können relativ lange Schaltzeiten auftreten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zum Ausführen der eigentliche Schaltung nach einem Gangauslegen eines Ist-Gangs der Schaltung und vor einem Gangeinlegen eines Ziel-Gangs der Schaltung die Welle des automatisierten Schaltgetriebes, an welche die elektrische Maschine über die Reibkupplung gekoppelt ist, unter Ausnutzen einer Schwungmasse der elektrischen Maschine synchronisiert.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zur Synchronisierung der zu synchronisierenden Getriebewelle ein Schwungmassenmoment der elektrischen Maschine zu nutzen. Nach dem Auslegen des Ist-Gangs und vor dem Einlegen des Ziel-Gangs der auszuführenden Schaltung wird die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes einer Schwungsynchronisierung unterzogen. Hierdurch ist es möglich, auf Synchronringe zu verzichten. Hierdurch kann einerseits der Aufbau des automatisierten Schaltgetriebes vereinfacht werden, andererseits kann eine Verkürzung von Schaltzeiten und Zugkraftunterbrechungen realisiert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein Blockschaltbild eines ersten Antriebsstrangs zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein Blockschaltbild eines zweiten Antriebsstrangs zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 ein Blockschaltbild eines dritten Antriebsstrangs zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 Diagramme zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, nämlich eines Hybridfahrzeugs.
1 zeigt ein erstes Antriebsstrangschema eines Hybridfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann. So verfügt der Antriebsstrang der 1 über einen Verbrennungsmotor 1, eine elektrische Maschine 2, ein automatisiertes Schaltgetriebe 3 sowie einen Abtrieb 4, wobei das automatisierte Schaltgetriebe 3 zwischen den Verbrennungsmotor 1 und den Abtrieb 4 geschaltet ist. Ebenso ist das automatisierte Schaltgetriebe 3 zwischen die elektrische Maschine 2 und den Abtrieb 4 geschaltet.
In 1 greifen sowohl der Verbrennungsmotor 1 als auch die elektrische Maschine 2 des Antriebsaggregats an einer Getriebeeingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes 3 an. Gemäß 1 greift die elektrische Maschine 2 an der Getriebeeingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes 3 über eine Reibkupplung 5 an. Der Verbrennungsmotor 1 greift an der Getriebeeingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes 3 über eine Kupplung 6 an.
Dann, wenn die Reibkupplung 5 geöffnet ist, ist die elektrische Maschine 2 vom Abtrieb 4 abgekoppelt. Dann, wenn die Kupplung 6 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 1 vom Abtrieb 4 abgekoppelt.
Beim Antriebsstrang, der im Sinne der hier vorliegenden Erfindung betrieben werden soll, ist demnach die elektrische Maschine 2 durch Öffnen der Reibkupplung 5 vom Abtrieb 4 abkoppelbar, und zwar auch dann, wenn der Verbrennungsmotor 1 bei geschlossener Kupplung 6 an den Abtrieb 4 angekoppelt ist. Ebenso kann bei geöffneter Kupplung 6 der Verbrennungsmotor 1 vom Abtrieb 4 abgekoppelt und die elektrische Maschine 2 bei geschlossener Reibkupplung 5 an den Abtrieb 4 angekoppelt sein.
Wie bereits ausgeführt, handelt es sich beim Getriebe 3 um ein automatisiertes Schaltgetriebe. In dem automatisierten Schaltgetriebe 3 werden Schaltungen bzw. Gangwechsel unter Unterbrechung des vom Antriebsaggregat am Abtrieb 4 bereitgestellten Antriebsmoments ausgeführt. Hierzu wird gemäß 4 in drei Phasen so vorgegangen, dass zunächst während einer ersten Phase zwischen den Zeitpunkten t1 und t4 das am Abtrieb 4 anliegende und vom Abtriebsaggregat bereitgestellte Antriebsmoment M_AB abgebaut wird, darauffolgend in einer zweiten Phase zwischen den Zeitpunkten t4 und t7 der eigentliche Gangwechsel ausgeführt wird, und anschließend in einer dritten Phase zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 am Abtrieb 4 Antriebsmoment M_AB wieder aufgebaut wird.
In der zweiten Phase wird zur Ausführung des eigentlichen Gangwechsels bzw. der eigentlichen Schaltung zunächst ein Ist-Gang der auszuführenden Schaltung ausgelegt, nämlich in 4 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5, wobei nachfolgend zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 die Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3, an welche die elektrische Maschine 2 über die Kupplung 5 gekoppelt bzw. koppelbar ist, unter Ausnutzen der Schwungmasse der elektrischen Maschine 2 synchronisiert wird, um anschließend an die Schwungsynchronisierung dieser Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3 zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 den Ziel-Gang der auszuführenden Schaltung bzw. des auszuführenden Gangwechsels einzulegen.
Diesbezügliche Details werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 in größerem Detail beschrieben, wobei in 4 über der Zeit t mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt sind, nämlich ein zeitlicher Kurvenverlauf eines vom Verbrennungsmotor 1 bereitgestellten Moments M_VM, ein zeitlicher Kurvenverlauf eines von der elektrischen Maschine 2 bereitgestellten Moments M_EM sowie zeitliche Kurvenverläufe einer Drehzahl n_EM-HS und n_EM-RS der elektrischen Maschine 2 und einer Drehzahl n_GE-HS und f_GE-RS der Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3, an welche die elektrische Maschine 2 über die Reibkupplung 5 gekoppelt bzw. koppelbar ist, und zwar sowohl für eine Hochschaltung HS als auch für eine Rückschaltung RS.
In 4 wird ein Fall betrachtet, in welchem vor dem Zeitpunkt t1 der Antriebsstrang in einer Hybridfahrt betrieben wird, wobei gemäß 4 bei dieser Hybridfahrt der Verbrennungsmotor 1 am Abtrieb 4 ein positives Antriebsmoment M_VM bereitstellt, wohingegen die elektrische Maschine 2 ein negatives Antriebsmoment M_EM am Abtrieb 4 bereitstellt.
Zum Zeitpunkt t1 wird mit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens begonnen, wobei der Zeitpunkt t1 zum Beispiel dann vorliegt, wenn ein Fahrer entweder eine Schaltung auslöst oder wenn eine Schaltstrategie des automatisierten Schaltgetriebes 3 eine bevorstehende Schaltung erkennt. Eine bevorstehende Schaltung kann von einer Getriebesteuerungseinrichtung steuerungsseitig zum Beispiel dadurch erkannt werden, dass ein Fahrerwunsch, ein zeitlicher Gradient einer Getriebeausgangsdrehzahl sowie ein zeitlicher Gradient einer Getriebeeingangsdrehzahl ausgewertet werden.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird zunächst das von der elektrischen Maschine 2 am Abtrieb 4 bereitgestellte Antriebsmoment M_EM abgebaut, und zwar gemäß 2 unter entsprechender Anpassung des vom Verbrennungsmotor 1 am Abtrieb 4 bereitgestellten Antriebsmoments M_VM.
So kann 4 entnommen werden, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 das generatorische Moment M_EM der elektrischen Maschine 2 auf Null reduziert wird, wobei das von dem Verbrennungsmotor 1 bereitgestellte Antriebsmoment M_VM um den Betrag des zuvor wirksamen generatorischen Moments M_EM der elektrischen Maschine 2 reduziert wird.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, zwischen welchen also ein Lastabbau an der elektrischen Maschine 2 unter Lastübernahme durch den Verbrennungsmotor 1 erfolgt, wird gleichzeitig die Reibkupplung 5, über welche die elektrische Maschine 2 an die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3, nämlich im Ausführungsbeispiel der 1 an die Getriebeeingangswelle, gekoppelt ist, geöffnet, sodass zum Zeitpunkt t2 diese Reibkupplung 5 vollständig geöffnet ist.
Dann, wenn diese Reibkupplung 5 vollständig geöffnet ist, wird nachfolgend beginnend mit dem Zeitpunkt t2 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 auf eine Vorbereitungsdrehzahl n_VOR gebracht, wobei erst dann, wenn die Drehzahl n_EM auf die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR gebracht wurde, auch das vom Verbrennungsmotor 1 bereitgestellte Antriebsmoment M_VM abgebaut wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 4 erreicht die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR-HS bzw. n_VOR-RS sowohl bei Ausführung der Hochschaltung HS als auch bei Ausführung der Rückschaltung RS zum Zeitpunkt t3, sodass in 4 beginnend mit dem Zeitpunkt t3 das vom Verbrennungsmotor 1 am Abtrieb 4 bereitgestellte Antriebsmoment n_VM abgebaut wird, nämlich zwischen den Zeitpunkten t3 und t4, sodass zum Zeitpunkt t4 der Momentabbau vollständig abgeschlossen ist und am Abtrieb 4 kein Antriebsmoment mehr anliegt.
Mit dem Abbau des vom Verbrennungsmotor 1 am Abtrieb 4 bereitgestellten Antriebsmoments M_VM wird demnach zum Zeitpunkt t3 erst dann begonnen, wenn die Drehzahl n_EM-HS bzw. n_EM-RS der elektrischen Maschine 2 auf die jeweilige Vorbereitungsdrehzahl n_VOR-HS bzw. n_VOR-RS gebracht, nämlich bei einer Hochschaltung HS abgesenkt und bei einer Rückschaltung RS angehoben, wurde. Dies kann drehzahlgesteuert oder zeitgesteuert erfolgen.
Dann, wenn die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 auf die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR drehzahlgesteuert gebracht wird, wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 ermittelt und mit einem entsprechenden Grenzwert verglichen. Dann, wenn die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 diesen Grenzwert, welcher der Vorbereitungsdrehzahl entspricht, erreicht oder bei einer Hochschaltung HS unterschreitet bzw. bei einer Rückschaltung RS überschreitet, kann nachfolgend mit dem Abbau der vom Verbrennungsmotor 1 am Abtrieb 4 bereitgestellten Antriebsmoment M_VM begonnen werden.
Alternativ ist es auch möglich, die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 zeitgesteuert auf die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR zu bringen. Bei einem solchen zeitgesteuerten Anheben oder Absenken der Drehzahl n_EM auf die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR wird so vorgegangen, dass laufend eine Restzeit berechnet bzw. ermittelt wird, bis die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 eine bei einer Rückschaltung RS oberhalb der Vorbereitungsdrehzahl n_VOR-RS liegende Schwungdrehzahl n_SCHWUNG-RS eine bei einer Hochschaltung HS unterhalb der Vorbereitungsdrehzahl n_VOR-HS liegende Schwungdrehzahl n_SCHWUNG-HS erreicht. In 4 erreicht die Drehzahl n_EM sowohl bei der Ausführung einer Hochschaltung HS als auch bei der Ausführung einer Rückschaltung RS die entsprechende Schwungdrehzahl n_SCHWUNG zum Zeitpunkt t5.
Nachfolgend an den Zeitpunkt t5, also anschließend an das Erreichen der Schwungdrehzahl n_Schwung, erfolgt zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 die Schwungsynchronisierung der zu synchronisierenden Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3.
Die ermittelte Restzeit wird mit einem Grenzwert verglichen, wobei dieser Grenzwert der Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 entspricht.
Der Grenzwert, mit dem die ermittelte Restzeit verglichen wird, entspricht also der Zeit, die zum Lastabbau am Verbrennungsmotor 1 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 und zum Gangauslegen des Ist-Gangs der auszuführenden Schaltung zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 benötigt wird.
Die Restzeit, die beim zeitgesteuerten Anheben oder Absenken der Drehzahl n_EM auf die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR ermittelt und mit dem Grenzwert verglichen wird, ergibt sich aus dem zeitlichen Gradienten der Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 und dem erwarteten Momentverlauf der elektrischen Maschine 2, nämlich aus dem von der elektrischen Maschine 2 maximal bereitstellbaren Moment Dieses von der elektrischen Maschine 2 zum Beschleunigen derselben bereitstellbare, maximale Moment hängt von der Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 und von der Leistungsfähigkeit bzw. vom Ladezustand des mit der elektrischen Maschine 2 zusammenwirkenden, elektrischen Energiespeichers ab.
Dann, wenn die elektrische Maschine 2 die Vorbereitungsdrehzahl n_VOR erreicht hat, was in 4 zum Zeitpunkt t3 der Fall ist, wird nachfolgend, wie bereits ausgeführt, zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 am Verbrennungsmotor 1 der Lastabbau ausgeführt, wobei gleichzeitig die Kupplung 6 geöffnet wird, sodass zum Zeitpunkt t4 die Kupplung 6 vollständig geöffnet und der Verbrennungsmotor 1 vom Abtrieb 4 abgekoppelt ist.
Bei geöffneter Kupplung 5 und geöffneter Kupplung 6 wird nachfolgend zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 bei einer Hochschaltung HS weiter abgesenkt und bei einer Rückschaltung RS weiter angehoben, nämlich in Richtung auf die bei einer Rückschaltung RS oberhalb der Vorbereitungsdrehzahl n_VOR-RS oder bei einer Hochschaltung HS unterhalb der Vorbereitungsdrehzahl n_VOR-HS liegende Schwungdrehzahl n_SHWUNG-RS bzw. n_SHWUNG-HS.
Dann, wenn die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2 die Schwungdrehzahl n_SHWUNG erreicht hat, was in 4 zum Zeitpunkt t5 der Fall ist, wird nachfolgend die Reibkupplung 5, über welche die elektrische Maschine 2 an das automatisierte Schaltgetriebe 3 gekoppelt bzw. koppelbar ist, geschlossen wird, um zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 die Schwungsynchronisierung der zu synchronisierenden Welle des Getriebes 3 durchzuführen. Dabei wird die Reibkupplung 5 möglichst schnell geschlossen.
Auf Grund der Trägheitsmasse der elektrischen Maschine 2 sowie der auf die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3 bezogene Trägheitsmasse des Getriebes 3 stellt sich zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 eine Drehzahl ein, die der Synchrondrehzahl des Ziel-Gangs der auszuführenden Schaltung entspricht.
Wie bereits ausgeführt, wird zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 zur Schwungsynchronisierung die Reibkupplung 5 geschlossen, wobei es hierbei möglich ist, während des Schließens der Kupplung 5 über die elektrische Maschine 2 ein Moment aufzubringen, um so bereits im Schlupfbetrieb der Kupplung 5 die sich ausbildende Synchrondrehzahl zu beeinflussen. Diese Beeinflussung durch Aufbringen eines Moments über die elektrische Maschine 2 während des Schließens der Reibkupplung 5 erfolgt vorzugsweise abhängig von einem gemessenen Drehzahlverlauf der Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 2.
Dann, wenn zum Zeitpunkt t6 die Schwungsynchronisierung der Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3, an welche die elektrische Maschine 2 über die Reibkupplung 5 gekoppelt bzw. koppelbar ist, abgeschlossen ist, wird zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 der Ziel-Gang der auszuführenden Schaltung eingelegt und anschließend beginnend mit dem Zeitpunkt t7 zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 ein Lastaufbau am Verbrennungsmotor 1 durchgeführt, nämlich bei gleichzeitigem Schließen der Kupplung 6.
Zwischen den Zeitpunkten t6 und t7, also dann, wenn der Ziel-Gang der auszuführenden Schaltung eingelegt wird, kann bereits dann, wenn aufgrund des Drehzahlverlaufs einer abtriebsseitigen Drehzahl des automatisierten Schaltgetriebes 3 eine nächste Schaltung vorhersehbar ist, parallel zum Einlegen des neuen Gangs ein an der elektrischen Maschine 2 eventuell vorhandenes Moment abgebaut und die Reibkupplung 5 wieder geöffnet werden, um anschließend die elektrische Maschine 2 wieder auf eine Drehzahl zu bringen, die der für die Folgeschaltung benötigten Schwungdrehzahl entspricht.
Dann, wenn zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 der Ist-Gang der auszuführenden Schaltung ausgelegt wird, kann gleichzeitig zum Gangauslegen der Verbrennungsmotor 1 auf die Synchrondrehzahl der Schaltung gebracht werden.
Die Schwungdrehzahl n_SCHWUNG, auf welche die elektrische Maschine 2 gebracht wird, wird vorzugsweise rechnerisch ermittelt, und zwar unter Verwendung der folgenden Gleichung:
wobei J_EM die Massenträgheit der elektrischen Maschine ist, wobei J_GE die getriebeeingangsseitige Massenträgheit bezogen auf die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes ist, wobei n_GE-IST die Eingangsdrehzahl der zu synchronisierenden Welle des automatisierten Schaltgetriebes im Ist-Gang der Schaltung ist, und wobei n_GE-ZIEL die Eingangsdrehzahl der zu synchronisierenden Welle des automatisierten Schaltgetriebes im Ziel-Gang der Schaltung ist.
Die Berechnung der Schwungdrehzahl n_SCHWUNG kann dadurch verbessert werden, dass zusätzlich die Schwungenergie berücksichtigt wird, die im Schlupfbetrieb der Reibkupplung 5, über welche die elektrische Maschine 2 an die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3 gekoppelt bzw. koppelbar ist, verloren geht.
Eine weitere Verbesserung in der Ermittlung der Schwungdrehzahl n_SCHWUNG kann dadurch bewirkt werden, wenn Reibmomente, die bremsend wirken, berücksichtigt werden. Bei einer auszuführenden Hochschaltung wird in Folge von Reibung weniger Schwungenergie benötigt als bei vernachlässigter Reibung. Bei einer Rückschaltung hingegen wird auf Grundlage einer Reibung mehr Schwungenergie benötigt als bei vernachlässigter Reibung.
Ferner kann bei Ermittlung der Schwungdrehzahl n_SCHWUNG ein von der elektrischen Maschine 2 elektrisch bereitstellbares Moment berücksichtigt werden, welches zur Synchronisierung der zu synchronisierenden Welle des automatisierten Schaltgetriebes 3 von der elektrischen Maschine 2 bereitgestellt werden kann, um im Schlupfbetrieb der Reibkupplung 5 über die elektrische Maschine 2 unterstützend einzugreifen. Bei einer Hochschaltung HS kann so die Schwungdrehzahl angehoben und bei einer Rückschaltung RS abgesenkt werden.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der hier vorliegenden Erfindung kann eine Adaption für die Schwungdrehzahl n_SCHWUNG erfolgen. Dann, wenn im Anschluss an das Schließen der Reibkupplung 5, welches zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 erfolgt, eine Synchrondrehzahl für den Ziel-Gang der auszuführenden Schaltung nicht erreicht wird, kann in diesem Zusammenhang die Schwungdrehzahl n_SCHWUNG adaptiv angepasst werden, nämlich derart, dass dann, wenn die Synchrondrehzahl überschritten wurde, die Schwungdrehzahl mit einem negativen Offset-Wert korrigiert Dann hingegen, wenn die Synchrondrehzahl des Ziel-Gangs unterschritten wurde, wird die Schwungdrehzahl mit einem positiven Offset-Wert korrigiert. Diese Offset-Werte sind abhängig von der auszuführenden Schaltung, insbesondere abhängig vom Ziel-Gang der auszuführenden Schaltung.
Bei der Reibkupplung 5, über welche die elektrische Maschine 2 an das automatisierte Schaltgetriebe 3 ankoppelbar ist, handelt es sich vorzugsweise um eine Reibkupplung, die im Normalfall, d. h. im nicht angesteuerten. Fall, federbeaufschlagt geschlossen ist und entgegen der Federkraft des Federelements geöffnet werden kann. In diesem Fall ist dann ein schnelles Schließen der Reibkupplung 5 möglich, wobei es ausreichend ist, wenn die Reibkupplung 5 zwischen zwei Zuständen, nämlich zwischen einem geöffneten Zustand und einem geschlossenen Zustand, überführt werden kann. Es ist nicht erforderlich, dass die Reibkupplung 5 regelbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur im Antriebsstrang der 1 einsetzbar, sondern vielmehr auch bei den Antriebssträngen der 2 und 3.
Beim Antriebsstrang der 2 ist die elektrische Maschine 2 ebenso wie beim Antriebsstrang der 1 an eine Getriebeeingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes 3 über eine Reibkupplung 5 ankoppelbar, wobei in 2 zwischen die Reibkupplung 5 und die elektrische Maschine 2 eine Konstantübersetzung 10 geschaltet ist.
Bei diesem Antriebsstrang der 2 kann das Verfahren auf analoge Art und Weise ausgeführt werden, wie dies für den Antriebsstrang der 1 oben beschrieben wurde, wobei es sich für den Antriebsstrang der 2 bei der Drehzahl n_EM um die Drehzahl handelt, welche abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 von der Konstantübersetzung 10 bereitgestellt wird, welche also an der Reibkupplung 5 antriebsseitig anliegt.
Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einem als Gruppenschaltgetriebe ausgebildeten, automatisieren Schaltgetriebe einsetzbar, welches, wie 3 zeigt, eine Vorschaltgruppe 7, ein Hauptgetriebe 8 und eine Nachschaltgruppe 9 umfasst. Ein Gruppenschaltgetriebe kann neben dem Hauptgetriebe 8 auch ausschließlich eine Vorschaltgruppe 7 oder ausschließlich eine Nachschaltgruppe 9 umfassen.
In 3 ist die elektrische Maschine 2 über eine Reibkupplung 5 an eine Vorgelegewelle des als Gruppenschaltgetriebe ausgebildeten, automatisierten Schaltgetriebes 3 koppelbar, wohingegen der Verbrennungsmotor 1 über die Kupplung 6 an die Eingangswelle des Gruppenschaltgetriebes 3 gekoppelt ist. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist die elektrische Maschine 2 über die Reibkupplung 5 an die Vorschaltgruppe 7 gekoppelt, nämlich ein Losrad der Vorschaltgruppe 7, welches mit einem auf der Vorgelegewelle gelagerten Festrad in Eingriff steht und mit demselben eine Übersetzungsstufe ausbildet.
Beim Antriebsstrang der 3 erfolgt die Synchronisierung der Vorgelegewelle des Gruppengetriebes 3 über die elektrische Maschine 2 auf analoge Art und Weise wie im Ausführungsbeispiel der 1, in welchem über die elektrische Maschine 2 die Getriebeeingangswelle des automatisierten Schaltgetriebes 3 synchronisiert wurde.
Im Ausführungsbeispiel der 3 handelt es sich bei der Drehzahl n_GE nicht um die Drehzahl der Getriebeeingangswelle, sondern vielmehr um die Drehzahl der zu synchronisierenden Vorgelegewelle.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 3 ist es auch möglich, dass die elektrische Maschine 2 jeweils über die Reibkupplung 5 in ein Losrad des Hauptgetriebes 8 oder direkt an die Vorgelegewelle gekoppelt ist.
Unter Ausnutzung der Erfindung kann bei Gruppengetrieben auf eine sonst üblicherweise vorhandene Getriebebremse verzichtet werden. Es sind gleichzeitige Schaltungen im Hauptgetriebe 8 und in der Vorschaltgruppe 7 möglich. Auch bei Gruppengetrieben kann eine benötigte Schaltzeit verkürzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: elektrische Maschine
3: Getriebe
4: Abtrieb
5: Kupplung
6: Kupplung
7: Vorschaltgruppe
8: Hauptgetriebe
9: Nachschaltgruppe
10: Konstantübersetzung

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einem zumindest eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor umfassenden Antriebsaggregat, wobei zwischen den Verbrennungsmotor und einen Abtrieb ein automatisiertes Schaltgetriebe geschaltet ist, wobei die elektrische Maschine über eine Reibkupplung an eine Welle des automatisierten Schaltgetriebes gekoppelt ist, und wobei in dem automatisierten Schaltgetriebe unter Unterbrechung des vom Antriebsaggregat an dem Abtrieb bereitgestellten Antriebsmoments Schaltungen derart ausgeführt werden, dass zunächst in einer ersten Phase das am Abtrieb bereitgestellte Antriebsmoment abgebaut, anschließend in einer zweiten Phase nach Abbau des Antriebsmoments die eigentliche Schaltung ausgeführt und darauffolgend in einer dritten Phase nach Ausführung der eigentlichen Schaltung am Abtrieb Antriebsmoment wieder aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausführen der eigentlichen Schaltung nach einem Gangauslegen eines Ist-Gangs der Schaltung und vor einem Gangeinlegen eines Ziel-Gangs der Schaltung die Welle des automatisierten Schaltgetriebes, an welche die elektrische Maschine über die Reibkupplung gekoppelt ist, unter Ausnutzen einer Schwungmasse der elektrischen Maschine synchronisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das von der elektrischen Maschine am Abtrieb bereitgestellte Antriebsmoment unter Anpassung des vom Verbrennungsmotor am Abtrieb bereitgestellten Antriebsmoments abgebaut wird, dass darauffolgend dann, wenn die Reibkupplung, über welche die elektrische Maschine an die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes gekoppelt ist, geöffnet ist, die Drehzahl der elektrischen Maschine auf eine Vorbereitungsdrehzahl gebracht wird, und dass anschließend auch das von dem Verbrennungsmotor am Abtrieb bereitgestellte Antriebsmoment abgebaut wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abbau des vom Verbrennungsmotor am Abtrieb bereitgestellten Antriebsmoments erst dann begonnen wird, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Vorbereitungsdrehzahl drehzahlgesteuert gebracht wurde, wozu die Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt und mit einem Grenzwert verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abbau des vom Verbrennungsmotor am Abtrieb bereitgestellten Antriebsmoments erst dann begonnen wird, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Vorbereitungsdrehzahl zeitgesteuert gebracht wurde, wozu eine Restzeit ermittelt wird, bis die Drehzahl der elektrischen Maschine eine bei einer Rückschaltung oberhalb der Vorbereitungsdrehzahl liegende Schwungdrehzahl oder bei einer Hochschaltung unterhalb der Vorbereitungsdrehzahl liegende Schwungdrehzahl erreicht, wobei die Restzeit mit einem Grenzwert verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn auch das von dem Verbrennungsmotor am Abtrieb bereitgestellte Antriebsmoment abgebaut ist, der Ist-Gang der Schaltung ausgelegt wird, wobei gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Gangauslegen des Ist-Gangs der Schaltung die elektrische Maschine auf eine bei einer Rückschaltung oberhalb der Vorbereitungsdrehzahl liegende Schwungdrehzahl oder bei einer Hochschaltung unterhalb der Vorbereitungsdrehzahl liegende Schwungdrehzahl gebracht wird, und wobei dann, wenn die elektrische Maschine die Schwungdrehzahl erreicht oder überschreitet bzw. unterschreitet, die Reibkupplung, über welche die elektrische Maschine an die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes gekoppelt ist, zur Schwungsynchronisierung der zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit oder unmittelbar nach dem Gangauslegen des Ist-Gangs der Schaltung der Verbrennungsmotor auf eine Synchrondrehzahl des Ziel-Gangs gebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Schwungdrehzahl unter Verwendung folgender Formel rechnerisch ermittelt wird:
wobei J_EM die Massenträgheit der elektrischen Maschine ist, wobei J_GE die getriebeeingangsseitige Massenträgheit bezogen auf die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes ist, wobei n_GE-IST die Eingangsdrehzahl der zu synchronisierenden Welle des automatisierten Schaltgetriebes im Ist-Gang der Schaltung ist, und wobei n_GE-ZIEL die Eingangsdrehzahl der zu synchronisierenden Welle des automatisierten Schaltgetriebes im Ziel-Gang der Schaltung ist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der definierten Schwungdrehzahl weiterhin eine Schwungenergie berücksichtigt wird, die beim Schlupfen der Reibkupplung, über welche die elektrische Maschine an die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes gekoppelt ist, verloren geht.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der definierten Schwungdrehzahl weiterhin Reibmomente berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der definierten Schwungdrehzahl weiterhin ein von der elektrischen Maschine zur Synchronisation der zu synchronisierenden Welle elektrisch bereitstellbares Moment berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn im Anschluss an das Schließen der Reibkupplung, über welche die elektrische Maschine an die zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes gekoppelt ist, eine Synchrondrehzahl nicht erreicht wird, die Schwungdrehzahl adaptiv angepasst wird, nämlich derart, dass dann, wenn die Synchrondrehzahl überschritten wurde, ein negativer Offset-Wert für die Schwungdrehzahl verwendet wird, wohingegen dann, die Synchrondrehzahl unterschritten wurde, ein positiver Offset-Wert für die Schwungdrehzahl verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als zu synchronisierende Welle des automatisierten Schaltgetriebes eine Getriebeeingangswelle synchronisiert wird, an welche auch der Verbrennungsmotor insbesondere über eine Kupplung gekoppelt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als zu synchronisierende Weile des automatisierten Schaltgetriebes eine Vorgelegewelle eines automatisierten Gruppenschaltgetriebes synchronisiert wird, wobei der Verbrennungsmotor an eine Getriebeeingangswelle des automatisierten Gruppenschaltgetriebes insbesondere über eine Kupplung gekoppelt ist.