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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug, der eine elektrische Maschine zur Bereitstellung von Antriebsleitung und ein Stufengetriebe mit einer Mehrzahl von Gangstufen aufweist, die mittels jeweiliger Synchron-Schaltkupplungen ein- und auslegbar sind, wobei die elektrische Maschine mit einem Eingang des Stufengetriebes verbunden oder mittels einer Koppeleinrichtung verbindbar ist und wobei zur Durchführung eines Gangwechsels eine Synchronisierung von Drehzahlen an einer Synchron-Schaltkupplung einer Zielgangstufe erfolgt, wobei zum Synchronisieren der Drehzahlen an der Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe sowohl ein Synchronisierungsmoment durch die elektrische Maschine als auch ein Synchronisierungsmoment durch die Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe aufgebracht wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung zur Ansteuerung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein derartiges Verfahren durchzuführen.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine und einem Stufengetriebe, das eine Mehrzahl von Gangstufen aufweist, die mittels jeweiliger Synchron-Schaltkupplungen ein und auslegbar sind, wobei die elektrische Maschine mit einem Eingang des Stufengetriebes verbunden oder mittels einer Koppeleinrichtung verbindbar ist, und mit einer Steuereinrichtung der genannten Art.
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Herkömmliche Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge weisen als Antriebsmotor einen Verbrennungsmotor auf, der über eine Anfahr- und Trennkupplung mit einem Stufengetriebe verbunden ist. Die notwendige Drehzahlsynchronisation bei Gangwechseln erfolgt über als Reibkupplung wirkende Synchronbeläge der jeweiligen Synchron-Schaltkupplungen. Die Synchronisierungsleistung ist unter anderem von der Größe der anzupassenden Drehzahldifferenz und von den Massen der drehzahlmäßig anzugleichenden Komponenten (Wellen, Zahnräder etc.) abhängig. Ferner ist die Synchronisierungsleistung davon abhängig, wie schnell die Drehzahlangleichung erfolgt.
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In automatisierten Antriebssträngen, die beispielsweise ein Doppelkupplungsgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe aufweisen, werden die Synchron-Schaltkupplungen durch Aktuatoren betätigt, die zur Durchführung schneller Gangwechsel eine schnelle Drehzahlangleichung erzielen. Demzufolge sind bei derartigen Getrieben die Synchron-Schaltkupplungen entsprechend zu dimensionieren.
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Seit einigen Jahren werden zudem elektrische Maschinen als Antriebsmotoren für Kraftfahrzeuge verwendet. Dabei können die elektrischen Maschinen die einzige Antriebseinheit sein (Elektrofahrzeug). Alternativ hierzu können eine oder mehrere elektrische Maschinen mit einem anderen Antriebsmotor (bzw. Verbrennungsmotor) kombiniert werden, um einen Hybrid-Antriebsstrang zu bilden.
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Bei Hybrid-Antriebssträngen sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, eine elektrische Maschine in einen Antriebsstrang zu integrieren. Bei einer Version, die insbesondere für Doppelkupplungsgetriebe besonders geeignet ist, ist eine solche elektrische Maschine mit einem Eingang eines Teilgetriebes eines solchen Doppelkupplungsgetriebes verbunden oder über eine Koppeleinrichtung verbindbar.
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Auch bei Elektrofahrzeugen ist es bekannt, die als Antriebsmotor arbeitende elektrische Maschine über ein mehrstufiges Getriebe mit angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges zu verbinden.
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Die Anbindung der elektrischen Maschine am Eingang eines solchen Stufengetriebes führt dazu, dass die Synchron-Schaltkupplungen beim Gangwechsel stärker belastet werden.
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Aus dem Dokument
DE 42 02 083 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem eine Drehstrommaschine über eine Vorgelegewelle eines Schaltgetriebes an einen konventionellen, verbrennungsmotorischen Antriebsstrang gekoppelt ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Drehstrommaschine als Synchronisationshilfe zum Gangwechsel dienen kann, indem während eines Schaltvorganges die Vorgelegewelle in geeigneter Weise beschleunigt wird.
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Aus dem Dokument
DE 195 30 231 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor als Antriebe bekannt, wobei die Antriebe gleichzeitig oder alternierend auf die Antriebswelle oder Vorgelegewelle eines mit schaltbaren Zahnrädern mit Synchronkupplungen zum Schalten mehrerer Gänge versehenen Geschwindigkeits-Wechselgetriebes wirken, wobei zur Erzielung komfortabler Gangwechsel bei geringem steuerungstechnischem Aufwand der Elektromotor über eine formschlüssige Kupplung mit der Antriebswelle koppelbar ist.
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Aus dem Dokument
DE 10 2005 002 591 A1 ist ein Verfahren zum Hochschalten eines Parallelschaltgetriebes bekannt, wobei das Parallelschaltgetriebe zwei Eingangswellen aufweist, die über je eine Kupplung mit einer Antriebswelle eines Antriebsmotors koppelbar sind, und eine Ausgangswelle aufweist, die über unterschiedliche Gangradsätze in drehfestem Eingriff mit den Eingangswellen bringbar ist, und wenigstens eine mit einer Eingangswelle drehfest verbindbaren Elektromaschine zur Abgabe eines das Antriebsmoment des Antriebsmotors unterstützenden Boostmoments aufweist, wobei das von der Elektromaschine erzeugte Boostmoment während der Phase, während der die Drehzahl des Antriebsmotors beim Schalten von einem alten Gang in einen neuen, höheren Gang absinkt, zumindest annähernd durch das infolge der Drehzahlabsenkung von dem Antriebsmotor erzeugte Moment ersetzt wird.
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Aus dem Dokument
DE 10 2008 041 565 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Hybridantriebsvorrichtung zumindest zwei unterschiedliche Antriebsaggregate aufweist, die mit wenigstens zwei Antriebssträngen des Kraftfahrzeugs verbindbar sind. Es ist vorgesehen, dass während eines Umkoppelns eines der Antriebsaggregate ein den von dem einen Antriebsaggregat erzeugten Moment im Wesentlichen entsprechendes Ersatzmoment durch zumindest teilweises Schließen einer Kupplung von einem weiteren der Antriebsaggregate bereitgestellt wird.
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Demzufolge ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug sowie eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens und einen Antriebsstrang mit einer derartigen Steuereinrichtung anzugeben, wobei die Synchron-Schaltkupplungen beim Gangwechsel weniger belastet werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstranges für ein Kraftfahrzeug, der eine elektrische Maschine zur Bereitstellung von Antriebsleistung und ein Stufengetriebe mit einer Mehrzahl von Gangstufen aufweist, die mittels jeweiliger Synchron-Schaltkupplungen ein- und auslegbar sind, wobei die elektrische Maschine mit einem Eingang des Stufengetriebes verbunden oder mittels einer Koppeleinrichtung verbindbar ist und wobei zur Durchführung eines Gangwechsels eine Synchronisierung von Drehzahlen an einer Synchron-Schaltkupplung einer Zielgangstufe erfolgt, wobei gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zum Synchronisieren der Drehzahlen an der Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe zunächst eine Vorsynchronisierung mittels der elektrischen Maschine erfolgt, wobei eine Restsynchronisierung erfolgt durch die Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe, und wobei die elektrische Maschine lastlos geschaltet wird, bevor die Restsynchronisierung durch die Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe erfolgt.
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Durch das erfindungsgemäße Ansteuerungsverfahren wird das für eine Drehzahlangleichung an einer Synchron-Schaltkupplung erforderliche Synchronisierungsmoment sowohl von der Synchron-Schaltkupplung als auch von der elektrischen Maschine erzeugt. Hierdurch kann die Synchronbelastung der Synchron-Schaltkupplung verringert werden. Im Gegensatz zu einer rein elektrischen Synchronisierung, die ausschließlich durch die elektrische Maschine erfolgt, kann zudem die zur Drehzahlangleichung erforderliche Maschinenleistung verringert werden.
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Mit anderen Worten können beispielsweise kleiner dimensionierte Synchron-Schaltkupplungen verwendet werden, und/oder die Dauer der Drehzahlanpassung kann verringert werden.
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Zudem kann ein Großteil der Synchronisierungsleistung zunächst durch die elektrische Maschine erbracht werden, so dass die von der Synchron-Schaltkupplung benötigte Synchronleistung zur Restsynchronisierung relativ klein ist. Hierdurch können die erfindungsgemäßen Vorteile weiter optimiert werden.
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Unter einem ”Lastlos”-Schalten der elektrischen Maschine ist zu verstehen, dass diese im Rahmen der durchzuführenden Synchronisierung kein Synchronisierungsmoment mehr aufbringt. Hierdurch kann erreicht werden, dass Verspannungen beim Restsynchronisieren vermieden werden. Synchron-Schaltkupplungen der genannten Art führen eine Synchronisierung häufig durch Konus-Reibkupplungen durch, wobei während der Synchronisierung ein Sperrsynchronisierungsring in Umfangsrichtung verschoben ist und ein Durchschalten (Erzeugen des Formschlusses) an der Synchron-Schaltkupplung verhindert wird. Erst wenn die Drehzahlen angeglichen sind, kann sich dieser Sperrring verdrehen und der Formschluss kann hergestellt. Hierbei durchfährt eine Schaltmuffe häufig eine sogenannte Freiflugphase, bei der kein drehzahlangleichendes Moment mehr aufgebracht wird.
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Dadurch, dass bei der vorliegenden Ausführungsform vermieden wird, dass während der Rest-Synchronisierung und der anschließenden Herstellung des Formschlusses kein Moment mehr von der elektrischen Maschine aufgebracht wird, kann insbesondere verhindert werden, dass die Drehzahlen in der Freiflugphase wieder divergieren. Die Synchron-Schaltkupplung kann hierdurch weiter geschont werden.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der Synchronisierungsmomente durch die elektrische Maschine und die Synchron-Schaltkupplung in einer zeitlich überschneidenden Art und Weise. Dies kann bedeuten, dass das Aufbringen der Synchronisierungsmomente vollständig gleichzeitig erfolgt. Alternativ ist es auch möglich, dass nur eine geringe zeitliche Überschneidung erfolgt, dann beispielsweise, wenn eine Vorsynchronisierung zunächst durch die elektrische Maschine erfolgt, und anschließend eine Restsynchronisierung durch die Synchron-Schaltkupplung.
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Generell ist die vorliegende Erfindung bei allen Arten von Antriebssträngen verwendbar, bei denen eine elektrische Maschine am Eingang eines Stufengetriebes eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges angebunden bzw. anbindbar ist. Der Antriebsstrang kann daher nur die elektrische Maschine als Antriebseinheit aufweisen. Alternativ hierzu kann die elektrische Maschine an den Eingang eines automatisierten Schaltgetriebes angeschlossen sein, oder auch an einen Eingang eines manuellen Schaltgetriebes.
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Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn das Stufengetriebe ein Teilgetriebe eines Doppelkupplungsgetriebes ist und wenn die elektrische Maschine in Leistungsflussrichtung hinter einer Reibkupplung angeordnet ist, die das Teilgetriebe von einem Antriebsmotor (wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor) trennt, wobei das Synchronisieren der Drehzahlen bei geöffneter Reibkupplung erfolgt.
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Bei dieser Ausführungsform können die erfindungsgemäßen Verfahren folglich in einem inaktiven Zweig des Doppelkupplungsgetriebes durchgeführt werden.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges mit einem Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe für ein Kraftfahrzeug;
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2 eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine, die an einen Eingang eines Stufengetriebes angekoppelt ist;
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3 ein Flussdiagramm von Verfahrensschritten zum Durchführen eines Gangwechsels gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung;
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4 ein Diagramm von Drehzahlen, Drehmomenten und Schaltstellungen über der Zeit zur Darstellung des Verfahrens der 3;
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5 ein Flussdiagramm von Verfahrensschritten des Ansteuerverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein Diagramm von Drehzahlen, Drehmomenten sowie Schaltstellungen über der Zeit zur Erläuterung des Verfahrens der 5.
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1 zeigt in schematischer Form einen Antriebsstrang 10 eines Kraftfahrzeuges 11, wobei der Antriebsstrang 10 einen Antriebsmotor 12, wie einen Verbrennungsmotor (oder auch einen Elektromotor oder eine Hybrid-Antriebseinheit), und ein Doppelkupplungsgetriebe 14 aufweist.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet eine Doppelkupplungsanordnung mit einer ersten Reibkupplung 16 und einer zweiten Reibkupplung 18.
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Ferner weist das Doppelkupplungsgetriebe 14 ein erstes Teilgetriebe 20 und ein zweites Teilgetriebe 22 auf. Die erste Reibkupplung 16 und das erste Teilgetriebe 20 bilden einen ersten Zweig, die zweite Reibkupplung 18 und das zweite Teilgetriebe 22 einen zweiten Zweig des Doppelkupplungsgetriebes 14.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 14 weist eine Mehrzahl von Gangstufen auf, wobei die ungeraden Gangstufen dem ersten Teilgetriebe 20 und die geraden Gangstufen dem zweiten Teilgetriebe 22 zugeordnet sind (oder umgekehrt). Das Doppelkupplungsgetriebe 14 kann fünf, sechs, sieben oder mehr Gangstufen besitzen. Die Gangstufen des ersten Teilgetriebes 20 werden mittels jeweiliger Schaltkupplungen ein- und ausgelegt, die in 1 schematisch bei 21 dargestellt sind. In entsprechender Weise werden die Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 22 mittels jeweiliger Schaltkupplungen ein- und ausgelegt.
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Die Schaltkupplungen sind jeweils als Synchron-Schaltkupplungen ausgebildet.
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Zur Betätigung der ersten Reibkupplung 16 ist ein erster Kupplungsaktuator 24 vorgesehen. In entsprechender Weise dient ein zweiter Kupplungsaktuator 26 zur Betätigung der zweiten Reibkupplung 18. Die Kupplungsaktuatoren 24, 26 können hydraulisch oder elektromechanisch ausgebildet sein.
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Zur Betätigung der Schaltkupplungen 21 des ersten Teilgetriebes 20 ist ein erster Getriebeaktuator 28 vorgesehen. Zur Betätigung der Schaltkupplungen des zweiten Teilgetriebes 22 ist ein zweiter Getriebeaktuator 30 vorgesehen. Anstelle von zwei getrennten Getriebeaktuatoren kann auch eine kombinierte Aktuatorik zur Betätigung der Gangstufen beider Teilgetriebe 20, 22 vorgesehen sein. Die Getriebeaktuatoren können dabei hydraulisch oder elektromechanisch ausgebildet sein.
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Ferner ist zur Betätigung des Antriebsmotors 12 ein Motoraktuator 32 vorgesehen, beispielsweise in Form eines elektronischen Gaspedals. Der Motoraktuator 32 ist mit einem Motorsteuergerät 34 verbunden.
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Der Antriebsstrang 10 weist ferner ein Differenzial 36 auf, das mit dem Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes 14 verbunden ist und die Antriebsleistung auf eine rechte und linke Antriebswelle 38L, 38R verteilt.
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Der Antriebsmotor 12 liefert ein Antriebsmoment MAM und dreht mit einer Drehzahl nAM (die in der Regel messbar ist).
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Das dargestellte Layout des Doppelkupplungsgetriebes 14 sowie die dargestellte Sensorik und Aktorik sind lediglich beispielhaft als Grundlage für die Beschreibung der Erfindung zu verstehen. Die nachfolgend erläuterte Erfindung lässt sich dabei sowohl auf Antriebsstränge für den Längs- oder Quereinbau anwenden, sowie auch auf andere Arten von Getrieben, die eingangsseitig eine Reibkupplung aufweisen, die als Anfahr- und/oder Trennkupplung dient, sowie ein einer Schaltkupplung vergleichbares Element.
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Die von dem Antriebsmotor 12 erzeugte Antriebsleistung wird alternativ entweder über die erste Reibkupplung 16 und das erste Teilgetriebe 20 auf die Getriebeausgangswelle oder über die zweite Reibkupplung 18 und das zweite Teilgetriebe 22 auf die Getriebeausgangswelle übertragen. Bei Übertragung von Antriebsleistung über eines der Teilgetriebe (beispielsweise über die Gangstufe 3 im Teilgetriebe 20) ist die Reibkupplung 18 des anderen Zweigs geöffnet, so dass eine benachbarte Gangstufe in dem parallelen (freien) Teilgetriebe 22 bereits eingelegt werden kann. Im Zugbetrieb wird beispielsweise die nächst höhere Gangstufe eingelegt, im Schubbetrieb beispielsweise die nächst niedrigere Gangstufe. Ein Gangwechsel erfolgt dann, indem die zwei Reibkupplungen 16, 18 derart überschneidend betätigt werden, so dass der Gangwechsel unter Last erfolgen kann.
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Der Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges ist in der in 1 dargestellten Ausführungsform als Hybrid-Antriebsstrang ausgebildet. Hierbei ist dem ersten Teilgetriebe 20 eine elektrische Maschine 40 zugeordnet. Genauer gesagt ist die elektrische Maschine 40 fest mit einer Eingangswelle des ersten Teilgetriebes verbunden, bspw. über einen Stirnradsatz. Mit anderen Worten weist eine nicht näher bezeichnete Rotorwelle der elektrischen Maschine 40 eine Drehzahl auf, die proportional ist zu der Drehzahl der Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes 20.
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Die elektrische Maschine 40 wird aus einem nicht näher dargestellten Energiespeicher (bspw. einer Batterie) gespeist und von einem Maschinenaktuator 42 angesteuert. Zu diesem Zweck kann eine entsprechende Leistungselektronik entweder in dem Maschinenaktuator 42 oder zugeordnet zu der elektrischen Maschine 40 vorgesehen sein.
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Die elektrische Maschine ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel dem Teilgetriebe 20 mit den ungeraden Gangstufen zugeordnet. Demzufolge lässt sich bspw. ein Anfahren des Kraftfahrzeuges rein elektrisch über die Gangstufe eins durchführen. Ferner kann bspw. bei einem Fahrbetrieb über das zweite Teilgetriebe 22 eine Rekuperation erfolgen, indem eine der Schaltkupplungen des ersten Teilgetriebes 20 geschlossen wird und die erste Reibkupplung 16 geöffnet bleibt.
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Das Doppelkupplungsgetriebe kann mit nur einer derartigen elektrischen Maschine 40 in einem der Teilgetriebe 20, 22 ausgestattet sein. Alternativ ist es möglich, beiden Teilgetrieben 20, 22 eine elektrische Maschine zuzuordnen. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es möglich, die einzelne elektrische Maschine 40 über eine geeignete Koppeleinrichtung alternativ mit der Getriebeeingangswelle des ersten Teilgetriebes 20 oder mit der Getriebeeingangswelle des zweiten Teilgetriebes 22 zu verbinden.
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In allen Fällen ist es auch denkbar, eine Koppeleinrichtung vorzusehen, mittels der die elektrische Maschine(en) 40 von dem Teilgetriebe 20 (bzw. 22) abkoppelbar ist.
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Bei 44 ist ein Getriebesteuergerät gezeigt, das mit den Kupplungsaktuatoren 24, 26 sowie den Getriebeaktuatoren 28, 30 und mit dem Maschinenaktuator 42 verbunden ist. Ferner steht das Getriebesteuergerät 44 mit dem Motorsteuergerät 34 in Kommunikationsverbindung.
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Die elektrische Maschine 40 gibt ein Drehmoment MEM ab und dreht mit einer Drehzahl nEM. Die elektrische Maschine 40 wird in erster Linie zum Bereitstellen von zusätzlicher Antriebsleistung verwendet. Generell ist auch ein rein elektrisches Fahren möglich. Schließlich kann in bestimmten Fahrsituationen eine Rekuperation erfolgen.
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2 zeigt in schematischer Form die Verbindung einer elektrischen Maschine 40 mit einem Stufengetriebe 20, wie beispielsweise dem Teilgetriebe 20 des Doppelkupplungsgetriebes 14 der 1.
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Beispielhaft ist dargestellt, dass eine Ausgangswelle der elektrischen Maschine 40, die mit einer Drehzahl nE dreht, über einen Konstantenradsatz 46 mit einer Vorgelegewelle 48 verbunden ist. Die Vorgelegewelle 48 ist über eine Mehrzahl von Radsätzen mit einer Ausgangswelle 50 des Stufengetriebes 20 verbunden, von denen in 2 schematisch ein Radsatz für eine Startgangstufe S und ein Radsatz für eine Zielgangstufe Z dargestellt sind. Der Radsatz für die Startgangstufe ist mittels einer Synchron-Schaltkupplung 21S mit der Vorgelegewelle 48 verbindbar. Ferner ist der Radsatz der Zielgangstufe Z mittels einer Synchron-Schaltkupplung 21Z mit der Vorgelegewelle 48 verbindbar.
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Die Ausgangswelle 50 dreht mit einer Drehzahl nA.
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Zum Durchführen eines Gangwechsels ist es erforderlich, die an der Synchron-Schaltkupplung 21Z der Zielgangstufe Z anliegenden Drehzahlen aneinander anzugleichen. Die aneinander anzugleichenden Drehzahlen sind insbesondere die Drehzahlen nE und nA (unter Herausrechnung von Übersetzungsverhältnissen).
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In 2 ist ferner gezeigt, dass die elektrische Maschine 40 entweder, wie dargestellt, fest an den Eingang des Stufengetriebes 20 angebunden ist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die elektrische Maschine 40 über eine in 2 schematisch mit gestrichelten Linien dargestellte Koppeleinrichtung 52 zu verbinden bzw. hiervon abzukoppeln. Die Koppeleinrichtung 52 kann beispielsweise als Klauenkupplung ausgebildet sein.
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In den 3 und 4 ist eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Ansteuern eines Antriebsstranges gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung dargestellt. 3 zeigt ein Flussdiagramm 60 und 4 zeigt ein Zeitablaufdiagramm 62 dieses Ansteuerverfahrens.
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Nach Erhalt eines Schaltbefehles wird in einem ersten Verfahrensschritt V1 die elektrische Maschine 40 lastlos geschaltet. Dies erfolgt in 4 in einem Zeitraum von t1 bis t2.
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Anschließend wird die Startgangstufe S ausgelegt, wozu die Synchron-Schaltkupplung 21S geöffnet wird, und zwar im Verfahrensschritt V2. Dies erfolgt in 4 von t2 bis t3. Im in 4 übertrieben lang dargestellten Zeitraum von t3 bis t4 befinden sich die Synchron-Schaltkupplungen 21S und 21Z jeweils in einem geöffneten Zustand (”neutral”).
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Hierauf erfolgt ab t4 die eigentliche Synchronisierungsphase, bei der zum einen ein Synchronisierungsmoment durch die Synchron-Schaltkupplung 21Z der Zielgangstufe Z aufgebracht wird (V3). In zumindest abschnittsweiser zeitlicher Überschneidung hierzu erfolgt das Aufbringen eines Synchronisierungsmomentes tq_EM durch die elektrische Maschine 40 (V4).
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Der Verfahrensschritt V4 des Aufbringens des Synchronisierungsmomentes durch die elektrische Maschine 40 ist in 4 von t4 bis t5 gezeigt. Man erkennt, dass das Synchronisierungsmoment tq_EM zum Synchronisieren ein anderes Vorzeichen besitzt als während des Antriebs durch die elektrische Maschine. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, dass in 4 eine Schubrückschaltung gezeigt ist, bei der die elektrische Maschine ein Schubmoment (negatives Vorzeichen) ausübt, so dass während des Synchronisierungszeitraumes t4 bis t5 ein positives Synchronisierungsmoment (zum Zwecke des Erhöhens der Drehzahl an der Eingangsseite des Stufengetriebes) aufgebracht wird. Bei einer Zughochschaltung sind die Vorzeichen in der Regel genau umgekehrt.
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4 zeigt ferner, dass das Aufbringen des Synchronisierungsmomentes durch die elektrische Maschine so erfolgt, dass anfangs ein relativ hohes Moment aufgebracht wird, das dann wieder abfällt (beispielsweise linear oder exponentiell), so dass zum Ende der Synchronisierungsphase (t4 bis t5) nur noch ein sehr geringes Synchronisierungsmoment oder gar kein Synchronisierungsmoment mehr durch die elektrische Maschine aufgebracht wird.
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In dem gleichen Zeitraum t4 bis t5 findet auch das Aufbringen des Synchronisierungsmomentes durch die Synchron-Schaltkupplung statt, wobei dies in der Regel erst nach dem Zeitpunkt t4 einsetzt, wenn nämlich die Kupplungsbeläge der Synchron-Schaltkupplung aneinander anliegen. Zum Ende des Synchronisierungsvorganges (kurz vor t5) wird hingegen ein relativ hohes Synchronisierungsmoment durch die Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe ausgeübt, das in der Regel höher ist als das zu diesem Zeitpunkt vorherrschende Synchronisierungsmoment der elektrischen Maschine.
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Zum Zeitpunk t5 sind die Drehzahlen dann synchronisiert, so dass die Zielgangstufe formschlüssig eingelegt werden kann (V5). Anschließend kann die elektrische Maschine wieder auf ein Zielmoment geregelt werden (V6), wie es in 4 nach t5 durch Aufbringen eines Schubmomentes gezeigt ist.
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4a zeigt eine alternative Ausführungsform des in den 3 und 4 dargestellten Verfahrens. Hierbei wird zum Zeitpunkt t4 zunächst wiederum ein relativ hohes Synchronisierungsmoment tq_EM durch die elektrische Maschine aufgebracht. Hierdurch erfolgt bereits eine relativ hohe Drehzahlangleichung. Bevor die Restsynchronisierung durch die Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe erfolgt (durch Aufbringen eines Synchronisierungsmomentes tq_SE), wird die elektrische Maschine jedoch wieder lastlos geschaltet und überträgt demzufolge kein Drehmoment mehr.
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In den 5 und 6 ist eine Ausführungsform eines Ansteuerungsverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gezeigt. Dabei zeigt 5 ein Flussdiagramm 60', und 6 zeigt ein der 4 entsprechendes Zeitablaufdiagramm 62'.
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Das Verfahren der 5 und 6 ist in vieler Hinsicht identisch zu dem oben unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschriebenen Verfahren. Gleiche Verfahrensschritte sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Nach dem Verfahrensschritt V1 des Lastlosschaltens der elektrischen Maschine (von t1' bis t2') erfolgt einerseits ein Auslegen der Startgangstufe (V2), wie im oben beschriebenen Verfahren. Im Wesentlichen parallel hierzu erfolgt jedoch auch eine Abkopplung der elektrischen Maschine von dem Eingang des Stufengetriebes. Mit anderen Worten wird eine Koppeleinrichtung 52 auf neutral geschaltet, so dass die elektrische Maschine 40 von dem Eingang des Stufengetriebes 20 abgekoppelt wird (Verfahrensschritt V7 im Zeitraum von t2' bis t3').
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Im Zeitpunkt t4' erfolgt auch das Auslegen einer Startgangstufe S (Stellung ”neutral” in 6).
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Ab dem Zeitpunkt t5' erfolgt durch Betätigen der Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe eine Drehzahlanpassung (V3). Ferner wird parallel hierzu die elektrische Maschine durch Aufbringen eines geeigneten Momentes auf eine geeignete Drehzahl geregelt, damit die elektrische Maschine drehzahlsynchron wieder später an den Eingang des Stufengetriebes angekoppelt werden kann (die ist in 5 bei V4 gezeigt).
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Im Schritt V5 erfolgt wiederum um den Zeitpunkt t6' herum das Einlegen der Zielgangstufe, und ferner erfolgt, im Wesentlichen dann, wenn die Synchronisierung der Drehzahlen an der Synchron-Schaltkupplung der Zielgangstufe abgeschlossen ist, eine erneute Ankopplung der elektrischen Maschine an den Eingang des Stufengetriebes, wozu die Koppeleinrichtung 52 beispielsweise eingelegt werden kann (Verfahrensschritt V8).
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Zu dem Zeitpunkt t'6 ist das von der elektrischen Maschine ausgeübte Drehmoment wiederum im Wesentlichen bei Null.
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Anschließend erfolgt wie in dem obigen Verfahren nach dem Zeitpunkt t6' das Einregeln der Maschine auf ein angefordertes Zielmoment (V6).
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Es versteht sich, dass mit den Antriebssträngen, die in den 1 und 2 gezeigt sind, auch andere Arten von Gangwechseln durchführbar sind.
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Beispielsweise ist es möglich, eine Drehzahlsynchronisation rein durch die elektrische Maschine vorzunehmen. In diesem Fall können die Schaltkupplungen des Stufengetriebes auch als Klauenkupplungen ausgebildet sein.
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Ferner kann bei dem Antriebsstrang vor dem Abkoppeln und insbesondere vor dem Ankoppeln der elektrischen Maschine mittels einer Koppeleinrichtung 52 eine geeignete Drehzahlsynchronisation durch eine Regelung der elektrischen Maschine erfolgen.
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Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Gangwechsel sowohl Gangwechsel bei Zughochschaltungen als auch bei Schubrückschaltungen sowie Zugrückschaltungen und Schubhochschaltungen sein können. Die Momenten- und Drehzahlverläufe sind dann in an sich bekannter Weise anzupassen.
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Durch die erfindungsgemäßen Verfahren kann die Dauer des Synchronisierungsvorganges deutlich verringert werden. Zudem können die Synchron-Schaltkupplungen weniger belastet werden.
