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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges, der einen Antriebsmotor und ein Doppelkupplungsgetriebe aufweist, das zwei Leistungsübertragungspfade beinhaltet, die jeweils eine Reibkupplung und ein Teilgetriebe aufweisen, wobei eine elektrische Maschine mit einem Eingang von wenigstens einem der Teilgetriebe verbindbar ist.
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Doppelkupplungsgetriebe in der beschriebenen Art sind allgemein bekannt. Durch das Bereitstellen von zwei Leistungsübertragungspfaden ist es möglich, Gangwechsel ohne Zugkrafteinbruch durchzuführen. Dabei wird das von dem Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsmoment durch überschneidende Betätigung von einem Leistungsübertragungspfad auf den anderen zugkraftunterbrechungsfrei übergeben.
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Ferner ist es bekannt, Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge zu hybridisieren. Dies beinhaltet generell die Bereitstellung wenigstens einer elektrischen Maschine, die in der Regel als elektrischer Motor oder als elektrischer Generator arbeiten kann. In dem Betriebsmodus als elektrische Maschine kann zusätzliches Antriebsmoment bereitgestellt werden. In dem Betriebsmodus als elektrischer Generator kann die elektrische Maschine rekuperierend arbeiten, um beispielsweise bei einem Bremsvorgang elektrische Energie zum Laden eines Energiespeichers zu gewinnen.
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Generell ist es in derartigen Antriebssträngen bekannt, eine elektrische Maschine zwischen dem Antriebsmotor und dem Doppelkupplungsgetriebe anzuordnen, also in Leistungsflussrichtung noch vor den Reibkupplungen des Doppelkupplungsgetriebes.
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Bei dem oben beschriebenen Hybrid-Antriebsstrang ist die elektrische Maschine jedoch innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes zumindest zeitweise mit einem Eingang von einem der Teilgetriebe verbunden, ist also in Leistungsflussrichtung hinter der zugeordneten Reibkupplung angebunden. Hierdurch liegt ein Summenpunkt von Antriebsmotor und elektrischer Maschine nicht vor dem Eingang des Doppelkupplungsgetriebes sondern im Getriebe. Hierdurch können die Schaltabläufe eines konventionellen Doppelkupplungsgetriebes ergänzt werden.
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Mit einem Antriebsstrang der beschriebenen Art ist ein konventioneller Betrieb möglich, bei dem nur der Antriebsmotor aktiv ist, die elektrische Maschine jedoch nicht an den Antriebsstrang angebunden ist oder mitgeschleppt wird. Ferner ist ein hybridischer Betriebsmodus möglich, bei dem Antriebsleistung sowohl von dem Antriebsmotor als auch von der elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Schließlich ist auch ein rein elektrischer Antrieb möglich, bei dem der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist (also in der Regel steht). Hierbei sind die Reibkupplungen des Doppelkupplungsgetriebes in der Regel geöffnet, damit der Antriebsmotor (in der Regel ein Verbrennungsmotor) nicht mitgeschleppt werden muss.
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Im rein elektrischen Antriebsmodus können die herkömmlichen Schaltabläufe eines Doppelkupplungsgetriebes nicht angewendet werden, da sich die elektrische Maschine auf der Sekundärseite der zugeordneten Reibkupplung befindet.
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Das Dokument
DE 10 2008 041 565 A1 betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybrid-Antriebsvorrichtung mit Doppelkupplungsgetriebe, wobei während eines Umkoppelns und/oder während einer Synchronisation ein dem 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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Ferner betrifft das Dokument
DE 10 2005 048 938 A1 ein Doppelkupplungsgetriebe, wobei eine Elektromaschine über ein zusätzlich vorgesehenes Getriebe sowohl mit der ersten als auch mit der zweiten Getriebeeingangswelle des Doppelkupplungsgetriebes wirksam verbindbar ist.
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Vor dem obigen Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges im rein elektrischen Antriebsmodus bereitzustellen, wobei eine Zugkraftunterbrechung möglichst vermieden werden soll.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche 2 bis 8.
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Der erfindungsgemäß angesteuerte Hybrid-Antriebsstrang beinhaltet einen Antriebsmotor und ein Doppelkupplungsgetriebe, das zwei Leistungsübertragungspfade beinhaltet, die jeweils eine Reibkupplung und ein Teilgetriebe aufweisen, wobei eine elektrische Maschine mit einem Eingang von wenigstens einem der Teilgetriebe verbindbar ist, wobei bei einem rein elektrischen Antrieb über einen aktiven Leistungsübertragungspfad während eines Gangwechsels ein Füllmoment über den anderen, passiven Leistungsübertragungspfad übertragen wird.
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Hierdurch kann ein Zugkraft- oder Schubkrafteinbruch während eines Gangwechsels im rein elektrischen Antriebsmodus verhindert werden.
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Bei dem rein elektrischen Antrieb über einen aktiven Leistungsübertragungspfad wird Antriebsleistung der elektrischen Maschine in den Eingang des angebundenen Teilgetriebes eingeleitet. Die zugeordnete Reibkupplung ist dabei geöffnet. Die Antriebsleistung wird dann über dieses Teilgetriebe auf den Abtrieb des Doppelkupplungsgetriebes und damit auf angetriebene Räder des Kraftfahrzeuges geführt. Hierbei ist in dem aktiven Teilgetriebe eine der dort vorhandenen Gangstufen eingelegt.
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In an sich bekannter Weise kann ein Teilgetriebe entweder die geraden Vorwärtsgangstufen oder die ungeraden Vorwärtsgangstufen beinhalten. Wenn das Teilgetriebe beispielsweise die ungeraden Gangstufen beinhaltet, kann die Antriebsleistung beispielsweise über die Gangstufe 1 auf den Abtrieb geführt werden.
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Ein Gangwechsel nach der klassischen Art eines Doppelkupplungsgetriebes ist hierbei nicht möglich. Bei einer elektrischen Maschine, die im Motorbetrieb arbeitet, sind jedoch aufgrund der Drehmomentcharakteristik einer solchen elektrischen Maschine nicht alle Gangstufen des Doppelkupplungsgetriebes zum rein elektrischen Antrieb notwendig. Daher ist es beispielsweise möglich, in dem angeführten Beispiel von der Gangstufe 1 in die Gangstufe 3 zu wechseln, indem das Antriebsmoment zunächst verringert wird, anschließend die Gangstufe 1 ausgelegt wird. Hierauf wird die Gangstufe 3 in dem gleichen Teilgetriebe eingelegt, und Antriebsleistung wird wieder von der elektrischen Maschine in das Teilgetriebe eingeleitet. Hierbei tritt jedoch eine Zugkraftunterbrechung auf. Durch die Maßnahme, während eines solchen beispielhaften Gangwechsels ein Füllmoment auf den anderen, passiven Leistungsübertragungspfad zu übertragen, kann aus dem Füllmoment abgeleitete Antriebsleistung über den passiven Leistungsübertragungspfad auf den Abtrieb des Doppelkupplungsgetriebes geführt werden, um auf diese Weise eine Zug- oder Schubkraftunterbrechung zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
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Sofern im vorliegenden Zusammenhang von einer offenen Reibkupplung die Rede ist, so ist darunter zu verstehen, dass diese kein Drehmoment übertragen kann. Sofern von einer geschlossenen Reibkupplung die Rede ist, so ist darunter zu verstehen, dass diese ein Reibmoment übertragen kann. Unter einer geschlossenen Kupplung ist also, sofern nichts anderes erwähnt ist, sowohl eine reibschlüssig geschlossene als auch eine schlupfende Kupplung zu verstehen.
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Erfindungsgemäß wird der Antriebsmotor vor dem Gangwechsel beschleunigt, wobei das Füllmoment ein Zugkraftunterstützungsmoment ist, das aus dem Trägheitsmoment des beschleunigten, abgeschalteten und austrudelnden Antriebsmotors abgeleitet wird.
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Bei dieser Ausführungsform kann der vor dem Gangwechsel stillgelegte (als Verbrennungsmotor nicht mit Kraftstoff versorgte) Antriebsmotor bspw. kurzzeitig zugeschaltet, d. h. mit Kraftstoff versorgt werden, um den Antriebsmotor vor dem Gangwechsel nach der Art eines Schwungenergiespeichers zu beschleunigen, wobei der Antriebsmotor anschließend wieder abgeschaltet werden kann. Die in dem Antriebsmotor anschließend gespeicherte Schwungenergie kann dann zur Zugkraftunterstützung verwendet werden, bis der Antriebsmotor wieder ausgetrudelt ist.
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Hierbei wird die Reibkupplung des passiven Leistungsübertragungspfades geschlossen, und in dem Teilgetriebe des passiven Leistungsübertragungspfades wird eine Gangstufe eingelegt, vorzugsweise eine höhere Gangstufe als in dem aktiven Teilgetriebe eingelegt ist.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn der Antriebsmotor bei geöffneter Reibkupplung des passiven Leistungsübertragungspfades mittels der elektrischen Maschine beschleunigt wird.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Reibkupplung des aktiven Leistungsübertragungspfades geschlossen, um den Antriebsmotor zu beschleunigen.
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Während des Beschleunigungsvorganges kann in dem passiven Leistungsübertragungspfad dann bereits eine geeignete Gangstufe eingelegt werden.
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Es ist alternativ oder zusätzlich möglich, den Antriebsmotor bei geschlossener Reibkupplung des passiven Leistungsübertragungspfades mittels einer Abtriebsseite des Antriebsstranges zu beschleunigen.
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Hierbei wird in dem Teilgetriebe des passiven Leistungsübertragungspfades eine Gangstufe eingelegt, so dass der Antriebsmotor über die Abtriebsseite (d. h. die angetriebenen Räder des Fahrzeugs) beschleunigt wird.
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In beiden Ausführungsformen (Beschleunigung per elektrischer Maschine bzw. mittels Abtriebsseite) versteht sich zum einen, dass es bevorzugt ist, wenn die elektrische Maschine während des Beschleunigungsvorganges ein erhöhtes Moment abgibt, um den Beschleunigungsvorgang des Antriebsmotors für den Fahrer des Fahrzeugs nicht spürbar zu machen. Zum anderen ist es bei beiden Ausführungsformen bevorzugt, wenn der Antriebsmotor bei dem Beschleunigungsvorgang stillgelegt bleibt, also nicht mit Kraftstoff versorgt wird.
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Insgesamt ist es bevorzugt, wenn die elektrische Maschine fest oder über eine Koppelanordnung mit dem Eingang des Teilgetriebes von einem der Leistungsübertragungspfade verbunden ist.
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Eine derartige Anordnung ist relativ kostengünstig zu realisieren, da der Antriebsstrang hierbei nur eine einzelne elektrische Maschine aufweisen und die Koppelanordnung relativ einfach ausgebildet werden kann, beispielsweise durch eine herkömmliche Schaltkupplung wie eine Synchronkupplung, eine Klauenkupplung oder dergleichen.
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Bei dieser Ausführungsform werden im elektrischen Antriebsmodus vorzugsweise ausschließlich die Gangstufen des aktiven Teilgetriebes verwendet, und der passive Leistungsübertragungspfad wird vorzugsweise lediglich zur Bereitstellung eines Zugkraft- oder Schubkraftunterstützungsmomentes verwendet.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die elektrische Maschine über eine Koppelanordnung mit dem Eingang des Teilgetriebes von einem der Leistungsübertragungspfade oder mit dem Eingang des Teilgetriebes des anderen Leistungsübertragungspfades verbunden.
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Hierbei ist es möglich, den aktiven Leistungsübertragungspfad zu wechseln, so dass es bevorzugt ist, wenn im elektrischen Antriebsmodus nicht nur die Gangstufen des einen Teilgetriebes sondern auch die Gangstufen des anderen Teilgetriebes verwendet werden.
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Generell ist es insgesamt ebenfalls bevorzugt, wenn ein Startgang und ein Zielgang des Gangwechsels in dem Teilgetriebe des aktiven Leistungsübertragungspfades liegen.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere dann bevorzugt, wenn die elektrische Maschine fest oder über eine Koppelanordnung mit dem Eingang eines Teilgetriebes des Antriebsstranges verbunden ist.
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Alternativ hierzu liegt ein Startgang des Gangwechsels in dem Teilgetriebe des aktiven Leistungsübertragungspfades, und ein Zielgang liegt in dem Teilgetriebe des passiven Leistungsübertragungspfades, wobei der passive Leistungsübertragungspfad bei dem Gangwechsel der aktive Leistungsübertragungspfad wird und umgekehrt.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorzug, wenn eine Koppelanordnung vorgesehen ist, die die elektrische Maschine mit dem Eingang des einen Teilgetriebes oder des anderen Teilgetriebes verbinden kann.
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In letzterem Fall ist es ebenfalls bevorzugt, wenn die Koppelanordnung in eine Neutralposition geschaltet werden kann, in der die elektrische Maschine von beiden Leistungsübertragungspfaden abgekoppelt ist.
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Gemäß einer alternativen Betriebsweise des Hybrid-Antriebsstranges ist das Füllmoment ein Schubkraftunterstützungsmoment, das aus dem abgeschalteten Antriebsmotor abgeleitet wird.
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Bei dieser Betriebsweise ist in dem Teilgetriebe des passiven Leistungsübertragungspfades vorzugsweise eine kleinere Gangstufe als in dem aktiven Teilgetriebe eingelegt. Hierdurch kann ein Schubkraftunterstützungsmoment auf die Abtriebsseite des Antriebsstranges gelegt werden, indem das Widerstandsmoment des abgeschalteten bzw. stillgelegten Antriebsmotors verwendet wird. Generell ist es hierbei denkbar, den Antriebsmotor mitdrehen zu lassen.
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Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn das Schubkraftunterstützungsmoment kleiner gleich dem Losbrechmoment des stehenden Antriebsmotors ist.
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Insbesondere, wenn der Antriebsmotor ein Verbrennungsmotor ist, ist das Losbrechmoment, das dazu notwendig ist, um den stillstehenden Antriebsmotor in eine Rotation zu versetzen, größer als das Moment, das notwendig ist, um den Motor anschließend in Drehung zu halten.
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Demzufolge wird das Schubkraftunterstützungsmoment vorzugsweise so geregelt (beispielsweise über das von der passiven Reibkupplung übertragbare Moment), dass der Antriebsmotor während der Schubkraftunterstützung nicht anläuft.
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Hierdurch kann während der Schubkraftunterstützungsphase ein relativ hohes Füllmoment über den passiven Leistungsübertragungspfad bereitgestellt werden. Das Widerstandsmoment des stillgelegten Antriebsmotors kann vorzugsweise auf verschiedene Art und Weise erhöht werden. Zum einen ist es denkbar, eines oder mehrere der von dem Antriebsmotor angetriebenen Nebenaggregate (wie z. B. Klimaanlage, Lichtmaschine, etc) bewusst ein- bzw. höher zu schalten, um die Last für den Antriebsmotor zu erhöhen. Ferner ist es alternativ oder zusätzlich möglich, den stillgelegten Antriebsmotor vorher (z. B. beim Stilllegen) in einen Zustand zu versetzen, bei dem das Widerstandsmoment möglichst groß ist, bspw. durch Einrichten einer Kurbelwellenposition und/oder einer Ventilposition von Einlass- bzw. Auslassventilen, bei denen die Kompression besonders hoch ist (z. B. kurz vor dem OT bzw. durch Schließen aller Ventile). Schließlich ist es alternativ oder zusätzlich möglich, das von dem Antriebsmotor bereitgestellte Widerstandsmoment durch geeignete Gangwahl in dem passiven Teilgetriebe zu erhöhen (innerhalb zulässiger Drehzahlgrenzen).
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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 einer ersten Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 eine modifizierte Ausführungsform eines Hybrid-Antriebsstranges;
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3a und 3b eine Übersicht über die verschiedenen Schaltungs- bzw. Gangwechselmöglichkeiten in einem derartigen Hybrid-Antriebsstrang;
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4 ein Diagramm von Drehzahlen und Drehmoment über der Zeit zur Darstellung eines Gangwechsels im rein elektrischen Antriebsmodus ohne Zugkraftunterstützung;
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5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Gangwechsels im rein elektrischen Antriebsmodus mit Zugkraftunterstützung im passiven Leistungsübertragungspfad;
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6 ein Diagramm von Drehzahlen und Drehmomenten über der Zeit zur Erläuterung des Gangwechsels der 5;
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7 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Gangwechsels im rein elektrischen Antriebsmodus mit Zugkraftunterstützung;
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8 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Gangwechsels im rein elektrischen Antriebsmodus mit Zugkraftunterstützung;
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9 ein Diagramm von Drehzahlen und Drehmomenten über der Zeit zur Erläuterung des Gangwechsels der 7;
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10 ein Diagramm von Drehzahlen und Drehmomenten über der Zeit zur Erläuterung des Gangwechsels der 8;
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11 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Gangwechsels in einem rein elektrischen Antriebsmodus mit Schubkraftunterstützung;
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12 ein Diagramm von Drehzahlen und Drehmomenten über der Zeit zur Erläuterung des Gangwechsels der 11;
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13 ein Flussdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Gangwechsels im rein elektrischen Antriebsmodus mit Schubkraftunterstützung; und
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14 ein Diagramm von Drehzahlen und Drehmomenten über der Zeit zur Erläuterung des Gangwechsels der 13.
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In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug 11 generell mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 11 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen sein.
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Der Antriebsstrang 10 beinhaltet einen Antriebsmotor 12, beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors, der aus einem Energiespeicher wie einem Kraftstofftank 13 versorgt wird. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 ein Doppelkupplungsgetriebe (DKG), dessen Abtriebsseite mit einem Differential 16 verbunden ist. Das Differential 16 verteilt Antriebsleistung auf ein linkes und ein rechtes angetriebenes Rad 18L, 18R.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet eine erste Reibkupplung 20 sowie ein erstes Teilgetriebe 22. Das erste Teilgetriebe 22 beinhaltet beispielsweise Gangstufen 2, 4, 6, R, die mittels schematisch angedeuteter Schaltkupplungen 24 ein- und auslegbar sind. Die erste Reibkupplung 20 und das erste Teilgetriebe 22 bilden einen ersten Leistungsübertragungspfad 26 zur Übertragung von Leistung von dem Antriebsmotor 12 zu dem Differential 16.
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Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet ferner eine zweite Reibkupplung 30 sowie ein zweites Teilgetriebe 32. Das zweite Teilgetriebe 32 beinhaltet beispielsweise die ungeraden Gangstufen 1, 3, 5, etc., die mittels zugeordneter Schaltkupplungen 34 ein- und auslegbar sind. Die zweite Reibkupplung 30 und das zweite Teilgetriebe 32 bilden einen zweiten Leistungsübertragungspfad 36 zur Übertragung von Antriebsleistung von dem Antriebsmotor 12 zu dem Differential 16.
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Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine elektrische Maschine (EM) 40, die mit einer Anordnung 42 zur Ansteuerung und Energieversorgung verbunden ist. Die Anordnung 42 kann beispielsweise eine Leistungselektronik sowie eine Batterie beinhalten.
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Die elektrische Maschine 40 ist an einen Eingang des ersten Teilgetriebes 22 fest angebunden, beispielsweise mittels eines Stirnradsatzes oder dergleichen. Alternativ hierzu kann die elektrische Maschine 40 mittels einer Koppelanordnung 44 (beispielsweise in Form einer Schaltkupplung) an den Eingang des ersten Teilgetriebes 22 angebunden sein.
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Die Anbindung der elektrischen Maschine 40 an das Teilgetriebe, das die höchste Gangstufe und die Rückwärtsgangstufe aufweist, ermöglicht ein elektrisches Fahren in nahezu allen Betriebssituationen, wie nachstehend noch erläutert werden wird.
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Der Antriebsstrang 10 ist dazu ausgelegt, in drei unterschiedlichen Betriebsarten zu arbeiten. In einem konventionellen Antriebsmodus wird Antriebsleistung nur von dem Antriebsmotor (Verbrennungsmotor, VM) erzeugt. Gangwechsel erfolgen auf zugkraftunterbrechungsfreie Art und Weise, indem Antriebsleistung über einen der Leistungsübertragungspfade 26, 36 geführt wird, wobei in dem Teilgetriebe des anderen Leistungsübertragungspfades eine Gangstufe vorgewählt wird. Anschließend erfolgt ein Gangwechsel durch Übergabe des Leistungsübertragungsflusses von dem einen Pfad auf den anderen Pfad, indem die Reibkupplungen 20, 30 auf überschneidende Art und Weise betätigt werden. Dieser Antriebsmodus ist auf dem Gebiet der Doppelkupplungsgetriebe allgemein bekannt.
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Ferner ist ein zweiter hybridischer Antriebsmodus einrichtbar, bei dem Antriebsleistung sowohl von dem Antriebsmotor 12 als auch von der elektrischen Maschine 40 bereitgestellt wird. Hierbei können die Antriebsleistungen im Wesentlichen über den Summenpunkt am Eingang des ersten Teilgetriebes 22 addiert werden.
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Schließlich ist ein dritter Antriebsmodus möglich, bei dem nur die elektrische Maschine 40 zur Erzeugung von Antriebsleistung angesteuert wird, wohingegen der Antriebsmotor 12 stillgelegt wird.
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Da die elektrische Maschine 40 auf der Sekundärseite der ersten Reibkupplung 20 angebunden ist, können in diesem Betriebsmodus die herkömmlichen Schaltabläufe eines Doppelkupplungsgetriebes nicht angewendet werden.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Doppelkupplungsgetriebes 14'. Dieses entspricht hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell dem Doppelkupplungsgetriebe der 1. Gleiche Elemente sind daher mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Bei dem Doppelkupplungsgetriebe 14' ist die elektrische Maschine 40 über eine Koppelanordnung 44' alternativ mit dem Eingang des ersten Teilgetriebes 22 oder mit dem Eingang des zweiten Teilgetriebes 32 verbindbar. Ferner ist optional eine Neutralstellung mittels der Koppelanordnung 44' einrichtbar, bei der die elektrische Maschine 40 von den Leistungsübertragungspfaden 26, 36 abgekoppelt ist.
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3 zeigt eine Übersicht über die verschiedenen Schaltungen bzw. Gangwechsel in einem Antriebsstrang 10 der in den 1 und 2 gezeigten Art.
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Das Schaltungsdiagramm der 3 ist generell mit 50 bezeichnet und ist als Baumdiagramm ausgebildet.
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Das Schaltungsdiagramm 50 beinhaltet Schaltungen S1 im hybridischen Betrieb, bei dem der Antriebsmotor 12 und die elektrische Maschine 40 Antriebsleistung bereitstellen. Ferner ist ein Schaltungstyp S2 gezeigt, von dem sich Schaltungen ableiten lassen, die im rein elektrischen Antriebsmodus stattfinden.
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Bei dem Schaltungstyp S1 wird zwischen Schaltungen S3 unterschieden, die im Wesentlichen dem Ablauf bei einem herkömmlichen Doppelkupplungsgetriebe entsprechen. Alternativ hierzu beinhaltet das Baumdiagramm Schaltungen S4, bei denen die Schaltungen unter Einbeziehung der elektrischen Maschine 40 erfolgen. Hierbei kann mittels der elektrischen Maschine 40 insbesondere ein negatives Moment ausgeübt werden (S5).
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Im elektrischen Betrieb (S2) wird zwischen Schaltungen mit negativem elektrischem Maschinenmoment (S6) und solchen mit positivem elektrischem Maschinenmoment (S7) unterschieden.
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In beiden Fällen kann eine Schaltung mit Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden (E1). Bei negativem elektrischem Maschinenmoment (S6) kann eine Zugkraftunterstützung bzw. Schubkraftunterstützung durch ein Schleppmoment des Antriebsmotors erfolgen (E3). Bei positivem elektrischem Maschinenmoment (S7) kann eine Schaltung mit Zugkraftunterstützung durch die Massenträgheit des Antriebsmotors erfolgen (E2).
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Wie es in 3b gezeigt ist, wird bei herkömmlichen Schaltungen, bei denen der Verbrennungsmotor die Hauptantriebsquelle ist (S3), zwischen Schaltungen mit positivem Antriebsmoment (S8) und solchen mit negativem Antriebsmodus (S9) unterschieden.
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Hieraus entwickelt sich der Schaltungstyp S10 (Zughochschaltungen), sowie der Schaltungstyp S11 (Zugrückschaltungen).
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Bei Zughochschaltungen können Lastschaltungen direkt bzw. sequentiell erfolgen (S12), was in einem Doppelkupplungsgetriebe serienmäßig vorhanden ist. In gleicher Weise können Rückschaltungen als Lastschaltungen direkt oder sequentiell erfolgen (S13), was ebenfalls serienmäßig in DKGs vorhanden ist.
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Ferner können Schaltungen mit Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden (S14, S15), bei denen ein Startgang in dem gleichen Teilgetriebe liegt wie ein Zielgang des jeweiligen Gangwechsels. Auch diese Art von Schaltungen ist in DKGs normalerweise vorhanden.
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Bei den verschiedenen Schaltungen S12 bis S15 kann jeweils eine Zugkraftunterstützung bzw. Zugkrafterhöhung während eines Gangwechsels durch die elektrische Maschine 40 erfolgen. Diese Schaltungen sind in 3b mit DKG-H1 bis DKG-H4 bezeichnet. In allen Fällen kann dabei eine Schaltung über einen Stützgang im anderen Leistungsübertragungspfad erfolgen (DKG-H5).
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Schaltungen im Antriebsmodus, bei dem ausschließlich der Antriebsmotor 12 Antriebsleistung bereitstellt, lassen sich generell in der Baumstruktur der 3 unter S3 subsumieren. In diesem Fall kann die elektrische Maschine 40 dazu verwendet werden, um Antriebsleistung nicht unmittelbar auf den Abtrieb zu legen, sondern zur Unterstützung des jeweiligen Gangwechsels (DKG-H1 bis DKG-H5).
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1 zeigt ein Zeitablaufdiagramm der Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 40 sowie des Drehmomentes tq_EM der elektrischen Maschine 40 sowie des am Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes 14 bereitgestellten Drehmomentes tq_out über der Zeit, und zwar für die Schaltung E1 der 3a. Hierbei erfolgt der Antrieb ausschließlich elektrisch über die elektrische Maschine 40 und, da Start- und Zielgang im gleichen Teilgetriebe 22 liegen, ist dieser Gangwechsel mit einer Zugkraftunterbrechung verbunden. 4 zeigt dabei den Fall einer Hochschaltung.
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Die Darstellungen der Drehzahl und des Drehmomentes über der Zeit sind in 4 sowie auch in den nachfolgenden Figuren teilweise normiert dargestellt, wobei Übersetzungsverhältnisse oder Ähnliches herausgerechnet werden, um die Darstellung zu vereinfachen.
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Bei dem Gangwechsel E1 wird bei Erreichen einer Drehzahlgrenze zunächst das Moment der elektrischen Maschine 40 reduziert, und der Startgang wird anschließend ausgelegt. Hierdurch erfolgt eine Zugkraftunterbrechung, da keine Antriebsleistung mehr auf den Ausgang des Doppelkupplungsgetriebes geführt wird. Anschließend wird die Drehzahl im Teilgetriebe durch eine Synchronisierungsmaßnahme mittels der elektrischen Maschine 40 und/oder mittels einer Synchronkupplung des Zielganges angepasst. Hiernach wird der Zielgang eingelegt. Anschließend wird das Moment wieder erhöht.
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In den folgenden 5 bis 10 werden verschiedene Arten von Gangwechseln E2a, E2b, E2c erläutert, bei denen eine derartige Zughochschaltung im rein elektrischen Antriebsmodus mit Zugkraftunterstützung durchgeführt werden kann. In den nachfolgenden 11 bis 14 werden Gangwechsel E3a, E3b beschrieben, bei denen während einer Schubrückschaltung eine Schubkraftunterstützung erfolgen kann.
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Eine erste Ausführungsform eines Gangwechsels E2a in Form einer Zughochschaltung mit Zugkraftunterstützung ist in den 5 und 6 dargestellt.
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Das Gangwechselverfahren E2a eignet sich für die Antriebsstränge der 1 oder 2. Im Folgenden wird von einer Anordnung ausgegangen, wie sie in 1 gezeigt ist.
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Der Gangwechsel geht aus von einem Fahrzustand, bei dem die elektrische Maschine 40 Antriebsleistung über das aktive Teilgetriebe 22 des aktiven Leistungsübertragungspfades 26 bereitstellt, wobei die aktive Reibkupplung 20 geöffnet ist. Der Antriebsmotor 12 steht still.
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Zur Einleitung des Gangwechsels wird im Schritt A1 die passive Reibkupplung 30 geöffnet (falls noch nicht geschehen). Anschließend wird im Schritt A2 die Berechnung einer mindestens nötigen Drehzahl des Verbrennungsmotors durchgeführt.
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Hiernach wird in dem passiven Teilgetriebe 32 eine geeignete Gangstufe eingelegt, und zwar eine möglichst niedrige Gangstufe.
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Danach wird die passive Reibkupplung 30 geschlossen, wodurch der zuvor stillstehende Antriebsmotor 12 im Schub beschleunigt wird (A4). Gleichzeitig bzw. in Abstimmung hiermit wird das Drehmoment tq_EM der elektrischen Maschine 40 erhöht, um das Schleppmoment des Antriebsmotors VM zu kompensieren (A5).
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Wie es in 6 gezeigt ist, hat sich hierdurch die Drehzahl n_VM des Antriebsmotors 12 erhöht. Ferner wirkt der Antriebsmotor 12 als Energiespeicher (nach der Art eines Schwungenergiespeichers) und kann folglich ein Drehmoment tq_VM bereitstellen. Bei Wahl einer niedrigen Gangstufe kann eine möglichst hohe Drehzahl erreicht werden, um die gespeicherte Energie zu maximieren.
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Im Anschluss wird in den Schritten A6 bis A9 in dem aktiven Teilgetriebe 22 ein Gangwechsel durchgeführt, wie er oben unter Bezugnahme auf 4 besprochen wurde.
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Zumindest vor dem Auslegen des Startganges (A7) wird in dem passiven Teilgetriebe 32 die Gangstufe gewechselt, und zwar in eine möglichst hohe Gangstufe (A11a), die insbesondere höher ist als die Zielgangstufe in dem aktiven Teilgetriebe 22. Hierzu kann es ggf. notwendig sein, die passive Reibkupplung 30 kurzzeitig wieder zu öffnen (was in 6 nicht dargestellt ist). Anschließend wird parallel bzw. gleichzeitig mit der Durchführung des Gangwechsels im aktiven Teilgetriebe 22 an der Reibkupplung 30 des passiven Leistungsübertragungspfades 36 ein unterstützendes Füllmoment eingestellt (A11b), was in 6 in der Phase ”Gang auslegen, VM trudelt geregelt aus” bzw. bei tq_Kpas gezeigt ist.
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Für diese Phase der Zugkraftunterbrechung in dem aktiven Leistungsübertragungspfad 26 wird folglich ein zugkraftunterstützendes Moment über den passiven Leistungsübertragungspfad 36 bereitgestellt, wobei dem beschleunigten Antriebsmotor 12 Energie entzogen wird, so dass dessen Drehzahl n_VM wieder verringert wird.
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Nachdem in dem aktiven Teilgetriebe 22 der Zielgang eingelegt ist (A9), kann das Moment der elektrischen Maschine 40 auf das Zielmoment erhöht werden (A10). Gleichzeitig bzw. in Abstimmung hiermit wird die passive Reibkupplung 30 geöffnet (A12), wodurch der Gangwechsel abgeschlossen ist.
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In 7 und 9 ist eine alternative Ausführungsform einer Zughochschaltung E2b im rein elektrischen Antriebsmodus dargestellt. Diese entspricht hinsichtlich des Ablaufs in vielen Aspekten dem Gangwechsel E2a der 5 und 6. Gleiche Verfahrensschritte sind daher mit gleichen Bezugsziffern versehen. Während bei dem Verfahren der 5 und 6 der Antriebsmotor 12 über den passiven Leistungsübertragungspfad 26 beschleunigt wurde, erfolgt die Beschleunigung des Antriebsmotors 12 bei dem Gangwechsel E2b der 7 und 9 mittels der elektrischen Maschine 40.
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Hierbei wird nach dem Öffnen der passiven Reibkupplung 30 (A1) parallel zu dem Einlegen einer möglichst hohen Gangstufe in dem passiven Teilgetriebe 32 (A3) die aktive Reibkupplung 20 geschlossen (A13), um auf diese Weise den Antriebsmotor 12 im Schub zu beschleunigen. Gleichzeitig bzw. in Abstimmung hiermit wird das Moment tq_EM der elektrischen Maschine 40 erhöht, um das Schleppmoment des Antriebsmotors 12 zu kompensieren (A5).
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Wenn der Antriebsmotor 12 auf eine hinreichende Drehzahl beschleunigt ist, wird im Schritt A14 die passive Reibkupplung 30 geschlossen, bis sie in etwa das Drehmoment elektrischen Maschine 40 überträgt, wodurch der Startgang im aktiven Teilgetriebe 22 zumindest annähernd lastfrei wird. (A14). Anschließend wird im aktiven Teilgetriebe 22 der Startgang ausgelegt (A14a). Hiernach wird die elektrische Maschine noch weiter beschleunigt, um über die aktive Reibkupplung 20 die Drehzahl n_VM des Antriebsmotors 12 noch weiter zu erhöhen. Wenn eine Zieldrehzahl erreicht ist (A14b), wird die aktive Reibkupplung 20 geöffnet (A14c). Spätestens ab diesem Zeitpunkt, vorzugsweise jedoch bereits mit dem Auslegen der Startgangstufe, wird die passive Reibkupplung 30 so eingestellt (geregelt), dass mittels der passiven Reibkupplung 30 ein unterstützendes Moment über den passiven Leistungsübertragungspfad 36 zur Verfügung (A11) gestellt wird, wie dies bereits unter Bezugnahme auf 5 beschrieben worden ist. Im aktiven Leistungsübertragungspfad 26 wird unterdessen die elektrische Maschine 40 auf eine Zieldrehzahl für den Zielgang gebracht (A8), die so synchronisierte Zielgangstufe wird eingelegt (A9). Anschließend kann die passive Reibkupplung 30 geöffnet werden (A12), und das Moment der elektrischen Maschine 40 wird auf ein Zielmoment erhöht (A10, was in 9 mit „Momentenübergabe” bezeichnet ist.
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In der zugehörigen 9 ist mit tq_Kakt das vom aktiven Leistungsübertragungspfad 26 auf den Antriebsmotor 12 übertragene Drehmoment bezeichnet. Dieses Drehmoment entspricht dabei dem über die aktive Reibkupplung 20 übertragenen Moment. Mit tq_Kpas ist das über die passive Reibkupplung 30 übertragene Drehmoment bezeichnet, das z. B. zur Zugkraftunterstützung bereitgestellt wird.
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In den 8 und 10 ist eine weitere Ausführungsform eines Gangwechsels E3c mit Zugkraftunterstützung während eines rein elektromotorischen Antriebes dargestellt. Das Gangwechselverfahren E3c der 8 und 10 ist in vielen Schritten identisch zu den bereits zuvor beschriebenen Verfahren. Gleiche Verfahrensschritte sind daher mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Bei dem Verfahren der 8 und 10, das im Wesentlichen auf dem Verfahren der 5 und 6 beruht, erfolgt nach dem Hochbeschleunigen des Antriebsmotors (A4) zunächst ein Öffnen der passiven Reibkupplung 30 (A15). Gleichzeitig bzw. in Abstimmung hiermit wird das Drehmoment der elektrischen Maschine 40 angepasst (A16).
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Anschließend wird in dem passiven Teilgetriebe 32 die Gangstufe gewechselt (A17), und hiernach wird im Schritt A18 die passive Reibkupplung 30 wieder geschlossen, um das unterstützende Moment bereitzustellen. Die anschließenden Abläufe A6 bis A10 auf der Seite des aktiven Leistungsübertragungspfades 26 bzw. A11, A12 auf der Seite des passiven Leistungsübertragungspfades 36 sind identisch zu dem bereits in 5 und 6 beschriebenen Verfahren.
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Der Wechsel der Gangstufe in dem passiven Teilgetriebe 32 hat den Vorzug, dass der Antriebsmotor 12 zunächst mit einer geeigneten Gangstufe auf eine relativ hohe Drehzahl gebracht werden kann. Dies kann beispielsweise eine niedrige Gangstufe sein.
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Anschließend wird in eine andere Gangstufe gewechselt, die sich zur Zugkraftunterstützung eignet. Dies kann beispielsweise eine höhere Gangstufe sein, insbesondere eine Gangstufe, die höher ist als die in dem aktiven Teilgetriebe 22 eingelegte Gangstufe.
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In den nachfolgenden 11 bis 14 werden Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstranges beschrieben, bei denen Gangwechsel während eines rein elektrischen Antriebs mit Schubkraftunterstützung erfolgen, insbesondere bei Schubrückschaltungen.
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Bei dieser Art von Gangwechsel wird ebenfalls der passive Leistungsübertragungspfad 36 zur Bereitstellung eines Schubkraftunterstützungsmomentes verwendet. Der Antriebsmotor 12 wird hierbei jedoch nicht vorab beschleunigt. Vielmehr wird der stillgelegte Antriebsmotor 12 als Schlepplast verwendet. Hierbei kann der Antriebsmotor 12 mitdrehen. Bevorzugt ist es jedoch, wenn der Antriebsmotor 12 im Stillstand bleibt, wenn es sich hierbei um einen Verbrennungsmotor handelt. Das Losbrechmoment eines Verbrennungsmotors 12 ist größer als das von diesem bereitstellbare Schleppmoment, wenn der Antriebsmotor 12 dreht.
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In den 11 und 12 ist eine erste Ausführungsform eines solchen Gangwechsels E3a beschrieben. Hierbei wird wieder ausgegangen von einem Zustand, bei dem über den aktiven Leistungsübertragungspfad 26 elektrische Antriebsleistung auf den Abtrieb übertragen wird, wobei in dem aktiven Teilgetriebe 22 eine Gangstufe eingelegt ist und wobei die aktive Reibkupplung 20 geöffnet ist.
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Anschließend wird, soweit noch nicht geschehen, die passive Reibkupplung 30 geöffnet (B1). In dem passiven Teilgetriebe 32 wird im Schritt B2 die kleinste mögliche Gangstufe eingelegt.
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Anschließend wird im Schritt B3 die passive Reibkupplung 30 derart geschlossen, dass sie dazu in der Lage ist, ein Drehmoment zu übertragen, das kleiner gleich dem oben beschriebenen Losbrechmoment (Anreißmoment) ist. Mit anderen Worten wird die passive Reibkupplung 30 so geschlossen, dass sich der Antriebsmotor 12 nicht in Drehung versetzt. Dies entspricht einem maximalen Lademoment für die elektrische Maschine 40. Parallel bzw. in Abstimmung hierzu wird das Moment der elektrischen Maschine 40 reduziert, um das über die passive Reibkupplung 30 übertragene Drehmoment zu kompensieren.
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Im Anschluss erfolgt im aktiven Leistungsübertragungspfad 26 ein Gangwechsel in eine niedrigere Zielgangstufe, wobei in dem aktiven Leistungsübertragungspfad 26 eine Zugkraftunterbrechung stattfindet. Im Einzelnen wird hierbei zunächst im Schritt B5 das Moment der elektrischen Maschine 40 reduziert. Anschließend wird im Schritt B6 der Startgang ausgelegt. Danach wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 40 auf eine Zieldrehzahl erhöht (B7). Schließlich wird der Zielgang eingelegt (B8), und das Moment der elektrischen Maschine 40 wird auf ein Zielmoment erhöht (B9).
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In dem passiven Leistungsübertragungspfad 36 erfolgt während dieser Gangwechselphase eine Schubkraftunterstützung über den passiven Leistungsübertragungspfad (B10a), und nach dem Einlegen des Zielganges wird die passive Reibkupplung geöffnet (B11), wodurch der Gangwechsel abgeschlossen ist.
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In 11 ist bei B10b ferner eine alternative Ausführungsform angedeutet. Wenn der Antriebsstrang 10 mit einer Koppelanordnung 44', wie in 2 dargestellt, ausgestattet ist, ist es auch möglich, dass die elektrische Maschine 40 während der Bereitstellung des Schubkraftunterstützungsmomentes an den Eingang des bis dahin passiven Teilgetriebes 32 angekoppelt wird, so dass der bisherige aktive Leistungsübertragungspfad 26 der passive Leistungsübertragungspfad wird und umgekehrt.
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Hierbei kann im Anschluss die zuvor aktive Reibkupplung als passive Reibkupplung das Schubkraftunterstützungsmoment über eine geeignete Gangstufe in dem zuvor aktiven Teilgetriebe 22 bereitstellen.
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In den 13 und 14 ist eine weitere Ausführungsform eines Gangwechsels E3b in Form einer Schubrückschaltung mit Schubkraftunterstützung während eines rein elektrischen Antriebs dargestellt. Das Gangwechselverfahren der 3 und 14 basiert in wesentlichen Schritten auf dem Gangwechselverfahren der 11 und 12. Gleiche Verfahrensschritte sind daher mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Bei dem in 13 und 14 gezeigten Verfahren ist der Antriebsstrang 10 mit einer Koppelanordnung 44' gemäß 2 ausgestattet.
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Die Verfahrensschritte B1 bis B5 sind identisch zu den in Bezug auf 11 und 12 beschriebenen Verfahrensschritten. So erfolgt in dem aktiven Leistungsübertragungspfad (B22) nach dem Reduzieren des Drehmomentes der elektrischen Maschine 40 auf Null (B5) eine Abkopplung der elektrischen Maschine 40 von dem aktiven Leistungsübertragungspfad 26. Dabei wird die elektrische Maschine 40 zunächst in eine Neutralposition N (siehe 2) gelegt (B5a).
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Im Anschluss hieran wird in dem bislang aktiven Teilgetriebe (z. B. 22) eine Gangstufe eingelegt, die sich für eine Schubkraftunterstützung eignet (B12). Parallel hierzu wird die elektrische Maschine 40 auf eine Zieldrehzahl gebracht (B13).
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In einem Schritt B14 erfolgt eine Drehmomentübergabe der Kupplungen, so dass die bisherige aktive Reibkupplung (z. B. 30) nun die passive Reibkupplung wird und umgekehrt. Die zuvor aktive Reibkupplung 20 überträgt dann weiterhin ein Moment, das kleiner oder gleich dem Losbrechmoment (Anreißmoment) ist. Dies ist in 14 bei tq_TG1 bzw. tq_TG2 gezeigt.
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In der Phase der Drehmomentübergabe bleibt dabei das Schubkraftunterstützungsmoment gleich groß, das im Wesentlichen dem Losbrechmoment tq_VM entspricht oder etwas kleiner ist.
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Nach der Drehmomentübergabe im Schritt B14 ist die nun aktive Reibkupplung (z. B. 30) geöffnet, und es wird in dem nun aktiven Teilgetriebe (z. B. 32) eine Zielgangstufe für den elektrischen Antriebsmodus eingelegt (B15). Parallel hierzu kann, da die elektrische Maschine 40 sich bereits auf Zieldrehzahl befindet (B13), eine Ankopplung der elektrischen Maschine 40 an das neue aktive Teilgetriebe (z. B. 32) erfolgen (B16).
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Anschließend kann die nun passive Reibkupplung (z. B. 20) geöffnet werden (B18), und das Moment der elektrischen Maschine kann auf das Zielmoment erhöht werden (B17).
