DE102013204652B4

DE102013204652B4 - Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges

Info

Publication number: DE102013204652B4
Application number: DE102013204652.9A
Authority: DE
Inventors: Simon Baur; Mario Steinborn
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2013-03-18
Filing date: 2013-03-18
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: DE102013204652A1

Abstract

Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges eines Nutzfahrzeuges mit automatisiertem oder automatischem Getriebe (4) und schaltbarem Nebenabtrieb (PTO), wobei bei eingeschaltetem Nebenabtrieb (PTO) ein elektrischer Antrieb des Hybrid-Antriebstranges eingesetzt wird, um das Ausführen von Gangwechseln zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem während der Fahrt des Nutzfahrzeuges angeforderten Schaltbefehl ein Lastabbau an dem verbrennungsmotorischen Antrieb durchgeführt wird, der elektrische Antrieb auf das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes (PTO) angepasst wird, das Getriebe (4) nach Neutral geschaltet wird, die Zieldrehzahl des Zielganges durch den elektrischen Antrieb synchronisiert wird, der Zielgang bei dem Getriebe (4) geschaltet wird und der Lastaufbau an dem verbrennungsmotorischen Antrieb durchgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges eines Nutzfahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
Bei Antriebssträngen mit automatischen und automatisierten Schaltsystemen werden diese üblicherweise über eine Getriebeelektronik angesteuert, mit der die Getriebeelemente betätigt werden. Die Betätigung kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch erfolgen, wobei auch Kombinationen von unterschiedlichen Betätigungsarten möglich sind. Insbesondere im Nutzfahrzeugbereich werden vorwiegend pneumatische oder elektrisch-pneumatische Schaltsysteme eingesetzt. Bei diesen Antriebssträngen werden häufig Nebenabtriebe eingesetzt.
Beispielsweise aus der Druckschrift EP 1 587 703 B1 ist ein Verfahren zum Gangwechseln bei Fahrzeugen mit eingerücktem kupplungsabhängigem Nebenabtrieb bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird über eine Steuereinheit das Drehmoment des Verbrennungsmotors so angesteuert, dass die Welle des Getriebes drehmomentlos wird und das Getriebe von den Antriebsrädern entkoppelt wird, wobei die Steuereinheit die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf eine hinsichtlich des neuen Ganges synchrone Drehzahl steuert und den neuen Gang einrückt.
Die DE 10 2010 043 591 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Nutzfahrzeugs, wobei an der Triebwelle des Verbrennungsmotors ein Nebenabtrieb angeordnet ist. Über den Nebenabtrieb kann ein daran angeschlossenes Aggregat angetrieben werden. Um die erhöhte Trägheit des Antriebs bei angekoppeltem Nebenabtrieb abzuschwächen, wird die Trägheit des Nebenabtriebs samt dem daran angeschlossenen Aggregat durch die Elektromaschine des Hybridantriebs kompensiert.
Die DE 10 2010 002 725 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, welcher ein Schaltgetriebe mit einem Nebenabtrieb umfasst. Bei einer Schaltung des Schaltgetriebes wird die zusätzliche Belastung durch den Nebenabtrieb berücksichtigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welches bei Antriebsträngen mit Parallelhybridantrieben eine verbesserte Verfahrensweise angibt, um bei eingelegtem Nebenabtrieb verbesserte Schaltvorgänge und/oder das Ausschalten des Nebenabtriebes und/oder das Auslegen eines Ganges bei verspanntem Antriebsstrang zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 3 gelöst, wobei sich vorteilhafte Weiterbildungen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Beschreibung sowie der Figur ergeben.
Es wird ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges, insbesondere eines Parallelhybrides, eines Nutzfahrzeuges mit automatisierten oder automatischen Getriebe und schaltbarem Nebenabtrieb vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird bei eingeschaltetem Nebenabtrieb ein elektrischer Antrieb des Hybrid-Antriebsstranges eingesetzt, um das Ausführen von Gangwechsel bzw. Schaltungen zu unterstützen bzw. zu vereinfachen.
Durch die Verwendung des zumindest einen zusätzlichen elektrischen Antriebes, wie zum Beispiel einer elektrischen Maschine bzw. eines E-Motors oder dergleichen, ergeben sich bei dem Antriebsstrang erweiterte Möglichkeiten der Getriebeverstellungen und des Schaltens des Nebenabtriebes. Dies wird insbesondere dadurch realisiert, dass die Synchronisation der Schaltung über den elektrischen Antrieb unterstützt bzw. durchgeführt werden kann. Ferner ist es möglich, dass das Ausschalten des Nebenabtriebes und/oder das Auslegen eines Ganges bei verspanntem Antriebsstrang durch das Anlegen eines entsprechenden Drehmomentes durch den elektrischen Antrieb derart unterstützt wird, dass ein Verspannmoment im Antriebsstrang abgebaut wird und somit der Nebenabtrieb und/oder der Gang ohne weiteres ausgeschaltet bzw. ausgelegt werden kann.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zum Durchführen von Schaltungen während der Fahrt des Nutzfahrzeuges mit eingelegtem Nebenabtrieb der elektrische Antrieb verwendet werden, um eine verbesserte Synchronisierung der Schaltung zu erreichen. Hierzu wird bei einem während der Fahrt des Nutzfahrzeuges angeforderten Schaltbefehl zunächst ein Lastabbau bei dem verbrennungsmotorischen Antrieb bzw. an dem Verbrennungsmotor oder dergleichen Antrieb durchgeführt, wobei der elektrische Antrieb danach auf das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes geführt wird. Wenn der Antriebsstrang an das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes angepasst ist, wird das Getriebe nach Neutral geschaltet und die Zieldrehzahl des Zielganges durch den elektrischen Antrieb synchronisiert. Schließlich kann der Zielgang bei dem Getriebe geschaltet werden und die Last an dem verbrennungsmotorischen Antrieb wieder aufgebaut werden.
Vorzugsweise kann der Lastabbau an dem verbrennungsmotorischen Antrieb durch Öffnen der Kupplung am Antriebsstrang realisiert werden, wobei der Lastaufbau nach erfolgter Schaltung an dem verbrennungsmotorischen Antrieb durch Schließen der Kupplung erreicht wird.
Bei rein elektrischem Fahren ist die Kupplung bereits geöffnet, da keine verbrennungsmotorische Leistung auf den Antriebsstrang übertragen wird. In diesem Fall kann bei einem während der Fahrt des Nutzfahrzeuges angeforderten Schaltbefehl der elektrische Antrieb auf das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes geführt bzw. angepasst werden, um das Getriebe auf Neutral schalten zu können. Danach wird die Zieldrehzahl des Zielganges durch den elektrischen Antrieb synchronisiert und der Zielgang bei dem Getriebe geschaltet.
Wenn bei dem vorbeschriebenen Verfahren Gangausschaltprobleme auftreten, kann das Drehmoment des elektrischen Antriebs variiert bzw. verändert werden, bis der aktuelle Gang des Getriebes ausgelegt werden kann.
Auch kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Zahn-auf-Zahnstellung aufgelöst werden, indem nach Erkennen einer derartigen Situation diese durch Veränderung des Drehmomentes des elektrischen Antriebs aufgelöst wird.
Um die vorgeschlagenen Verfahrensabläufe weiter zu optimieren, kann vorgesehen sein, dass während der Neutralphase das Drehmoment des Nebenabtriebes und/oder die Massenträgheit des Nebenabtriebes ermittelt werden.
Zum Ermitteln des Drehmomentes an dem Nebenabtrieb kann die Drehzahl durch den elektrischen Antrieb während Neutral konstant gehalten werden, so dass das Drehmoment des elektrischen Antriebes dem Drehmoment des Nebenabtriebes entspricht. Zum Ermitteln der Massenträgheit des Nebenabtriebes während der Neutralstellung des Getriebes kann die Drehzahl des elektrischen Antriebes verändert werden, so dass aus dem Drehzahlgradienten die Massenträgheit des Nebenabtriebes ermittelt werden kann bzw. berechnet werden kann.
Darüber hinaus wird ein Verfahren angegeben, bei dem zum Auslegen eines Ganges bei dem Getriebe und/oder zum Ausschalten des Nebenabtriebes bei verspanntem Antriebsstrang das Drehmoment des elektrischen Antriebes entsprechend eingesetzt wird. Hierzu kann vorgesehen sein, dass das Drehmoment des elektrischen Antriebes bzw. des Elektromotors derart variiert wird, dass das an dem Antriebsstrang anliegende Verspannmoment entsprechend abgebaut wird. Auf diese Weise kann nach abgebautem Verspannmoment ein Gangwechsel oder auch das Ausschalten des Nebenabtriebes ohne weiteres realisiert werden.
Durch die vorgeschlagenen Verfahren ergeben sich erweiterte Einsatzmöglichkeiten des Nebenabtriebes bei einem Hybrid-Antriebsstrang eines Nutzfahrzeuges. Bei verschiedenen Einsatzmöglichkeiten kann durch entsprechende Abdeckung des kompletten Fahrbereiches eines getriebeseitigen Nebenabtriebes z.B. ein kostenintensiver und konstruktiv aufwändiger motorseitiger Nebenabtrieb ersetzt werden. Des Weiteren ist es möglich, dass der Nebenabtrieb in allen Betriebssituationen rein elektrisch betrieben werden kann.
Die einzige Figur der Erfindung zeigt beispielhaft eine schematische Ansicht eines Hybrid-Antriebsstranges eines Nutzfahrzeuges, bei dem beispielsweise das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann, ohne darauf beschränkt zu sein.
Der Hybrid-Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der über eine Kupplung 2 mit einem elektrischen Antrieb z.B. als elektrische Maschine 3 und mit einem Hauptgetriebe 4 koppelbar ist. Das Hauptgetriebe 4 umfasst bei dem gezeigten Anwendungsbeispiel eine vorgeschaltete Getriebegruppe bzw. einen Splitter 5 und ein nachgeschaltetes Gruppengetriebe 6, welches mit dem Abtrieb des Nutzfahrzeuges verbunden ist. Das Hauptgetriebe 4 ist beispielhaft als zwei Vorgelegewellen-Gruppengetriebe ausgeführt, wobei an eine Vorgelegewelle ein Nebenabtrieb PTO z.B. als Pumpe oder dergleichen über einen Ein- bzw. Ausschaltmechanismus 8 anschließbar ist. Die andere Vorgelegewelle 9 ist beispielhaft mit einer Getriebebremse GBR versehen.
Zum Durchführen von Schaltungen während der Fahrt des Nutzfahrzeuges bei eingelegtem Nebenabtrieb PTO kann beispielhaft folgender Ablauf vorgesehen sein:

Das Nutzfahrzeug fährt in einem aktuellen Gang des Getriebes 4 mit eingelegtem Nebenabtrieb PTO. Der Schaltbefehl wird angefordert. Es erfolgt der Lastabbau am Verbrennungsmotor 1 durch das Öffnen der Kupplung 2. Die elektrische Maschine bzw. der E-Motor 3 wird auf das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes PTO geführt. Danach wird das Getriebe 4 nach Neutral geschaltet. Es folgt die Synchronisierung auf die Zieldrehzahl mithilfe des E-Motors 3. Der E-Motor 3 hält die Zieldrehzahl und kompensiert das Drehmoment des Nebenabtriebes PTO. Bei dem Getriebe 4 wird der Zielgang eingelegt, wobei je nach Fahrsituation ein beliebiger Gang auch der ursprüngliche Gang gewählt werden kann. Es folgt der Lastaufbau am Verbrennungsmotor 1 und an der elektrischen Maschine 3. Schließlich wird die Kupplung 2 wieder geschlossen.

Falls das elektrische Fahren aktiv ist und somit die Kupplung 2 bereits offen ist, wird diese nicht betätigt. Bei Gangausschaltproblemen wird das Drehmoment des E-Motors 3 variiert bis der der Gang schaltbar ist. Dadurch wird ein eventuell nicht korrektes zu kompensierendes Drehmoment des Nebenabtriebes PTO ausgeglichen.
Ferner wird eine eventuelle Zahn-auf-Zahnstellung bei dem Getriebe 4 durch eine Momentenänderung an dem E-Motor 3 aufgelöst.
Zum Ausschalten des Nebenabtriebes PTO und/oder zum Gangauslegen bei verspanntem Antriebsstrang ist folgende Verfahrensweise möglich:

Bei eingelegtem Nebenabtrieb PTO und/oder bei eingelegtem Gang sowie Fahrzeugstillstand ist unter Last ein Ausschalten des Nebenabtriebes PTO oder ein Auslegung des Ganges nicht ohne weiteres möglich. Der Lastzustand an dem Antriebsstrang kann beispielsweise dadurch vorliegen, dass der Abtrieb zum Beispiel am Berg bei geöffneter Kupplung verspannt ist bzw. unter Last steht.

Unter diesen Bedingungen kann der Nebenabtrieb PTO oder das Gangauslegen nicht durchgeführt werden. Eine Unterstützung durch den Verbrennungsmotor 1 durch entsprechende Ansteuerung der Kupplung 2 ist in diesem Zustand nicht zielführend, da nur eine zur Verfügung stehende Drehomentenrichtung vorliegt. Zur Unterstützung des Ausschaltens des Nebenabtriebes PTO oder des Auslegens des Ganges wird erfindungsgemäß das Drehmoment des E-Motors variiert, wobei beide Drehmomentrichtungen zur Verfügung stehen. Auf diese Weise wird das Verspannmoment im Antriebsstrang abgebaut, sodass der Nebenabtrieb PTO und/oder das Gangauslegen ohne weiteres möglich sind.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
2: Kupplung
3: E-Motor bzw. elektrische Maschine
4: Getriebe
5: Splitter
6: Gruppengetriebe
7: Vorgelegewelle
8: Ein- bzw. Ausschaltmechanismus
9: Vorgelegewelle
GBR: Getriebebremse
PTO: Nebenabtrieb

Claims

Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges eines Nutzfahrzeuges mit automatisiertem oder automatischem Getriebe (4) und schaltbarem Nebenabtrieb (PTO), wobei bei eingeschaltetem Nebenabtrieb (PTO) ein elektrischer Antrieb des Hybrid-Antriebstranges eingesetzt wird, um das Ausführen von Gangwechseln zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem während der Fahrt des Nutzfahrzeuges angeforderten Schaltbefehl ein Lastabbau an dem verbrennungsmotorischen Antrieb durchgeführt wird, der elektrische Antrieb auf das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes (PTO) angepasst wird, das Getriebe (4) nach Neutral geschaltet wird, die Zieldrehzahl des Zielganges durch den elektrischen Antrieb synchronisiert wird, der Zielgang bei dem Getriebe (4) geschaltet wird und der Lastaufbau an dem verbrennungsmotorischen Antrieb durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastabbau an dem Verbrennungsmotor (1) durch Öffnen einer Kupplung (2) und der Lastaufbau an dem Verbrennungsmotor (1) durch Schließen der Kupplung (2) durchgeführt werden.
Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges eines Nutzfahrzeuges mit automatisiertem oder automatischem Getriebe (4) und schaltbarem Nebenabtrieb (PTO), wobei bei eingeschaltetem Nebenabtrieb (PTO) ein elektrischer Antrieb des Hybrid-Antriebstranges eingesetzt wird, um das Ausführen von Gangwechseln zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem während der Fahrt des Nutzfahrzeuges bei rein elektrischem Antrieb angeforderten Schaltbefehl der elektrische Antrieb auf das aktuelle Drehmoment des Nebenabtriebes (PTO) angepasst wird, das Getriebe (4) nach Neutral geschaltet wird, die Zieldrehzahl des Zielganges durch den elektrischen Antrieb synchronisiert wird, und der Zielgang bei dem Getriebe (4) geschaltet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Gangausschaltproblemen das Drehmoment des elektrischen Antriebes variiert wird, bis der aktuelle Gang des Getriebes (4) auslegbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen einer Zahn-auf-Zahnstellung bei dem Getriebe (4) durch Veränderung des Drehmomentes des elektrischen Antriebes aufgelöst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment an dem Nebenabtrieb (PTO) während der Neutralstellung des Getriebes (4) ermittelt wird, indem die Drehzahl durch den elektrischen Antrieb konstant gehalten wird, so dass das Drehmoment des elektrischen Antriebes dem Drehmoment des Nebenabtriebes (PTO) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Massenträgheit des Nebenabtriebes (PTO) während der Neutralstellung des Getriebes (4) ermittelt wird, indem die Drehzahl des elektrischen Antriebes verändert wird, so dass aus dem Drehzahlgradient die Massenträgheit des Nebenabtriebes (PTO) ermittelbar ist.