DE102014203668A1 - Control device for operating a road-locked hybrid vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit einer einer ersten Achse zugeordneten ersten Antriebseinheit und mit einer einer zweiten Achse zugeordneten zweiten Antriebseinheit, mit einer vom Fahrer bedienbaren Wähleinrichtung zum manuellen Wechsel zwischen einem rein elektrischen Betriebsmodus und einem automatischen Betriebsmodus und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten zumindest teilweise abhängig von der Bedienung der Wähleinrichtung, wobei die erste Antriebseinheit einen Elektromotor und ein mit dem Elektromotor zusammenwirkendes automatisch schaltbares Zwei-Gang-Getriebe aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor und ein mit dem Verbrennungsmotor zusammenwirkendes weiteres Getriebe aufweist.The invention relates to a control device for operating a road-coupled hybrid vehicle having a first drive unit associated with a first axis and a second drive unit associated with a second axis, with a selector device that can be operated by the driver for manual change between a purely electrical operating mode and an automatic operating mode and with at least one electronic control unit for controlling the drive units at least partially depending on the operation of the selector, wherein the first drive unit comprises an electric motor and a cooperable with the electric motor automatically switchable two-speed transmission and wherein the second drive unit is an internal combustion engine and cooperating with the internal combustion engine has another transmission.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einer einer ersten Achse (z. B. Vorderachse) zugeordneten ersten Antriebseinheit (z. B. mit Elektromotor als Antriebsmotor) und mit einer einer zweiten Achse (z. B. Hinterachse) zugeordneten zweiten Antriebseinheit (z. B. mit Verbrennungsmotor als Antriebsmotor).The invention relates to a control device for operating a road-coupled hybrid vehicle with at least one electronic control unit, with a first drive unit (eg with electric motor as drive motor) assigned to a first axle (eg front axle) and with a second axle ( eg rear axle) associated second drive unit (eg, with internal combustion engine as a drive motor).

Die erste Antriebseinheit und die zweite Antriebseinheit sind nicht über eine fahrzeuginterne mechanische Kupplung oder Längssperre, sondern lediglich über die Räder durch die Straße antriebsbezogen gekoppelt. Derartige straßengekoppelte Hybridfahrzeuge werden auch als „Axle-Split”-Hybridfahrzeuge bezeichnet. Vorzugsweise wird dabei ein Elektromotor als Primärmotor und ein Verbrennungsmotor als Sekundärmotor verwendet.The first drive unit and the second drive unit are not coupled via an in-vehicle mechanical clutch or longitudinal lock, but only drive-related via the wheels through the road. Such road-locked hybrid vehicles are also referred to as "axle-split" hybrid vehicles. Preferably, an electric motor is used as a primary engine and an internal combustion engine as a secondary engine.

Verschiedene Verfahren zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges sind beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen 10 2012 211 920 , 10 2013 208 965 oder 10 2013 219 085 beschrieben.Various methods for operating a road-locked hybrid vehicle, for example, in German patent applications 10 2012 211 920 . 10 2013 208 965 or 10 2013 219 085 described.

Derartige Hybridfahrzeuge sind insbesondere in einem ersten Betriebsmodus (vorzugsweise E-Modus für rein elektrisches Fahren), bei dem zur Antriebssteuerung der Elektromotor als Primärmotor allein betrieben wird, und in einem zweiten Betriebsmodus (vorzugsweise A-Modus für automatisch gesteuertes elektrisches und/oder verbrennungsmotorisches Fahren), bei dem zur Antriebssteuerung automatisch auch der Verbrennungsmotor als Sekundärmotor zu- und abschaltbar ist, betreibbar.Such hybrid vehicles are in particular in a first operating mode (preferably E-mode for purely electric driving), in which the electric motor is operated as the primary engine alone for drive control, and in a second operating mode (preferably A-mode for automatically controlled electric and / or internal combustion engine driving ), in which the internal combustion engine can be switched on and off automatically as the secondary engine for drive control, can also be operated.

Die deutschen Patentanmeldungen 10 2012 211 920 und 10 2013 208 965 beschäftigen sich mit Verfahren zum Zuschalten des Sekundärmotors.The German patent applications 10 2012 211 920 and 10 2013 208 965 deal with procedures for connecting the secondary motor.

In der deutschen Patentanmeldung 10 2013 219 085 werden bei antriebsorientiertem Fahren fahrleistungs- sowie verbrauchsoptimierende Antriebs-Strategien zur Ansteuerung des Primär- und Sekundärmotors in den Vordergrund gestellt. Demgegenüber wird bei fahrdynamikorientiertem Fahren insbesondere bei Traktionsbedarf die Antriebsmomentverteilung auf die Achsen in den Vordergrund gestellt.In the German patent application 10 2013 219 085 Drive-oriented driving and consumption-optimizing drive strategies for controlling the primary and secondary motors are emphasized in drive-oriented driving. In contrast, the drive torque distribution is placed on the axes in the foreground in driving dynamics-oriented driving, especially in traction demand.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hybridfahrzeug eingangs genannter Art im Hinblick auf einen optimalen Kompromiss zwischen dem Erreichen einer hohen elektrischen Anfahrbeschleunigung mit hohem Antriebsmoment und dem Erreichen einer möglichst hohen Maximalfahrzeuggeschwindigkeit zu verbessern.It is an object of the invention to improve a hybrid vehicle of the type mentioned in terms of an optimal compromise between achieving a high electric starting acceleration with a high driving torque and achieving the highest possible maximum vehicle speed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Abhängige Ansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by the subject of independent claim 1. Dependent claims are advantageous developments of the invention.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit einer einer ersten Achse zugeordneten ersten Antriebseinheit und mit einer einer zweiten Achse zugeordneten zweiten Antriebseinheit, mit einer vom Fahrer bedienbaren Wähleinrichtung zum manuellen Wechsel zwischen einem rein elektrischen Betriebsmodus und einem automatischen Betriebsmodus und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinheiten zumindest teilweise auch abhängig von der Bedienung der Wähleinrichtung, wobei die erste Antriebseinheit einen Elektromotor und ein mit dem Elektromotor zusammenwirkendes automatisch schaltbares Zwei-Gang-Getriebe aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor und ein mit dem Verbrennungsmotor zusammenwirkendes weiteres Getriebe aufweist.The invention relates to a control device for operating a road-coupled hybrid vehicle having a first drive unit associated with a first axis and a second drive unit associated with a second axis, with a selector device that can be operated by the driver for manual change between a purely electrical operating mode and an automatic operating mode and with at least one electronic control unit for controlling the drive units at least partially also depending on the operation of the selector, wherein the first drive unit comprises an electric motor and cooperating with the electric motor automatically switchable two-speed transmission and wherein the second drive unit is an internal combustion engine and one with the internal combustion engine having cooperating further transmission.

Die Erfindung basiert auf einem speziellen elektromechanisch steuerbaren Zwei-Gang-Getriebe mit synchronisierten Gangwechselvorgängen, das einem Elektromotor als Antriebsmotor zugeordnet ist. Diese erste (elektrische) Antriebseinheit bestehend aus einem Elektromotor als Antriebsmotor und dem erwähnten Zwei-Gang-Getriebe wirkt auf eine erste Achse eines Hybridfahrzeuges und ist nicht fahrzeugintern mechanisch mit einer zweiten (verbrennungsmotorischen) Antriebseinheit auf der zweiten Achse des Hybridfahrzeuges verbunden.The invention is based on a special electromechanically controllable two-speed transmission with synchronized gear change operations, which is associated with an electric motor as a drive motor. This first (electric) drive unit consisting of an electric motor as the drive motor and the mentioned two-speed transmission acts on a first axis of a hybrid vehicle and is not mechanically connected to a second (internal combustion engine) drive unit on the second axis of the hybrid vehicle.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zur Steuerung des Gangwechsels im Zwei-Gang-Getriebe berücksichtigt unterschiedliche Betriebsmodi in einem Hybridfahrzeug, insbesondere bei einem Wechsel von einem automatischen Hybridmodus (A-Modus) in einen rein elektrischen Betriebsmodus (E-Modus) und umgekehrt.The control device according to the invention for controlling the gear change in the two-speed transmission takes into account different operating modes in a hybrid vehicle, in particular when changing from an automatic hybrid mode (A mode) to a purely electrical operating mode (E mode) and vice versa.

Die Erfindung betrifft auch eine Steuervorrichtung zur Ablaufsteuerung des Gangwechsels im Zwei-Gang-Getriebe, der mit einer Drehmomentreduzierung des Elektromotors eingeleitet wird, denn die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht keine Kupplung zwischen dem Elektromotor und dem Zwei-Gang-Getriebe vor.The invention also relates to a control device for sequencing the gear change in two-speed transmission, which is initiated with a torque reduction of the electric motor, because the device according to the invention provides no coupling between the electric motor and the two-speed transmission.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Drehmomentreduzierung des Elektromotors bei einem Gangwechsel an der ersten Achse durch die zweite Antriebseinheit auf der zweiten Achse durch Straßenkopplung kompensiert, sofern die zweite Antriebseinheit nicht ausgeschaltet ist oder nicht schnell genug zuschaltbar ist.Preferably, the torque reduction of the electric motor according to the invention is compensated by a gear change on the first axis by the second drive unit on the second axis by road coupling, provided that the second drive unit is not turned off or can not be engaged quickly enough.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Durch eine Kombination aus Verbrennungsmotor und E-Maschine (= Elektromotor) sind verschiedene Betriebsmodi (z. B. rein elektrisches Fahren, rein verbrennungsmotorisches Fahren oder kombiniertes elektrisches und verbrennungsmotorisches Fahren) möglich. Beispielsweise arbeiten im A-Modus beim starken Beschleunigen der Verbrennungsmotor und die E-Maschine vorzugsweise gemeinsam. In der Regel dient die E-Maschine beim Beschleunigen der kurzfristigen Speisung hoher Drehmomente, da der Verbrennungsmotor ein langsameres Zeitverhalten aufweist.
The invention is based on the following considerations:

A combination of internal combustion engine and electric motor (= electric motor) enables different operating modes (eg purely electric driving, pure combustion engine driving or combined electric and combustion engine driving). For example, in the A-mode during strong acceleration of the internal combustion engine and the electric motor preferably work together. As a rule, the electric motor serves to accelerate the short-term supply of high torques, since the internal combustion engine has a slower time response.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand eines „Split-Axle”-Hybridfahrzeugkonzepts erläutert, bei dem sich die E-Maschine als zentraler Antrieb an der Vorderachse und der Verbrennungsmotor als zentraler Antrieb an der Hinterachse befindet. Die beiden Antriebstechnologien sind unabhängig voneinander betreibbar und mittels mindestens eines elektronischen Steuergerätes, das beiden Antriebstechnologien zugeordnet ist, auch miteinander funktionell im Hinblick auf eine radmomentbezogene Drehmomentstruktur koppelbar.The invention is explained by way of example with reference to a "split-axle" hybrid vehicle concept in which the electric motor is located as a central drive on the front axle and the internal combustion engine as a central drive on the rear axle. The two drive technologies can be operated independently of one another and can also be coupled to one another functionally with respect to a wheel-torque-related torque structure by means of at least one electronic control unit which is assigned to both drive technologies.

Zum technischen Hintergrund wird ergänzend auf einen Vortrag der Anmelderin auf dem 22. Aachener Kolloquium im Oktober 2013 hingewiesen, in dem bereits auf einige der Erfindung vorausgehende Konzeptüberlegungen zum neuen BMW i8 (geplanter Serieneinsatz im März 2014) hingewiesen wurde. Weiterhin wird zur generellen radmomentbezogenen Drehmomentstruktur im Rahmen der gekoppelten Antriebssteuerung mittels eines Motorsteuergeräts (DME) bei einem straßengekoppelten Hybridfahrzeug auf die froheren Patentanmeldungen DE 10 2011 004 862 und die DE 10 2011 005 962 der Anmelderin hingewiesen.In addition to a technical background, the Applicant's presentation at the 22nd Aachen Colloquium in October 2013 draws attention to some of the concept considerations for the new BMW i8 (planned series use in March 2014) that preceded the invention. Furthermore, the general wheel torque-related torque structure in the context of the coupled drive control by means of an engine control unit (DME) in a road-bound hybrid vehicle to the earlier patent applications DE 10 2011 004 862 and the DE 10 2011 005 962 the applicant pointed out.

Details der Erfindung werden im hier folgenden Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtDetails of the invention are explained in more detail in the following embodiment with reference to the drawing. It shows

1 eine schematische Darstellung eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit den für die Erfindung wesentlichen Komponenten, 1 a schematic representation of a road-coupled hybrid vehicle with the essential components of the invention,

2 eine schematische Darstellung der Aktuatoranordnung im Zwei-Gang-Getriebe zur Einstellung der Schalthebelpositionen mittels einer elektromotorisch einstellbaren Schaltgabel und 2 a schematic representation of the actuator assembly in the two-speed transmission for adjusting the shift lever positions by means of an electric motor adjustable shift fork and

3 eine bildliche Darstellung der wesentlichen Vorgänge bei einer vorteilhaften Schaltablaufsteuerung mittels der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung. 3 a pictorial representation of the essential processes in an advantageous switching sequence control means of the switching device according to the invention.

In 1 ist ein sogenanntes straßengekoppeltes Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor 1, der als erster Antriebsmotor beispielsweise auf die Vorderachse VA wirkt, und mit einem Verbrennungsmotor 3, der als zweiter Antriebsmotor auf die Hinterachse HA wirkt, dargestellt. Ein zweiter Elektromotor 2 kann zusätzlich zum Verbrennungsmotor 3 vorgesehen sein. Weiterhin ist ein zweites Getriebe 4 vorzugsweise in Form eines elektronisch steuerbaren Automatikgetriebes (wie aus dem Stand der Technik von BMW Serienfahrzeugen bereits bekannt) eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden. Analog ist die Erfindung auch für eine anders angeordnete Reihenfolge der Komponenten 2, 3 und 4 anwendbar.In 1 is a so-called road-coupled hybrid vehicle with an electric motor 1 , which acts as the first drive motor, for example, on the front axle VA, and with an internal combustion engine 3 , which acts as a second drive motor on the rear axle HA, shown. A second electric motor 2 can in addition to the internal combustion engine 3 be provided. Furthermore, a second transmission 4 preferably in the form of an electronically controllable automatic transmission (as already known from the prior art of BMW production vehicles) on the input side with the internal combustion engine 3 connected. Analogously, the invention is also for a differently arranged sequence of the components 2 . 3 and 4 applicable.

Auch könnte der Elektromotor 1 auf der Hinterachse und der Verbrennungsmotor 3 auf der Vorderachse angeordnet sein.Also could be the electric motor 1 on the rear axle and the internal combustion engine 3 be arranged on the front axle.

Der Elektromotor 1 wirkt ohne zwischengeschaltete Kupplung mit einem Zwei-Gang-Getriebe 7 zusammen.The electric motor 1 works without intermediate clutch with a two-speed gearbox 7 together.

Das Hybridfahrzeug weist darüber hinaus eine vom Fahrer bedienbare Wähleinrichtung („Max-E-Drive”-Taster) zum manuellen Wechsel zwischen einem rein elektrischen Betriebsmodus (E-Modus) und einem automatischen Betriebsmodus (A-Modus) auf.The hybrid vehicle further includes a driver-operable ("Max E-Drive") switch for manually switching between a purely electrical (E-mode) and an automatic (A-mode) operation mode.

Weiterhin ist im Hybridfahrzeug eine an sich (beispielsweise von BMW Serienfahrzeugen) bekannte elektronische Getriebewähleinrichtung 9 vorhanden, über die vom Fahrer übliche für das Automatikgetriebe 4 vorgesehene Fahrpositionen P, R, N und D sowie eine Schalterposition „S” für die Auswahl eines sportlichen Automatik-Modus anwählbar sind.Furthermore, in the hybrid vehicle is a per se (for example, BMW production vehicles) known electronic Getriebewähleinrichtung 9 available, about the usual for the driver of the automatic transmission 4 provided driving positions P, R, N and D and a switch position "S" for the selection of a sporty automatic mode are selectable.

Schließlich ist in 1 ein ebenfalls bekannter Kick-Down-Schalter KD dargestellt, der bekanntermaßen am unteren Ende eines hier nicht näher gezeigten Fahrpedals angeordnet ist.Finally, in 1 a well-known kick-down switch KD shown, which is known to be located at the lower end of an accelerator pedal not shown here.

Die Antriebs-Steuerung des Hybridfahrzeuges wird vorzugsweise durch ein erstes elektronisches Steuergerät 5 durchgeführt, durch das grundsätzlich eine radmomentbezogene Gesamt-Antriebssteuerung für alle vorhandenen Antriebsmotoren durchführbar ist (bekannt beispielsweise aus den oben erwähnten Patentanmeldungen DE 10 2011 004 862 und die DE 10 2011 005 962 ). Weiterhin ist beispielsweise ebenfalls im Steuergerät 5 oder vorzugsweise (wie hier gezeigt) in einem mechatronisch dem Zwei-Gang-Getriebe 7 örtlich näher zugeordneten Zusatzsteuergerät 8 erfindungsgemäß ein Funktionsmodul GS-E („Getriebesteuerung E-Antrieb”) enthalten. Das Funktionsmodul GS-E ist beispielsweise als Software-Programmmodul ausgestaltet. Mittels des Funktionsmoduls GS-E und der Steuergeräte 5 und/oder 8 ist das Zwei-Gang-Getriebe 7 vorzugsweise mit der in 3 dargestellten besonders vorteilhaften Ablaufsteuerung ansteuerbar.The drive control of the hybrid vehicle is preferably by a first electronic control unit 5 carried out by the principle of a rad torque-related total drive control for all existing drive motors is feasible (known, for example, from the above-mentioned patent applications DE 10 2011 004 862 and the DE 10 2011 005 962 ). Furthermore, for example, also in the control unit 5 or preferably (as shown here) in a mechatronic two-speed transmission 7 locally associated additional control unit 8th According to the invention, a function module GS-E ("transmission control E-drive") included. The function module GS-E is configured, for example, as a software program module. By means of the function module GS-E and the control units 5 and or 8th is the two-speed transmission 7 preferably with the in 3 shown particularly advantageous flow control controlled.

Die Steuergeräte 5 und 8 sind vorzugsweise über einen Datenbus (z. B. CAN) miteinander verbunden und tauschen bedarfsweise Sensor- und Steuersignale aus. Beispielsweise kann das Steuergerät 8 vom Steuergerät 5 die Fahrzeuggeschwindigkeit v und ein Signal T0 als Informationen erhalten. Das Signal T0 wird erzeugt, wenn der Kraftstofftank für den Verbrennungsmotor 3 leer ist.The controllers 5 and 8th are preferably interconnected via a data bus (eg, CAN) and exchange sensor and control signals as needed. For example, the controller 8th from the control unit 5 the vehicle speed v and a signal T0 are obtained as information. The signal T0 is generated when the fuel tank for the internal combustion engine 3 is empty.

Mit 2 wird die Aktuatoranordnung des Zwei-Gang-Getriebe 7 funktionell erläutert: Eine Schaltgabel SG ist durch einen vom Steuergerät 8 elektrisch ansteuerbaren Spindel-Stellmotor SM in eine einem ersten Gang G1 zugeordnete erste Schalthebelposition POS G1, in eine einer Neutralstellung N zugeordnete mittlere Schalthebelposition POS N und in eine einem zweiten Gang G2 zugeordnete zweite Schalthebelposition POS G2 translatorisch verschiebbar. Über einen Hall-Sensor S ist die momentane Ist-Position der Schaltgabel SG erfassbar. Zwischen den Schalthebelpositionen sind an sich bekannte Synchroschaltelemente SE vorgesehen. Die Schalthebelpositionen sind tatsächlich Schalthebelpositionsbereiche, die durch ein notwendiges Spiel eines Gleitsteins an der Schaltgabel SG zur Reduzierung des Reibverlustes beim Übergang zur Drehbewegung der Stellringe vorgegeben sind (an sich bekannt).With 2 becomes the actuator assembly of the two-speed transmission 7 functionally explained: A shift fork SG is by one of the control unit 8th electrically controllable spindle servo motor SM in a first gear G1 associated first shift lever POS POS, in a neutral position N associated middle shift lever position POS N and in a second gear G2 associated second shift lever position POS G2 translationally displaceable. Via a Hall sensor S, the current actual position of the shift fork SG can be detected. Between the shift lever positions known synchro switching elements SE are provided. The shift lever positions are actually shift lever position ranges given by a necessary play of a slider on the shift fork SG to reduce the frictional loss in the transition to the rotational movement of the collars (known per se).

Das Steuergerät 8 weist ein Funktionsmodul GS-E auf, das derart ausgestaltet (insbesondere programmiert) ist, dass ein Wechsel zwischen dem ersten Gang G1 und dem zweiten Gang G2 abhängig von der Bedienung der Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) einleitbar ist.The control unit 8th has a function module GS-E, which is configured (in particular programmed) that a change between the first gear G1 and the second gear G2 depending on the operation of the selector (Max-E-Drive button) can be introduced.

Das Funktionsmodul GS-E ist aber auch derart ausgestaltet (insbesondere programmiert), dass ein Wechsel zwischen dem ersten Gang G1 und dem zweiten Gang G2 abhängig von weiteren vorgegebenen Bedingungen einleitbar ist.However, the function module GS-E is also designed (in particular programmed) such that a change between the first gear G1 and the second gear G2 can be initiated as a function of further predetermined conditions.

Ein Gangwechsel wird dabei z. B. mit einem Sollgang-Sprung (z. B. in Form eines digitalen Hochschalt- oder Rückschalt-Befehles innerhalb eines Softwareprogramms, siehe auch 3) eingeleitet.A gear change is z. B. with a nominal gear jump (eg., In the form of a digital upshift or downshift command within a software program, see also 3 ).

Ein Gangwechsel findet mittels der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung vorzugsweise – auch als eigenständige Idee – folgendermaßen statt: Ein Gangwechsel vom zweiten Gang G2 in den ersten Gang G1 wird dann eingeleitet, wenn zumindest eine der vorgegebenen Bedingungen vorliegt:

  • 1) Wenn während einer Vorwärtsfahrt vom Fahrer die Wähleinrichtung „Max-E-Drive” zum Einschalten des E-Modus bedient wird und die Fahrzeuggeschwindigkeit v in einem definierten unteren Geschwindigkeitsbereich, z. B. 0 < v < 120 km/h, liegt.
A gear change preferably takes place by means of the control device according to the invention-also as an independent idea-as follows: A gear change from the second gear G2 into the first gear G1 is initiated when at least one of the given conditions is present:
  • 1) If, during a forward drive, the driver operates the Max-E-Drive selector to turn on the E-mode and the vehicle speed v is within a defined lower speed range, e.g. B. 0 <v <120 km / h, is located.

Anmerkung: Der untere Geschwindigkeitsbereich ist allgemein nach oben durch die maximal mögliche Fahrzeuggeschwindigkeit v im ersten Gang G1 im E-Modus bestimmt. Ein Einschalten des E-Modus bei höherer Fahrzeuggeschwindigkeit v bewirkt eine Verzögerung des Gangwechsels bis zum Erreichen des unteren Geschwindigkeitsbereiches.Note: The lower speed range is generally determined upward by the maximum possible vehicle speed v in first gear G1 in E mode. Switching on the E-mode at higher vehicle speed v causes a delay in the gear change until reaching the lower speed range.

ODER

  • 2) Wenn nach einer Rückwärtsfahrt, während der vom Fahrer die Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) zum Einschalten des E-Modus bedient wurde, wieder eine Vorwärtsfahrt erfolgt.
OR
  • 2) If, after a reverse drive while the driver has operated the selector (Max E-Drive button) to switch on the E-mode, the vehicle will move forward again.

Anmerkung: Während der Rückwärtsfahrt wird der 2. Gang beibehalten.Note: During reverse, 2nd gear is maintained.

ODER

  • 3) Wenn ein Signal (T0) vorliegt, das bei Vorliegen eines leeren Kraftstofftanks erzeugbar ist.
OR
  • 3) If there is a signal (T0) that can be generated in the presence of an empty fuel tank.

Anmerkung: Dieser Gangwechsel ist mit einem ausnahmsweise ohne Bedienung der Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) verbundenen automatischen Einschalten des E-Modus verbunden, da anderenfalls das Fahrzeug nicht weiterfahren könnte (Verfügbarkeitsaspekt, Notlauf).Note: This gear change is associated with an automatic switch-on of the E-mode connected exceptionally without using the selector (Max-E-Drive button), as otherwise the vehicle could not continue (availability aspect, emergency operation).

Ein Gangwechsel vom ersten Gang G1 in den zweiten Gang G2 wird dann eingeleitet, wenn zumindest eine der vorgegebenen Bedingungen vorliegt:

  • – wenn ausgehend vom eingeschalteten E-Modus vom Fahrer ein Kick-Down-Schalter KD betätigt wird ODER
  • – wenn ausgehend vom eingeschalteten E-Modus vom Fahrer ein sportlicher Modus S angewählt wird ODER
  • – wenn das Hybridfahrzeug abgestellt oder neu gestartet wird ODER
  • – wenn der elektrische Energiespeichers für den Betrieb des Elektromotors 1 eine definierte maximal zulässige Entladung erreicht hat.
A gear change from the first gear G1 to the second gear G2 is initiated when at least one of the predetermined conditions is present:
  • If a kickdown switch KD is actuated by the driver on the basis of the switched on E-mode OR
  • If, starting from the switched on E-mode by the driver, a sporty mode S is selected OR
  • - when the hybrid vehicle is parked or restarted OR
  • - If the electrical energy storage for the operation of the electric motor 1 has reached a defined maximum allowable discharge.

Eine an sich auch eigenständige erfinderische Idee ist die Ablaufsteuerung eines Gangwechsels gemäß 3, die in folgenden Stufen durchgeführt wird:

  • – in einer ersten Stufe I wird das Drehmoment ME des Elektromotors 1 auf zumindest nahezu null reduziert (da das Zwei-Gang-Getriebe keine Kupplung aufweist, die zur Kraftschlussunterbrechung geöffnet werden kann),
  • – in einer zweiten Stufe II wird der Kraftschluss zwischen dem Elektromotor 1 und dem Getriebe 7 durch Einstellen der Schaltgabel SG in die der Neutralstellung N zugeordnete mittlere Schalthebelposition POS N aufgehoben,
  • – in einer dritten Stufe III wird bei Beibehaltung der Neutralstellung N mittels entsprechender Regelung oder Steuerung des Drehmoments ME des Elektromotors 1 eine Haupt-Synchronisation der Drehzahl n des Elektromotors 1 an den neuen Gang (hier G2) bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit v bis zum Erreichen einer vorgegebenen vergleichsweise geringen Drehzahlabweichung dn vorgenommen und
  • – in einer vierten Stufe IV wird zum Einlegen des neuen Ganges (hier G2) eine Rest-Synchronisation – siehe Bereich i – durch Überwindung der verbleibenden Drehzahlabweichung dn mittels des mechanisch wirkenden Synchroschaltelements SE vorgenommen.
A self-inventive idea is the sequence control of a gear change according to 3 , which is carried out in the following stages:
  • - In a first stage I, the torque M E of the electric motor 1 reduced to at least nearly zero (since the two-speed transmission does not have a clutch that can be opened for traction interruption),
  • - In a second stage II, the adhesion between the electric motor 1 and the transmission 7 canceled by setting the shift fork SG in the middle shift lever position POS N assigned to the neutral position N,
  • - In a third stage III is maintained while maintaining the neutral position N by means of appropriate control or regulation of the torque M E of the electric motor 1 a main synchronization of the speed n of the electric motor 1 to the new gear (here G2) at a given vehicle speed v until a predetermined comparatively low speed deviation dn is reached and
  • - In a fourth stage IV to insert the new gear (here G2) a residual synchronization - see area i - made by overcoming the remaining speed deviation dn by means of the mechanically acting synchro switching element SE.

Vorzugsweise findet in der vierten Stufe IV nach dem Bereich i, in dem die Synchronisierung stattfindet, im Bereich ii der Freiflug statt. Im Bereich iii wird die Schaltgabel SG bis zum mechanischen Anschlag der Schalthebelposition POS G2 gestellt. Schließlich findet im Bereich iv eine reibungsreduzierende Freistellung des oben beschriebenen Gleitsteins statt. Im Bereich V kann zur weiteren Beschleunigung des Fahrzeugs das Drehmoment ME des Elektromotors 1, gegebenenfalls zusammen mit dem Verbrennungsmotor 3, wieder erhöht werden.Preferably, in the fourth stage IV, after the region i in which the synchronization takes place, the free flight takes place in the region ii. In the area iii, the shift fork SG is set to the mechanical stop of the shift lever position POS G2. Finally, in area iv, a friction-reducing release of the sliding block described above takes place. In the area V can for further acceleration of the vehicle, the torque M E of the electric motor 1 , optionally together with the internal combustion engine 3 to be raised again.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird von einem Sollgang-Sprung vom ersten Gang G1 in den zweiten G2, z. B. bei einer Zughochschaltung bei 120 km/h also bei der oberen Grenze des definierten unteren Geschwindigkeitsbereiches, ausgegangen. Dabei wird also der M-Modus verlassen, um eine höhere Fahrzeuggeschwindigkeit unter Mitwirkung der zweiten Antriebseinheit zu erreichen.In this embodiment, from a desired gear jump from the first gear G1 in the second G2, z. B. at a high train at 120 km / h, ie at the upper limit of the defined lower speed range, assumed. In this case, therefore, the M-mode is left to achieve a higher vehicle speed with the cooperation of the second drive unit.

In 3 sind folgende Verläufe dargestellt:

  • – lang-gestrichelter Verlauf = Sollgang-Sprung als Einleitungs-Befehl für eine Hochschaltung vom ersten Gang G1 in den zweiten Gang G2 zum Zeitpunkt A;
  • – dünner durchgezogener Verlauf = Fahrzeuggeschwindigkeit v mit leichtem Anstieg;
  • – kurz-gestrichelter Verlauf = Drehmoment ME des Elektromotors 1, der zum Zeitpunkt B nahezu null ist und zum Zeitpunkt C null ist
  • – fetter durchgezogener Verlauf = Stellung der Schaltgabel SG bzw. Verstellweg in %, wobei vom Zeitpunkt B, wenn das Drehmoment ME nahezu null ist, die Schalthebelposition POS G1 vom ersten Gang G1 bis zum Zeitpunkt C in die Schalthebelposition N verstellt wird;
  • – strichpunktierter Verlauf = Drehzahl n des Elektromotors 1, die hier vor dem Gangwechsel etwa 9200 U/min aufbringt und nach dem Gangwechsel eine Synchrondrehzahl von etwa 5800 U/min aufbringen soll; zum Zeitpunkt D ist die Synchrondrehzahl plus einer vorgegebenen Drehzahlabweichung dn erreicht; bis zum Zeitpunkt D bleibt das Zwei-Gang-Getriebe in der Neutralstellung N, damit das Drehmoment ME rucklos zur Drehzahlregelung verstellbar ist.
In 3 the following courses are shown:
  • Long-dashed curve = target gear jump as an initiation command for an upshift from first gear G1 to second gear G2 at time A;
  • - thin solid line = vehicle speed v with a slight increase;
  • - short-dashed curve = torque M E of the electric motor 1 which is nearly zero at time B and zero at time C
  • Solid solid curve = position of the shift fork SG or displacement in%, wherein from time B, when the torque M E is almost zero, the shift lever position POS G1 is shifted from the first gear G1 to the time C in the shift lever position N;
  • - dot-dash line = speed n of the electric motor 1 , which applies here before the gear change about 9200 U / min and after the gear change to apply a synchronous speed of about 5800 U / min; at time D, the synchronous speed plus a predetermined speed deviation dn is reached; until time D, the two-speed transmission remains in the neutral position N, so that the torque M E is steplessly adjustable for speed control.

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Claims (8)

Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit einer einer ersten Achse (VA) zugeordneten ersten Antriebseinheit und mit einer einer zweiten Achse (HA) zugeordneten zweiten Antriebseinheit, mit einer vom Fahrer bedienbaren Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) zum manuellen Wechsel zwischen einem elektrischen Betriebsmodus (E-Modus) und einem automatischen Betriebsmodus (A-Modus) und mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit (5, 8) zur Steuerung der Antriebseinheiten zumindest teilweise abhängig von der Bedienung der Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster), wobei die erste Antriebseinheit einen Elektromotor (1) und ein mit dem Elektromotor (1) zusammenwirkendes automatisch schaltbares Zwei-Gang-Getriebe (7) aufweist und wobei die zweite Antriebseinheit einen Verbrennungsmotor (3) und ein mit dem Verbrennungsmotor (3) zusammenwirkendes weiteres Getriebe (4) aufweist.Control device for operating a road-coupled hybrid vehicle with a first drive unit associated with a first axis (VA) and with a second drive unit assigned to a second axle (HA), with a selector device (Max E-Drive pushbutton) that can be operated by the driver for manual change between one electrical operating mode (E-mode) and an automatic operating mode (A-mode) and with at least one electronic control unit ( 5 . 8th ) for controlling the drive units at least partially depending on the operation of the selector (Max-E-Drive button), wherein the first drive unit is an electric motor ( 1 ) and one with the electric motor ( 1 ) cooperating automatically switchable two-speed transmission ( 7 ) and wherein the second drive unit is an internal combustion engine ( 3 ) and one with the internal combustion engine ( 3 ) cooperating further transmission ( 4 ) having. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwei-Gang-Getriebe (7) eine Schaltgabel (SG) aufweist, die durch einen von der zumindest einen Steuereinheit (5; 8) elektrisch ansteuerbaren Stellmotor (SM) in eine einem ersten Gang (G1) zugeordnete erste Schalthebelposition (POS G1), in eine einer Neutralstellung (N) zugeordnete mittlere Schalthebelposition (POS N) und in eine einem zweiten Gang (G2) zugeordnete zweite Schalthebelposition (POS G2) translatorisch verschiebbar ist.Control device according to claim 1, characterized in that the two-speed transmission ( 7 ) has a shift fork (SG), which by one of the at least one control unit (SG) 5 ; 8th ) electrically controllable servo motor (SM) in a first gear (G1) associated first shift lever position (POS G1), in a neutral position (N) associated with middle shift lever position (POS N) and in a second gear (G2) associated second shift lever position ( POS G2) is translationally displaceable. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (5; 8) ein Funktionsmodul (GS-E) aufweist und damit derart ausgestaltet ist, dass ein Wechsel zwischen dem ersten Gang (G1) und dem zweiten Gang (G2) abhängig von vorgegebenen Bedingungen einleitbar ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one control unit ( 5 ; 8th ) has a function module (GS-E) and is thus configured such that a change between the first gear (G1) and the second gear (G2) can be initiated depending on predetermined conditions. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (5; 8) ein Funktionsmodul (GS-E) aufweist und damit derart ausgestaltet ist, dass ein Wechsel zwischen dem ersten Gang (G1) und dem zweiten Gang (G2) zumindest abhängig von der Bedienung der Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) einleitbar ist.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one control unit ( 5 ; 8th ) has a function module (GS-E) and is thus configured such that a change between the first gear (G1) and the second gear (G2) at least depending on the operation of the selector (Max-E-Drive button) can be introduced , Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (5; 8) ein Funktionsmodul (GS-E) aufweist und damit derart ausgestaltet ist, dass ein Gangwechsel vom zweiten Gang (G2) in den ersten Gang (G1) dann einleitbar ist, wenn zumindest eine der vorgegebenen Bedingungen vorliegt: – wenn während einer Vorwärtsfahrt vom Fahrer die Wähleinrichtung (Max-E-Drive-Taster) zum Einschalten des E-Modus bedient wurde und die Fahrzeuggeschwindigkeit (v) in einem definierten unteren Geschwindigkeitsbereich (0 < v < 120 km/h) liegt oder – wenn nach einer Rückwärtsfahrt, in der vom Fahrer die Wähleinrichtung (Max-E-Drive) zum Einschalten des E-Modus bedient wurde, wieder eine Vorwärtsfahrt erfolgt oder – wenn ein „Kraftstoff-Tank-entleert”-Signal (T0) vorliegt.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one control unit ( 5 ; 8th ) has a function module (GS-E) and is thus configured such that a gear change from the second gear (G2) in the first gear (G1) can be introduced if at least one of the predetermined conditions is present: - if during a forward drive from the driver the selector (Max-E-Drive button) has been operated to switch on the E-mode and the vehicle speed (v) is within a defined lower speed range (0 <v <120 km / h) or - if after a reverse drive, in the the driver has operated the selector device (Max-E-Drive) to switch on the E-mode, a forward drive is made again or - if there is a "fuel tank emptied" signal (T0). Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (5; 8) ein Funktionsmodul (GS-E) aufweist und damit derart ausgestaltet ist, dass ein Gangwechsel vom ersten Gang (G1) in den zweiten Gang (G2) dann einleitbar ist, wenn zumindest eine der vorgegebenen Bedingungen vorliegt: – wenn ausgehend vom eingeschalteten E-Modus vom Fahrer ein Kick-Down-Schalter (KD) betätigt wird oder – wenn ausgehend vom eingeschalteten E-Modus vom Fahrer ein sportlicher Modus (S) angewählt wird oder – wenn das Hybridfahrzeug abgestellt oder neu gestartet wird oder – wenn der elektrische Energiespeichers für den Betrieb des Elektromotors (1) eine definierte maximal zulässige Entladung erreicht hat.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one control unit ( 5 ; 8th ) has a function module (GS-E) and is thus designed such that a gear change from the first gear (G1) in the second gear (G2) is then introduced if at least one of the predetermined conditions is present: - if starting from the switched-E Mode by the driver a kick-down switch (KD) is operated or - when starting from the switched on E-mode by the driver a sporty mode (S) is selected or - when the hybrid vehicle is turned off or restarted or - if the electric energy storage for the operation of the electric motor ( 1 ) has reached a defined maximum allowable discharge. Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuereinheit (5; 8) ein Funktionsmodul (GS-E) aufweist und damit derart ausgestaltet ist, dass eine Gangwechsel-Ablaufsteuerung in folgenden Stufen durchführbar ist: – in einer ersten Stufe (I) ist das Drehmoment (ME) des Elektromotors (1) auf zumindest nahezu null reduzierbar, – in einer zweiten Stufe (II) ist der Kraftschluss zwischen dem Elektromotor (1) und dem Getriebe (7) durch Einstellen der Schaltgabel (SG) in die der Neutralstellung (N) zugeordnete mittlere Schalthebelposition (POS N) aufhebbar, – in einer dritten Stufe (III) ist bei Beibehaltung der Neutralstellung (N) mittels entsprechender Regelung oder Steuerung des Drehmoments (ME) des Elektromotors (1) eine Haupt-Synchronisation der Drehzahl (n) des Elektromotors (1) mit dem neuen Gang (G1; G2) bei gegebener Fahrzeuggeschwindigkeit (v) bis zum Erreichen einer vorgegebenen Drehzahlabweichung (dn) vornehmbar und – in einer vierten Stufe (IV) ist zum Einlegen des neuen Gang (G1; G2) eine Rest-Synchronisation (i) durch Überwindung der verbleibenden Drehzahlabweichung (dn) mittels eines mechanisch wirkenden Synchroschaltelements (SE) vornehmbar.Control device according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one control unit ( 5 ; 8th ) has a function module (GS-E) and is thus designed such that a gear change sequence control in the following stages is feasible: - in a first stage (I), the torque (M E ) of the electric motor ( 1 ) can be reduced to at least almost zero, - in a second stage (II) the adhesion between the electric motor ( 1 ) and the transmission ( 7 ) can be canceled by setting the shift fork (SG) in the middle shift lever position (POS N) assigned to the neutral position (N), - in a third stage (III) while maintaining the neutral position (N) by means of appropriate regulation or control of the torque (M E ) of the electric motor ( 1 ) a main synchronization of the speed (n) of the electric motor ( 1 ) with the new gear (G1, G2) at a given vehicle speed (v) until reaching a predetermined speed deviation (dn) vornehmbar and - in a fourth stage (IV) is to engage the new gear (G1, G2) a residual synchronization (i) vorzugbar by overcoming the remaining speed deviation (dn) by means of a mechanically acting synchro switching element (SE). Steuergerät (8) mit einem Funktionsmodul (GS-E) zur Steuerung des Zwei-Gang-Getriebes (7) zur Verwendung in einer Steuervorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche. Control unit ( 8th ) with a function module (GS-E) for controlling the two-speed transmission ( 7 ) for use in a control device according to any one of the preceding claims.
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