DE102016118756A1

DE102016118756A1 - Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102016118756A1
Application number: DE102016118756.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hoffmeister; Philipp Knöpfle; Mathias Filp; Ingo Keck
Original assignee: Getrag Getriebe und Zahnradfabrik Hermann Hagenmeyer GmbH and Co
Current assignee: Magna PT BV and Co KG
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-05
Also published as: WO2018065313A1

Abstract

Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges mittels eines Antriebsstranges (10), der einen Verbrennungsmotor (12), eine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegte elektrische Maschine (46) und ein Doppelkupplungsgetriebe (16) beinhaltet, wobei das Doppelkupplungsgetriebe (16) eine erste und eine zweite Reibkupplung (K1, K2) aufweist, deren Antriebsglieder mit dem Verbrennungsmotor (16) verbunden sind, und ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (20, 26) aufweist, die jeweils mittels Schaltkupplungen (38, 42) mit einem Abtrieb (28) verbindbar oder davon abkoppelbar sind, wobei das erste Teilgetriebe (22) eine erste Eingangswelle (20) aufweist, wobei das zweite Teilgetriebe (26) eine zweite Eingangswelle (24) aufweist und wobei die elektrische Maschine (26) an der ersten Eingangswelle (20) angeschlossen ist, mit dem folgenden Schritt, der von einem Ausgangszustand (t0) ausgeht, bei dem der Verbrennungsmotor (16) gestoppt ist, bei dem die erste Reibkupplung (K1) geschlossen ist, bei dem die zweite Reibkupplung (K2) geöffnet ist, bei dem das erste Teilgetriebe (TG1) von dem Abtrieb (28) abgekoppelt ist und bei dem das zweite Teilgetriebe (TG2) mit dem Abtrieb (28) verbunden ist: zumindest abschnittsweise paralleles Hochdrehen des Verbrennungsmotors (16) und Anfahren des Kraftfahrzeuges, wobei Antriebsleistung der elektrischen Maschine (46) über die erste Reibkupplung (K1) und über die zweite Reibkupplung (K2) zum Abtrieb (28) übertragen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges mittels eines Antriebsstranges, der einen Verbrennungsmotor, eine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegte elektrische Maschine und ein Doppelkupplungsgetriebe beinhaltet, wobei das Doppelkupplungsgetriebe eine erste und eine zweite Reibkupplung aufweist, deren Antriebsglieder mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind, und ein erstes sowie ein zweites Teilgetriebe aufweist, die jeweils mittels Schaltkupplungen mit einem Abtrieb verbindbar oder davon abkoppelbar sind, wobei das erste Teilgetriebe eine erste Eingangswelle aufweist, wobei das zweite Teilgetriebe eine zweite Eingangswelle aufweist und wobei die elektrische Maschine an der ersten Eingangswelle angeschlossen ist.
Antriebsstränge, die einen Verbrennungsmotor, der zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegt ist, sowie eine ebenfalls zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegte elektrische Maschine beinhalten, sind auch als Hybrid-Antriebsstränge bekannt.
Bei Doppelkupplungsgetrieben solcher Antriebsstränge ist es vorteilhaft, wenn die elektrische Maschine an einer der Eingangswellen angeschlossen ist. Dies ermöglicht eine Vielzahl von Betriebsarten, einschließlich einem rein elektrischen Fahrbetrieb über das dieser Eingangswelle zugeordnete Teilgetriebe. Auch ein rein verbrennungsmotorischer Betrieb ist über beide Teilgetriebe möglich, wobei dann das Doppelkupplungsgetriebe in an sich bekannter Weise zugkraftunterbrechnungsfreie Gangwechsel vollziehen kann. Ferner ist ein Boost-Betrieb möglich, bei dem sowohl der Verbrennungsmotor als auch die elektrische Maschine Antriebsleistung bereitstellen. Auch eine Rekuperation ist realisierbar. Da die elektrische Maschine an der Eingangswelle angeschlossen ist, kann auch ein gestoppter Verbrennungsmotor mittels der elektrischen Maschine gestartet werden, wenn die Schaltkupplungen des zugeordneten Teilgetriebes geöffnet sind. Bei Fahrzeuggeschwindigkeiten größer 0 km/h (Rollvorgang oder elektrischer Fahrbetrieb) kann als weitere Alternative die Bewegungsenergie des Kraftfahrzeugs durch zusätzliches Schießen einer Schaltkupplung und einer Reibkupplung des inaktiven Teilgetriebes genutzt werden, um den Verbrennungsmotor zu starten.
Folglich ist es möglich, mittels eines solchen Hybrid-Antriebsstranges einen sogenannten Start/Stopp-Betrieb durchzuführen, bei dem der Verbrennungsmotor ausgehend aus einem verbrennungsmotorischen Fahrbetrieb bei Erreichen eines Stillstands oder Unterschreiten eines Schwellenwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs gestoppt wird. Zum erneuten Anfahren (Start) wird der Verbrennungsmotor dann zunächst von der elektrischen Maschine angeschleppt, bis eine Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors erreicht ist. Kurz vorher oder gleichzeitig wird der Verbrennungsmotor gestartet, also das Einspritzen von Brennstoff begonnen und die Zündung eingeschaltet. Anschließend kann der Verbrennungsmotor Drehmoment abgeben, um dann entweder direkt über jenes Teilgetriebe anzufahren, dem die elektrische Maschine zugeordnet ist. Alternativ kann auch über das andere Teilgetriebe angefahren werden, je nachdem, welchem dieser Teilgetriebe die gewöhnlich verwendete Anfahrgangstufe (typischerweise Gangstufe 1) zugeordnet ist.
Der Übergang von dem Stopp-Betrieb in den Fahrbetrieb kann bei dieser Prozedur relativ lange dauern.
Das Dokument EP 1 714 817 A1 offenbart einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor, einem Doppelkupplungsgetriebe und zwei elektrischen Maschinen, die jeweils Antriebsleistung zum Antreiben das Kraftfahrzeuges bereitstellen können.
Die erste elektrische Maschine ist dabei an einer Eingangswelle eines Teilgetriebes angeschlossen. Die andere elektrische Maschine ist zwischen dem Verbrennungsmotor und der Doppelkupplungsanordnung angeschlossen. Hier wird vorgeschlagen, den Verbrennungsmotor mittels jener elektrischer Maschine anzuschleppen und zu starten, die zwischen dem Verbrennungsmotor und der Doppelkupplungsanordnung angeschlossen ist, oder aber, bei geschlossener Reibkupplung, beide elektrischen Antriebseinheiten zu diesem Zweck zu verwenden. Dieses Antriebsstrang-Layout soll auch ermöglichen, mit einer der Kupplungen und/oder mit jener elektrischen Maschine das Kraftfahrzeug aus dem Stand zu beschleunigen, die mit der Eingangswelle eines Teilgetriebes verbunden ist. Genauer soll es möglich sein, das Kraftfahrzeug mittels dieser elektrischen Maschine zu bewegen, während der Verbrennungsmotor durch die andere elektrische Maschine auf der Eingangsseite der Doppelkupplungsanordnung gestartet wird.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges anzugeben.
Die obige Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Antreiben eines Kraftfahrzeuges mittels eines Antriebsstranges gelöst, der einen Verbrennungsmotor, eine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegte elektrische Maschine und ein Doppelkupplungsgetriebe beinhaltet, wobei das Doppelkupplungsgetriebe eine erste Reibkupplung und eine zweite Reibkupplung aufweist, deren Antriebsglieder mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind, wobei das Doppelkupplungsgetriebe ferner ein erstes und ein zweites Teilgetriebe aufweist, die jeweils mittels Schaltkupplungen mit einem Abtrieb verbindbar oder davon abkoppelbar sind, wobei das erste Teilgetriebe eine erste Eingangswelle aufweist, wobei das zweite Teilgetriebe eine zweite Eingangswelle aufweist und wobei die elektrische Maschine an der ersten Eingangswelle angeschlossen ist, mit dem folgenden Schritt, der von einem Ausgangszustand ausgeht, bei dem der Verbrennungsmotor gestoppt ist, bei dem die erste Reibkupplung geschlossen ist, bei dem die zweite Reibkupplung geöffnet ist, bei dem das erste Teilgetriebe von dem Abtrieb abgekoppelt ist und bei dem das zweite Teilgetriebe mit dem Abtrieb verbunden ist: zumindest abschnittsweise paralleles Hochdrehen des Verbrennungsmotors und Anfahren des Kraftfahrzeuges, wobei Antriebsleistung der elektrischen Maschine über die erste Reibkupplung und über die zweite Reibkupplung zum Abtrieb übertragen wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik kann ein schnelles und komfortables Anfahren aus einem Stoppbetrieb heraus auch mit nur einer einzelnen elektrischen Maschine realisiert werden, die an den Eingang eines Teilgetriebes angekoppelt ist. Der Anschluss der elektrischen Maschine an einer Eingangswelle bedeutet, dass die elektrische Maschine, beispielsweise über einen Stirnradsatz, die Eingangswelle direkt antreibt, oder aber einen an der Eingangswelle gelagerten Radsatz, beispielsweise einen Radsatz einer mittleren Gangstufe des Doppelkupplungsgetriebes.
Bevorzugt ist es dabei, wenn die elektrische Maschine an jenes Teilgetriebe angekoppelt ist, das den geraden Gangstufen zugeordnet ist. In diesem Fall kann Antriebsleistung des Verbrennungsmotors über die gewöhnlich verwendete Anfahrgangstufe (Gangstufe 1) über die zweite Reibkupplung auf das zweite Teilgetriebe übertragen werden.
Es ist jedoch auch denkbar, die elektrische Maschine an jenes Teilgetriebe anzukoppeln, das den ungeraden Gangstufen zugeordnet ist, wobei in diesem Fall Antriebsleistung des Verbrennungsmotors über die gewöhnlich verwendete zweite Gangstufe übertragen werden kann, die dem anderen Teilgetriebe zugeordnet ist.
Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren auch dann anwendbar, sollte die Anbindung der elektrischen Maschine zwischen beiden Eingangswellen umschaltbar sein. In diesem konkreten Fall ist dabei unter ”erster Eingangswelle” immer jene Eingangswelle gemeint, an die die elektrische Maschine zum Zeitpunkt der Betrachtung angebunden ist.
Der Antriebsstrang beinhaltet vorzugsweise keine weitere elektrische Maschine. Insbesondere ist an dem Verbrennungsmotor keine elektrische Maschine angeschlossen, die zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegt ist. Mit anderen Worten weist der Antriebsstrang nur eine einzelne elektrische Antriebsmaschine auf.
Der Ausgangszustand, bei dem der Verbrennungsmotor gestoppt ist, kann beispielsweise ein Ampelhalt oder Ähnliches sein, bei dem das Fahrzeug steht und der Verbrennungsmotor angehalten ist, also abgeschaltet ist bzw. keinen Brennstoff erhält.
Die vorliegende Erfindung realisiert folglich eine Parallelisierung von Verbrennungsmotor-Hochlauf und Anfahrvorgang mittels der elektrischen Maschine, und zwar zumindest abschnittsweise, um auf diese Weise eine zeitliche Verzögerung des Anfahrvorganges zu verringern.
Dies kann gegebenenfalls zu folgenden weiteren Vorteilen führen. Es ergibt sich eine Verbesserung des Ansprechverhaltens (”Response-Verbesserung”). Der Fahrer bekommt schnellstmöglich nach einer Start-Anforderung eine Reaktion für Vortrieb. Zum anderen kann eine Schlupfleistung der Anfahrkupplung (zweite Reibkupplung) reduziert werden, da in der Regel mit niedrigeren Differenzdrehzahlen angefahren werden kann. Zudem kann gegebenenfalls der Hochlauf- bzw. das Anschleppen des Verbrennungsmotors beschleunigt werden.
Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn bei dem Anfahren des Kraftfahrzeuges die zweite Reibkupplung schlupfend betrieben wird.
Dies ermöglicht ein Regeln des Vortriebs während des zumindest abschnittsweise parallelen Anschleppens des Verbrennungsmotors und des Anfahrens des Kraftfahrzeuges.
Folglich ist es von besonderen Vorteil, wenn bei dem Anfahren der Vortrieb des Kraftfahrzeuges über den Schlupf der zweiten Reibkupplung geregelt wird.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors und einer Drehzahl des Abtriebs und/oder in Abhängigkeit von einer Änderung dieser Differenz erfolgt.
Beispielsweise kann die Regelung des Schlupfes so erfolgen, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors immer größer ist als eine Drehzahl des Abtriebs. Es versteht sich, dass die hier genannten Drehzahlen vorzugsweise normiert sind, also etwaige Übersetzungen herausgerechnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem Summendrehmoment, das sich zusammen setzt aus einem von dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoment und aus einem von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmoment, und dem am Abtrieb bereitgestellten Abtriebsdrehmoment, und/oder die Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung erfolgt in Abhängigkeit von einer Änderung dieser Differenz.
Vorzugsweise erfolgt die Regelung dabei so, dass das Summendrehmoment immer größer ist als das Abtriebsdrehmoment.
Auch in diesem Fall sind die Momente aufeinander normiert, so dass etwaige Übersetzungen herausgerechnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei dem Anfahren der Vortrieb des Kraftfahrzeuges über ein von der zweiten Reibkupplung übertragenes Drehmoment geregelt.
Hierbei ist es von besonderem Vorzug, wenn die Regelung des Drehmomentes der zweiten Reibkupplung in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder in Abhängigkeit von einer Drehzahl des Abtriebs und/oder in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und/oder in Abhängigkeit von einer Änderung wenigstens einer dieser Zustandsgrößen erfolgt.
Ferner ist es insgesamt vorteilhaft, wenn ausgehend von dem Ausgangszustand, und zwar vor dem Durchführen des zumindest abschnittsweise parallelen Anschleppens des Verbrennungsmotors und des Anfahrens des Kraftfahrzeuges, der Verbrennungsmotor bei geöffneter zweiter Reibkupplung auf eine Basisdrehzahl angeschleppt wird, die kleiner ist als eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors.
Hierdurch kann das Hochschleppen bzw. Hochlaufen des Verbrennungsmotors gegebenenfalls beschleunigt werden.
Die Basisdrehzahl liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 50 U/min bis 1000 U/min, insbesondere in einem Bereich von 75 U/min bis 600 U/min, insbesondere in einem Bereich von 100 U/min bis 400 U/min, vorzugsweise in einem Bereich von 200 U/min bis 300 U/min, und insbesondere in einem Bereich von 150 U/min bis 250 U/min.
Die Basisdrehzahl ist vorzugsweise eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, bei der der Verbrennungsmotor ”selbstlauffähig” ist, sich also selbst auf eine Zieldrehzahl befeuern kann und nicht mehr von einem Startelement wie zum Beispiel einem Anlasser oder der elektrischen Maschine beschleunigt werden muss.
Dieses schnelle Hochschleppen bis zu der Basisdrehzahl erfolgt dabei vorzugsweise bei geschlossener erster Reibkupplung und bei vollständig geöffneter zweiter Reibkupplung.
Ferner ist es insgesamt bevorzugt, wenn die erste Reibkupplung geöffnet wird und die zweite Reibkupplung geschlossen wird, nachdem der Verbrennungsmotor auf eine Drehzahl von wenigstens seiner Leerlaufdrehzahl hochgedreht ist.
Die zweite Reibkupplung ist vorzugsweise jenem Teilgetriebe zugeordnet, das die gewöhnlich verwendete Anfahrgangstufe beinhaltet. Demzufolge kann bei Erreichen des Zustandes, bei dem der Verbrennungsmotor wenigstens seine Leerlaufdrehzahl erreicht hat, Antriebsmoment ausschließlich von dem Verbrennungsmotor bereitgestellt werden, so dass die erste Reibkupplung geöffnet werden kann.
In entsprechender Weise ist es in manchen Ausführungsformen vorteilhaft, wenn die elektrische Maschine abgeschaltet wird, nachdem der Verbrennungsmotor auf eine Drehzahl von wenigstens seiner Leerlaufdrehzahl hochgedreht ist. Hierdurch wird das erste Teilgetriebe lastfrei geschaltet (dies setzt voraus, dass die erste Reibkupplung geöffnet ist), wodurch eine Schaltkupplung (z. B. Gangstufe 2) geschaltet werden kann.
Nachdem der Verbrennungsmotor seine Leerlaufdrehzahl erreicht hat, kann die elektrische Maschine abgeschaltet werden und es kann Antriebsleistung zum Fahren des Kraftfahrzeuges ausschließlich von dem Verbrennungsmotor bereitgestellt werden.
In manchen Situationen kann es jedoch auch sinnvoll sein, die erste Reibkupplung zumindest teilweise geschlossen zu halten und die elektrische Maschine weiter zu betreiben, um beispielsweise einen sehr schnellen Anfahrvorgang unter Verwendung von Antriebsleistung sowohl des Verbrennungsmotors als auch der elektrischen Maschine durchzuführen. Es versteht sich dabei, dass die erste Reibkupplung in diesem Fall schlupfend betrieben wird und in dem ersten Teilgetriebe eine der gewöhnlich zum Anfahren verwendeten Gangstufe benachbarte Gangstufe (beispielsweise Gangstufe 2) eingelegt wird. Eine derartige Anschlussgangstufe wird bei einem generell verbrennungsmotorischen Betrieb ohnehin in dem beim Anfahren inaktiven ersten Teilgetriebe eingelegt, dass vorzugsweise den geraden Vorwärtsgangstufen zugeordnet ist.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das parallele Hochdrehen des Verbrennungsmotors und des Anfahrens des Kraftfahrzeuges mittels Antriebsleistung der elektrischen Maschine über die erste und die zweite Reibkupplung solange erfolgt, bis der Verbrennungsmotor eine Einkuppel-Drehzahl für den Anfahrvorgang erreicht hat. Diese Einkuppel-Drehzahl ist vorzugsweise gleich der Leerlaufdrehzahl und ist besonders bevorzugt größer als die Leerlaufdrehzahl.
Wie oben erwähnt, dreht der Verbrennungsmotor nach dem Erreichen der Basisdrehzahl generell von alleine hoch, bis auf die Leerlaufdrehzahl oder die oben genannte Einkuppel-Drehzahl. Sofern bei dem Anfahrvorgang nicht die volle Leistung der elektrischen Maschine vom Fahrer gefordert wird, kann dieser Hochdrehvorgang des Verbrennungsmotors durch eine Momentenregelung der elektrischen Maschine unterstützt werden, so dass das Hochdrehen des Verbrennungsmotors parallel zum Anfahren durch die elektrische Maschine unterstützt wird.
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.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Doppelkupplungsgetriebes, bei dem eine elektrische Maschine an eine erste Eingangswelle angeschlossen ist;
2a eine Drehzahl des Verbrennungsmotors über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang;
2b einen Zustand einer ersten Reibkupplung über der Zeit bei dem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang;
2c einen Zustand eines ersten Teilgetriebes über der Zeit bei dem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang;
2d einen Zustand einer zweiten Reibkupplung über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang;
2e einen Zustand eines zweiten Teilgetriebes über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang;
2f eine Drehzahl der elektrischen Maschine über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang;
2g eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang; und
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Doppelkupplungsgetriebes, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Anfahrvorganges ausgelegt ist.
In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet. Der Antriebsstrang 10 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 12 (VM), der eine Antriebswelle in Form einer Kurbelwelle 14 aufweist. Die Kurbelwelle 14 dreht mit einer Drehzahl n_VM. Der Verbrennungsmotor 12 stellt an der Kurbelwelle 14 einen Drehmoment T_VM bereit.
Der Antriebsstrang 10 beinhaltet ferner ein Doppelkupplungsgetriebe 16 mit einer Doppelkupplungsanordnung 18, die eine erste Reibkupplung K1 und eine zweite Reibkupplung K2 beinhaltet. Die Reibkupplungen K1, K2 weisen ein gemeinsames Antriebsglied auf, das vorzugsweise fest mit der Kurbelwelle 14 verbunden ist. Ein Ausgangsglied der ersten Reibkupplung K1 ist mit einer ersten Eingangswelle 20 eines ersten Teilgetriebes 22 verbunden. Ein Ausgangsglied der zweiten Reibkupplung K2 ist mit einer zweiten Eingangswelle 24 eines zweiten Teilgetriebes 26 verbunden.
Die Teilgetriebe 22, 26 weisen einen gemeinsamen Abtrieb auf, der in 1 schematisch bei 28 gezeigt ist und beispielsweise eine Ausgangswelle 30 beinhalten kann, die ein Differential 32 antreibt. Das Differential 32 verteilt Antriebsleistung auf angetriebene Räder 34L, 34R eines Kraftfahrzeuges, das mit einem solchen Antriebsstrang 10 ausgestattet ist. Der Abtrieb 28 dreht mit einer Drehzahl n_AB. Ferner wird an dem Abtrieb 28 ein Drehmoment T_AB bereitgestellt.
Das erste Teilgetriebe 22 (TG1) beinhaltet eine Mehrzahl von Radsätzen 36 und eine Mehrzahl von Schaltkupplungen 38 zum Einrichten unterschiedlicher Gangstufen. Vorzugsweise beinhaltet das erste Teilgetriebe die geraden Gangstufen und beinhalten nicht die gewöhnlich verwendete Anfahrgangstufe (Gangstufe 1). Gegebenenfalls kann die Rückwärtsgangstufe dem ersten Teilgetriebe 22 zugeordnet sein.
In entsprechender Weise weist das zweite Teilgetriebe 26 (TG2) eine Mehrzahl von Radsätzen 40 und eine Mehrzahl von Schaltkupplungen 42 auf, um in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl von Gangstufen einzurichten. Das zweite Teilgetriebe 26 beinhaltet vorzugsweise die gewöhnlich verwendete Anfahrgangstufe (Gangstufe 1).
Der Antriebsstrang 10 beinhaltet ferner eine elektrische Maschine 46, die an der ersten Eingangswelle 20 angeschlossen ist. Der Anschluss kann, beispielsweise über einen Stirnradsatz, direkt an der ersten Eingangswelle erfolgen, kann jedoch auch, wie es in 1 schematisch gestrichelt dargestellt ist, über eine Anbindung an einen Radsatz 36 des ersten Teilgetriebes 22 erfolgen.
Die elektrische Maschine 46 (EM) stellt an ihrer Ausgangswelle ein Drehmoment T_EM bereit und dreht mit einer Drehzahl n_EM.
In den 2a bis 2g ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Anfahrvorganges schematisch dargestellt. 2a zeigt die Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors über der Zeit t. 2b zeigt den Zustand der ersten Reibkupplung K1 über der Zeit. 2c zeigt den Zustand des ersten Teilgetriebes TG1 über der Zeit. 2d zeigt den Zustand der zweiten Reibkupplung K2 über der Zeit T. 2e zeigt den Zustand des zweiten Teilgetriebes TG2 über der Zeit t. 2f zeigt die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine über der Zeit t. 2g zeigt eine Geschwindigkeit V_KFZ über der Zeit bei dem erfindungsgemäßen Anfahrvorgang.
Zu einem Zeitpunkt t₀ liegt für einen Anfahrvorgang ein Ausgangszustand vor. Dieser Ausgangszustand kann beispielsweise ein Haltezustand sein, bei dem das Fahrzeug an einer Ampel oder dergleichen angehalten ist. Der Verbrennungsmotor ist gestoppt (n_VM = 0). Die erste Reibkupplung K1 ist vollständig geschlossen (K1 = C). Das erste Teilgetriebe TG1 ist von dem Abtrieb entkoppelt (TG1 = 0). Die zweite Reibkupplung K2 ist vollständig geöffnet (K2 = 0). Das zweite Teilgetriebe TG2 ist an den Abtrieb angeschlossen (TG2 = V).
Die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine 46 ist Null. Die Geschwindigkeit V_KFZ ist ebenfalls Null.
Ausgehend von diesem Ausgangszustand bei t₀ wird dann ein Anfahrvorgang eingeleitet, wie er bei einem Start/Stopp-Betrieb durchgeführt wird.
Dabei wird die elektrische Maschine so angesteuert, dass sie schnell hochdreht. Aufgrund der geschlossenen ersten Reibkupplung (K1 = C) wird die von der elektrischen Maschine 46 bereitgestellte Leistung zum Anschleppen/Anreißen des Verbrennungsmotors 12 verwendet. Das erste Teilgetriebe TG1 ist von dem Abtrieb abgekoppelt, so dass die Geschwindigkeit V_KFZ des Fahrzeugs dabei nach wie vor Null ist. Zu einem Zeitpunkt t₁ ist dann eine Basisdrehzahl n_B der Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors erreicht. Die Basisdrehzahl ist eine Selbstlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors. Ab dieser kann der Verbrennungsmotor 12 sich selbst auf eine Zieldrehzahl befeuern und muss nicht mehr von einem Startelement wie der elektrischen Maschine 46 angeschleppt bzw. beschleunigt werden. Die Basisdrehzah n_B ist kleiner als eine Leerlaufdrehzahl n_LL des Verbrennungsmotors und kann beispielsweise etwa 200 U/min betragen.
Ein Anfahren des Kraftfahrzeuges alleine mittels des Verbrennungsmotors ist nur dann möglich, wenn der Verbrennungsmotor wenigstens seine Leerlaufdrehzahl n_LL erreicht hat, vorzugsweise eine sogenannte Einkuppel-Drehzahl, auf die der Verbrennungsmotor bei einem Anfahrvorgang gewöhnlich beschleunigt wird, um beim Einkuppeln gut anfahren zu können.
Nach dem Erreichen der Basisdrehzahl n_B dreht der Verbrennungsmotor 12 folglich anschließend beispielsweise selbsttätig weiter hoch bis auf die Leerlaufdrehzahl n_LL oder darüber hinaus. Gleichzeitig wird mit Erreichen der Basisdrehzahl n_B zum Zeitpunkt t₁ die zweite Reibkupplung K2 schlupfend geschlossen (K2 = S). Hierbei wird die zweite Reibkupplung K2 also schlupfend betrieben, und zwar derart, dass bei dem Anfahren ein Vortrieb des Kraftfahrzeuges über den Schlupf der zweiten Reibkupplung geregelt werden kann. Das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Antriebsmoment kann folglich durch Schlupfregelung der zweiten Reibkupplung K2 dazu verwendet werden, um das Kraftfahrzeug anzufahren, so dass die Geschwindigkeit V_KFZ ab dem Zeitpunkt t₁ steigt. In dem zweiten Teilgetriebe TG2 ist dabei vorzugsweise die gewöhnlich verwendete Anfahrgangstufe eingelegt (insbesondere Gangstufe 1).
Bei der Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung K2 ist vorzugsweise darauf zu achten, dass die Drehzahl n_VM größer ist als die Drehzahl n_AB, die proportional zu der Geschwindigkeit V_KFZ ist. Der Vergleich der Drehzahlen ist dabei vorzugsweise normiert, so dass Übersetzungen herausgerechnet sind.
Dieser Anfahrvorgang, bei dem zumindest abschnittsweise ein Hochdrehen des Verbrennungsmotors und ein Anfahren des Kraftfahrzeuges parallel stattfinden, kann durchgeführt werden, während das Drehmoment der elektrischen Maschine 46 konstant gehalten wird. Vorzugsweise kann dieses jedoch auch so eingestellt werden, dass über die Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung und der Regelung des elektrischen Momentes zusätzliche Leistung zum Hochlaufen des Verbrennungsmotors bereitgestellt wird, insbesondere dann, wenn für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges nicht die volle elektrische Leistung benötigt wird, je nach Fahrpedalanforderung des Fahrers.
Ab dem Zeitpunkt t₂ ist die Leerlaufdrehzahl n_LL erreicht, oder eine sonstige Zieldrehzahl, wie beispielsweise eine Einkuppel-Drehzahl. Zu diesem Zeitpunkt kann die zweite Reibkupplung K2 vollständig geschlossen werden (K2 = C). Ferner kann das von der elektrischen Maschine bereitgestellte Drehmoment auf Null reduziert und die erste Reibkupplung K1 vollständig geöffnet werden, was in 2f durch eine Verringerung der Drehzahlen n_EM auf Null angedeutet ist.
Es versteht sich, dass die Darstellungen in den 2a bis 2g rein schematisch sind. Beispielsweise wird die Drehzahl n_EM der elektrischen Maschine zum Zeitpunkt t₂ nicht sprunghaft auf Null abfallen, sondern kontinuierlich. Zur besseren Darstellbarkeit des erfindungsgemäßen Anfahrvorganges sind diese Figuren jedoch schematisiert.
In 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Antriebsstranges dargestellt, der hinsichtlich Aufbau und Funktion dem Antriebsstrang 10 der 1 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
Der in 3 dargestellte Antriebsstrang 10' beinhaltet in dem ersten Teilgetriebe TG1 einen Radsatz 36II für die Vorwärtsgangstufe 2 sowie einen Radsatz 36IV für die Vorwärtsgangstufe 4. Zwischen diesen Radsätzen ist ein erstes Schaltkupplungspaket 50 angeordnet, das zwei nicht näher dargestellte Schaltkupplungen 38 beinhaltet.
Das zweite Teilgetriebe TG2 beinhaltet einen Radsatz 40III für eine Vorwärtsgangstufe 3 und einen Radsatz 40I für eine Vorwärtsgangstufe 1. Zwischen diesen Radsätzen ist ein zweites Schaltkupplungspaket 52 angeordnet.
Die Schaltkupplungspakete 50, 52 sind an einer ersten Ausgangswelle des Doppelkupplungsgetriebes 16 angeordnet. An einer zweiten Ausgangswelle des Doppelkupplungsgetriebes 16 ist ein Losrad für eine Rückwärtsgangstufe R angeordnet, wie auch ein Parksperrenrad 56. Dazwischen ist ein drittes Schaltkupplungspaket 54 angeordnet, um den Rückwärtsgang schalten zu können. Die zwei Ausgangswellen sind über einen Abtriebsradsatz 58 mit einem Abtrieb 28 verbunden, beispielsweise mit einem Differential.
In 3 ist ein Anfahrvorgang dargestellt, bei dem die Schaltkupplung der Vorwärtsgangstufe 1 geschlossen ist. Die Kupplung K2 wird schlupfend betrieben und die Kupplung K1 ist geschlossen.
Die elektrische Maschine 46, die an den Radsatz 36IV, angeschlossen ist, stellt Antriebsleistung 62 bereit, die über die erste Eingangswelle zu der ersten Reibkupplung K1 geleitet wird.
In 3 ist dabei der Zustand zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ dargestellt, wobei die zweite Reibkupplung K2 schlupfend betrieben wird, so dass ein Teil der Antriebsleistung 62 der elektrischen Maschine zum einen als Antriebsleistung 64 zum gegebenenfalls ergänzenden Hochschleppen und Beschleunigen des Verbrennungsmotors 12 verwendet wird, und zum anderen bei schlupfender zweiter Reibkupplung K2 zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, wobei die Antriebsleistung über die zweite Eingangswelle und den Radsatz 40I auf den Abtriebsradsatz 58 geführt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1714817 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Anfahren eines Kraftfahrzeuges mittels eines Antriebsstranges (10), der einen Verbrennungsmotor (12), eine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges ausgelegte elektrische Maschine (46) und ein Doppelkupplungsgetriebe (16) beinhaltet, wobei das Doppelkupplungsgetriebe (16) – eine erste und eine zweite Reibkupplung (K1, K2) aufweist, deren Antriebsglieder mit dem Verbrennungsmotor (16) verbunden sind, und – ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (20, 26) aufweist, die jeweils mittels Schaltkupplungen (38, 42) mit einem Abtrieb (28) verbindbar oder davon abkoppelbar sind, wobei das erste Teilgetriebe (22) eine erste Eingangswelle (20) aufweist, wobei das zweite Teilgetriebe (26) eine zweite Eingangswelle (24) aufweist und wobei die elektrische Maschine (26) an der ersten Eingangswelle (20) angeschlossen ist, mit dem folgenden Schritt, der von einem Ausgangszustand (t₀) ausgeht, bei dem der Verbrennungsmotor (16) gestoppt ist, bei dem die erste Reibkupplung (K1) geschlossen ist, bei dem die zweite Reibkupplung (K2) geöffnet ist, bei dem das erste Teilgetriebe (TG1) von dem Abtrieb (28) abgekoppelt ist und bei dem das zweite Teilgetriebe (TG2) mit dem Abtrieb (28) verbunden ist: zumindest abschnittsweise paralleles Hochdrehen des Verbrennungsmotors (16) und Anfahren des Kraftfahrzeuges, wobei Antriebsleistung der elektrischen Maschine (46) über die erste Reibkupplung (K1) und über die zweite Reibkupplung (K2) zum Abtrieb (28) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei dem Anfahren des Kraftfahrzeuges die zweite Reibkupplung (K2) schlupfend betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei bei dem Anfahren der Vortrieb des Kraftfahrzeuges über den Schlupf der zweiten Reibkupplung (K2) geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung (K2) in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einer Drehzahl (n_VM) des Verbrennungsmotors (12) und einer Drehzahl (n_AB) des Abtriebs (28) und/oder in Abhängigkeit von einer Änderung dieser Differenz erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Regelung des Schlupfes der zweiten Reibkupplung (K2) in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem Summendrehmoment aus einem von dem Verbrennungsmotor (16) bereitgestellten Drehmoment (T_VM) und aus einem von der elektrischen Maschine (26) bereitgestellten Drehmoment (T_EM), und dem am Abtrieb bereitgestellten Abtriebsdrehmoment (T_AB) und/oder in Abhängigkeit von einer Änderung dieser Differenz erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2–5, wobei bei dem Anfahren der Vortrieb des Kraftfahrzeuges über ein von der zweiten Reibkupplung (K2) übertragenes Drehmoment geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Regelung des Drehmomentes der zweiten Reibkupplung (K2) in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n_VM) des Verbrennungsmotors und/oder in Abhängigkeit von einer Drehzahl (n_AB) des Abtriebs (28) und/oder in Abhängigkeit von einer Geschwindigkeit (V_KFZ) des Kraftfahrzeuges und/oder in Abhängigkeit von einer Änderung wenigstens einer dieser Zustandsgrößen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, wobei ausgehend von dem Ausgangszustand (t₀), vor dem Durchführen des zumindest abschnittsweise parallelen Hochdrehen des Verbrennungsmotors (16) und Anfahren des Kraftfahrzeuges, der Brennungsmotor (16) bei geöffneter zweiter Reibkupplung (K2) auf eine Basisdrehzahl (n_B) angeschleppt wird, die kleiner ist als eine Leerlaufdrehzahl (n_LL) des Verbrennungsmotors (12).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Basisdrehzahl (n_B) in einem Bereich von 50 U/min bis 1000 U/min liegt, insbesondere in einem Bereich von 100 U/min bis 400 U/min.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reibkupplung (K1) geöffnet wird und die zweite Reibkupplung (K2) geschlossen wird, nachdem der Verbrennungsmotors (12) auf eine Drehzahl von wenigstens seiner Leerlaufdrehzahl (n_LL) hochgedreht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, wobei die elektrische Maschine (46) abgeschaltet wird, nachdem der Verbrennungsmotor (12) auf eine Drehzahl von wenigstens seiner Leerlaufdrehzahl (n_LL) hochgedreht ist.