DE102016207183A1 - Verfahren und Steuervorrichtung zum Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren und Steuervorrichtung zum Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine umfasst, die über eine Kupplung mit dem Eingang eines Getriebes verbunden ist. Gemäß dem Verfahren wird nach Entgegennahme eines Hochschalt-Kommandos zum Schalten des Getriebes in einen höheren Gang die Kupplung zwischen elektrischer Maschine und Getriebe geöffnet, die Drehzahl der elektrischen Maschine reduziert, die Schaltung im Getriebe durchgeführt und die Kupplung wieder geschlossen. Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass entschieden wird, ob die Reduktion der Drehzahl der elektrischen Maschine durch deren Betreiben in einer generatorischen, ersten Bremsbetriebsart oder durch deren Betreiben in einer zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung umgesetzt werden soll.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug, das eine elektrische Maschine umfasst.
  • Heutige Getriebe in Kraftfahrzeugen sind getriebeeingangsseitig häufig mit elektrischen Maschinen verbunden, die für verschiedene Aufgaben verwendet werden. Bekannt sind beispielsweise Anwendungen der elektrischen Maschine als Antriebsaggregat in batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen oder die Verwendung von elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor als Antriebsaggregate in Hybridfahrzeugen.
  • Ferner sind für manuelle, automatisierte und automatische Getriebe Schaltstrategien bekannt, in denen bei einem Gangwechsel in der Zeit zwischen Öffnen der Kupplung am Getriebeeingang und dem tatsächlichen Schaltvorgang im Getriebe eine Anpassung der Drehzahl der Antriebswelle vor der Kupplung durchgeführt wird, dergestalt dass beim Schalten in einen höheren Gang die Drehzahl verringert und beim Schalten in einen niedrigeren Gang die Drehzahl erhöht wird.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 208 845 A1 ist ein Verfahren bekannt, das die Drehzahlanpassung bei einem Schaltvorgang durch eine mit dem Getriebe verbundene elektrische Maschine unterstützt. Beim Schalten in einen niedrigeren Gang wird die Drehzahl der Antriebswelle durch Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Maschine angehoben, während beim Schalten in einen höheren Gang die Drehzahl der Antriebswelle durch das Betreiben der elektrischen Maschine in einem generatorischen Rekuperationsbetrieb verringert wird.
  • Ein positiver Effekt der Verwendung einer elektrischen Maschine zur Drehzahlanpassung beim Schalten in einen höheren Gang ist, dass durch den Rekuperationsbetrieb elektrische Energie erzeugt wird, die dem oder den elektrischen Energiespeichern im Kraftfahrzeug zugeführt werden kann, die mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden sind. Zwischen dem bzw. den elektrischen Energiespeichern und der elektrischen Maschine befinden sich im Allgemeinen noch eine oder mehrere weitere Komponenten, beispielsweise die Leistungselektronik.
  • Wenn sich das Fahrzeug allerdings in einem Betriebszustand befinden sollte, in dem der oder die elektrischen Energiespeicher des Fahrzeugs keine Energie mehr aufnehmen können oder sollen, z. B. wenn der oder die elektrischen Energiespeicher bereits ihren maximalen Ladezustand erreicht haben, eine kritische obere Temperaturschwelle überschritten oder eine kritische untere Temperaturschwelle unterschritten haben, so stößt das Verfahren aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 208 845 A1 an seine Grenzen.
  • In diesen Fällen kann die Verringerung der Drehzahl der Antriebswelle durch das Ausnutzen von Reibungsverlusten durchgeführt werden. Aufgrund des Ziels, möglichst effiziente Antriebsstränge zu entwickeln, sind diese Reibungsverluste allerdings üblicherweise sehr gering, weshalb die Drehzahlverringerung viel Zeit in Anspruch nimmt und somit Schaltvorgänge lange dauern, oder manchmal konzeptbedingt sogar komplett unmöglich sind.
  • Darüber hinaus ist aus der Offenlegungsschrift DE 10 2005 058 829 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem eine elektrische Maschine im generatorischen Betrieb gezielt Verlustleistung erzeugt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein in Bezug auf den beschriebenen Nachteil verbessertes Verfahren und eine entsprechende Steuervorrichtung zum Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug anzugeben, welches eine elektrische Maschine umfasst, die zur Drehzahlanpassung beim Schalten in einen höheren Gang verwendet werden soll.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schalten eines in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine umfasst, die über eine Kupplung mit dem Eingang des Getriebes gekoppelt ist. Es kann sich beispielsweise um ein Handschaltgetriebe, ein automatisiertes Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe handeln. Bei der elektrischen Maschine kann es sich z. B. um eine permanenterregte Synchronmaschine handeln. Neben der Kupplung können sich noch weitere mechanische Elemente zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebeeingang befinden. Die elektrische Maschine kann das einzige Antriebsaggregat im Kraftfahrzeug darstellen. Alternativ kann das Kraftfahrzeug auch ein oder mehrere weitere Antriebsaggregate umfassen, wie zum Beispiel einen oder mehrere Verbrennungsmotoren und/oder eine oder mehrere weitere elektrische Maschinen. Das Verfahren kann auf einen beliebigen Antriebsstrang in Kraftfahrzeugen angewendet werden, bei dem eine elektrische Maschine in einer generatorischen Betriebsart rotatorische Energie der Antriebswelle in elektrische Energie umwandeln kann.
  • Gemäß dem Verfahren wird ein Hochschalt-Kommando zum Schalten des Getriebes in einen höheren Gang entgegen genommen, das beispielsweise durch eine Schaltbedienhandlung des Fahrer ausgelöst werden kann oder im Fall eines Automatikgetriebes von der Schaltstrategie des Antriebs automatisch ausgelöst wird. Dieses Kommando löst das Öffnen der Kupplung zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe aus und bewirkt ein Schalten des Getriebes. Das Schalten des Getriebes kann zu einer beliebigen Zeit erfolgen: Es kann beispielsweise zeitlich vor, nach oder während der im Folgenden beschriebenen Steuerung der elektrischen Maschine stattfinden. Das Schalten kann insbesondere nach Erreichen der Drehzahlsynchronität erfolgen. Es könnte aber auch bereits vorher erfolgen.
  • Die Kupplung kann eine beliebige Kupplung sein, beispielsweise eine formschlüssige Kupplung, insbesondere eine Klauenkupplung.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnet sich dadurch, dass durch Auswertung von einer oder mehreren Größen entschieden wird, ob die elektrische Maschine in einer generatorischen, ersten Bremsbetriebsart betrieben werden soll, die zu einer Rekuperation von rotatorischer Energie der Antriebswelle und deren Umwandlung in elektrische Energie führt. Eine generatorische Bremsbetriebsart einer elektrischen Maschine zeichnet sich dabei im Rahmen dieses Dokuments insbesondere dadurch aus, dass die elektrische Maschine einen Strom erzeugt, der beispielsweise einem, die elektrische Maschine versorgenden Energiespeicher zugeführt wird. Wenn die elektrische Maschine nicht in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart betrieben werden soll, so wird stattdessen die elektrische Maschine in einer zweiten Bremsbetriebsart betrieben, die sich dadurch auszeichnet, dass sie gegenüber der ersten Bremsbetriebsart mehr Verlustleistung erzeugt. Bei der zweiten Bremsbetriebsart handelt es sich beispielsweise auch um eine generatorische Bremsbetriebsart.
  • Die Entscheidung über die Bremsbetriebsart, in der die elektrische Maschine betrieben werden soll, kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer oder mehreren Größen getroffen werden, die den Zustand des elektrischen Energiespeichers oder den Zustand der elektrischen Maschine beschreiben.
  • Beispielsweise kann die Entscheidung über die Bremsbetriebsart, in der die elektrische Maschine betrieben werden soll, in Abhängigkeit des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers getroffen werden. So kann der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers, der mit der elektrischen Maschine verbunden ist, mit einem Schwellwert verglichen werden. Beispielsweise kann bei einem Ladezustand, der höher ist als der Schwellwert, das Betreiben der elektrischen Maschine in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart verhindert werden.
  • Ein weiteres Beispiel für eine solche Größe kann die Temperatur des elektrischen Energiespeichers oder der elektrischen Maschine darstellen. Elektrische Energiespeicher erwärmen sich im Ladebetrieb aufgrund der zugeführten Energie. Wenn der elektrische Energiespeicher bereits nahe an seiner maximalen Betriebstemperatur ist, so sollte aus Gründen des Bauteilschutzes die elektrische Maschine nicht in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart betrieben werden.
  • Die erhöhte Verlustleistung der zweiten Bremsbetriebsart gegenüber der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart kann vorzugsweise ebenfalls durch das Betreiben der elektrischen Maschine in einer generatorischen Bremsbetriebsart erzeugt werden, die sich dadurch auszeichnet, dass der Wirkungsgrad dieses generatorischen Bremsbetriebs niedriger ist als der Wirkungsgrad in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart. Statt die gleiche Menge an rotatorischer Energie der Antriebswelle in elektrische Energie umzuwandeln wie in der ersten Bremsbetriebsart, soll in der zweiten Bremsbetriebsart im Vergleich zur ersten Bremsbetriebsart unter gleichen Voraussetzungen eine geringere Menge an rotatorischer Energie in elektrische Energie umgewandelt werden und eine erhöhte Menge an rotatorischer Energie in Verlustleistung gewandelt werden.
  • Insbesondere ist eine zweite Bremsbetriebsart hervorzuheben, in der deren erhöhte Verlustleistung durch das Betreiben der elektrischen Maschine in einer Bremsbetriebsart erzeugt wird, in der die elektrische Maschine im Wesentlichen keine elektrische Energie erzeugt und somit im Wesentlichen kein Laden des elektrischen Energiespeichers bewirkt. Der Wirkungsgrad dieses Bremsbetriebes beträgt dann im Wesentlichen null.
  • Wenn es sich bei der elektrischen Maschine um eine permanenterregte Synchronmaschine handelt, so können deren physikalische Eigenschaften genutzt werden, um eine zweite Bremsbetriebsart zu realisieren, die die obig genannten vorzugsweisen Eigenschaften besitzt.
  • Das Drehmoment ML im Luftspalt zwischen Rotor und Stator einer permanenterregten Synchronmaschine wird mit der folgenden Formel bestimmt: ML = 3 / 2P(Ψ·iq + (Ld – Lq)·iq·id), (1) mit
    • P
    = Polpaarzahl
    Ψ
    = Rotorfluss
    iq
    = momentbildender Strom
    id
    = flussbildender Strom
    Lq
    = Induktivität in q-Richtung
    Ld
    = Induktivität in d-Richtung
  • Die beiden Ströme iq und id beschreiben dabei in einem rotorfesten Koordinatensystem den Stromfluss in Richtung der q-Achse bzw. der d-Achse, die aufeinander senkrecht stehen. Die Größe id ist der Betrag des Ständerstromzeigers, der in läuferfesten Koordinaten in Richtung des Erregerflusses zeigt. Die Größe iq ist der Betrag des Querstroms, der um 90° gegenüber dem Erregerfluss gedreht ist. Hervorzuheben ist, dass es sich bei dem Drehmoment ML im generatorischen Betrieb typischerweise um ein negatives Moment handelt.
  • Das Drehmoment ML ist somit über verschiedene Parameter einstellbar, die nicht ausschließlich von der mechanischen Konstruktion der permanenterregten Synchronmaschine bestimmt werden, sondern die während des Betriebs flexibel einstellbar sind. Unter Berücksichtigung der Winkeldrehzahl ω kann aus dem Moment ML die am Luftspalt erzeugte Leistung PL bestimmt werden: PL = ω·ML (2)
  • Die mechanische Leistung PMech an der Welle der permanenterregten Synchronmaschine, die als Antriebsleistung bei einer Anwendung in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung steht, bestimmt sich wiederum aus der am Luftspalt erzeugten Leistung PL, abzüglich der Reibungsverluste PReibung und der Eisenverluste PEisen: PMech = PL – PReibung – PEisen (3)
  • Reibungs- und Eisenverluste sind stark von der mechanischen Konstruktion der permanenterregten Synchronmaschine abhängig und eigenen sich somit nur bedingt als Stellgröße für die absolute Verlustleistung der permanenterregten Synchronmaschine.
  • Die Ständerwirkleistung PAC kann anhand der folgenden Formel berechnet werden, wobei PCu die als Kupferverluste bezeichnete Erwärmung der Ständerwicklung der permanenterregten Synchronmaschine darstellt: PAC = PL + PCu (4)
  • Durch Umstellen von Gleichung (4) nach PL und Einsetzen in Gleichung 3 kann in Gleichung (5) der Zusammenhang der Kupferverluste PCu zur mechanischen Leistung PMech dargestellt werden: PMech = PAC – PCu – PReibung – PEisen (5)
  • Die Kupferverluste PCu können wiederum in Abhängigkeit der moment- und flussbildenden Ströme iq, bzw. id und des Kupferwiderstands RCu bestimmt werden: PCu = (i 2 / q + i 2 / d)·RCu (6)
  • Die moment- und flussbildenden Ströme iq bzw. id stellen keine mechanische Eigenschaft der permanenterregten Synchronmaschine dar, sondern können während des Betriebs verändert werden. Deshalb sind die Kupferverluste PCu als Stellgröße für die Höhe der absoluten Verlustleistung der permanenterregten Synchronmaschine sehr gut geeignet.
  • Insbesondere ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hervorzuheben, bei dem der elektrische Wirkungsgrad des Bremsbetriebs der zweiten Bremsbetriebsart variabel einstellbar ist, was durch die variable Einstellung eines oder mehrerer Parameter erfolgt. Da die moment- und flussbildenden Ströme iq, bzw. id während des Betriebs verändert werden können, können diese als die oben genannten Parameter genutzt werden, um bei jeder Ausführung des Verfahrens die Höhe der Kupferverluste PCu situationsgerecht einzustellen. Dies ermöglicht eine flexible Steuerung der Menge an rotatorischer Energie der Antriebswelle, die in Verlustleistung umgewandelt wird.
  • Wie an Formel (6) zu sehen ist, steht die Höhe der Kupferverluste PCu in einem quadratischen Zusammenhang mit der Höhe des flussbildenden Stroms id. Unabhängig davon steht die Höhe der Kupferverluste PCu ebenfalls in einem quadratischen Zusammenhang mit der Höhe des momentbildenden Stroms iq. Die beiden Ströme sind allerdings im Wesentlichen unabhängig voneinander. Somit ist es möglich, die Höhe der Verlustenergie einzustellen, unabhängig von der erzeugten elektrische Nutzenergie und dem daraus resultierenden Moment. Beispielsweise wird im Grenzfall keine elektrische Nutzenergie erzeugt, aber die Verlustenergie kann trotzdem variabel eingestellt werden. Dadurch ist es auch möglich, die permanenterregte Synchronmaschine in einer generatorischen Betriebsart zu betreiben, in der nur ein Teil der rotatorischen Energie der Antriebswelle in Verlustleistung transformiert wird, der verbleibende Teil aber per Rekuperation in elektrische Energie transformiert wird und dem oder den elektrischen Energiespeichern des Kraftfahrzeugs zugeführt werden kann. Die Aufteilung der Umwandlung der rotatorischen Energie der Antriebswelle in nutzbare, elektrische Leistung und Verlustleistung kann durch Einstellen der moment- und flussbildenden Ströme iq bzw. id für die zweite Bremsbetriebsart festgelegt werden, wie aus Gleichung (4) hervorgeht. Somit kann bei jeder Ausführung des Verfahrens ein eventuell vorhandenes Potential für eine Energierückgewinnung individuell ausgenutzt werden, wenn die elektrische Maschine in der zweiten Bremsbetriebsart betrieben wird.
  • Die Reduktion der Drehzahl der Antriebswelle wird, wie ausgeführt, entweder durch die generatorische, erste Bremsbetriebsart oder durch die zweite Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung umgesetzt. Die Drehzahl der Antriebswelle wird so lange reduziert, bis eine ausreichende Drehzahlsynchronität zwischen Antriebswelle und Getriebeeingang erreicht ist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehzahl der Antriebswelle im Wesentlichen der Drehzahl des Getriebeeingangs entspricht. Beispielsweise ist in diesem Fall der Unterschied der beiden Drehzahlen kleiner als ein vorgegebener (kleiner) Schwellwert. Im Idealfall gleichen sich die Drehzahlen an Antriebswelle und Getriebe exakt. Somit werden einerseits die Materialbelastung und der damit einhergehende Materialverschleiß minimiert, andererseits wird der Schaltvorgang so keinen oder nur einen geringen für den Fahrer erlebbaren Ruck auslösen.
  • Nach Erreichen einer ausreichenden Drehzahlsynchronität und dem Beenden des Schaltvorgangs des Getriebes wird die Kupplung geschlossen.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Schalten eines in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine umfasst, die über eine Kupplung mit dem Getriebe verbunden ist. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, ein Hochschalt-Kommando zum Schalten des Getriebes in einen höheren Gang entgegen zu nehmen, die Kupplung zwischen elektrischer Maschine und Getriebe zu öffnen, das Getriebe zu schalten und wahlweise die elektrische Maschine in einer generatorischen, ersten Bremsbetriebsart oder einer zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung zu betreiben. Des Weiteren ist die Steuervorrichtung eingerichtet, nach Erreichen einer ausreichenden Drehzahlsynchronität zwischen Antriebswelle und Getriebeeingang und nach Schalten des Getriebes das Schließen der Kupplung herbeizuführen.
  • Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeugs mit beispielhaften Komponenten, die zur Ausführung des Verfahrens beitragen,
  • 2 ein Ablaufdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug und
  • 3 ein Ablaufdiagramm für ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schalten des Getriebes in einem Kraftfahrzeug.
  • In 1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeugs mit beispielhaften Komponenten, die zur Ausführung des Verfahrens beitragen, abgebildet. Darin ist eine elektrische Maschine A über eine Kupplung B, insbesondere eine Klauenkupplung, mit einem Getriebe C verbunden. Das Getriebe C überträgt das Antriebsmoment über eine Achse D auf die Räder E. Des Weiteren ist die elektrische Maschine A mit einem elektrischen Energiespeicher F verbunden. Zur Steuerung des Betriebs der elektrischen Maschine A ist ein Steuergerät H vorgesehen, zur Steuerung des Getriebes C ist ein Steuergerät I vorgesehen. Eine Erweiterungsmöglichkeit besteht darin, die elektrische Maschine A mit einem zusätzlichen, optionalen Antriebsaggregat G zu verbinden, beispielsweise einem Verbrennungsmotor.
  • In 2 ist ein Ablaufdiagramm für ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet. Einige Schritte des Verfahrens können beispielsweise auf dem Steuergerät H der elektrischen Maschine A ausgeführt werden, wohingegen andere Schritte beispielsweise auf dem Steuergerät I des Getriebes C ausgeführt werden können.
  • Beispielsweise nimmt das Steuergerät I des Getriebes C in Schritt 100 zunächst ein Hochschalt-Kommando entgegen. Dieses Kommando kann entweder direkt vom Fahrer durch eine Schaltbedienhandlung ausgelöst werden oder im Fall eines Automatikgetriebes aus der Schaltstrategie des Antriebs, die beispielsweise auf dem Steuergerät H der elektrischen Maschine A verortet ist, versendet werden. Dieses Kommando stößt die Durchführung des Verfahrens an.
  • Um parallel die mechanischen Bestandteile des Getriebes C in den höheren Gang zu schalten und um die Drehzahl der Antriebswelle zu senken, ist es notwendig, dass in Schritt 110 die Kupplung zwischen elektrischer Maschine A und Getriebe C durch das Getriebesteuergerät I geöffnet wird.
  • In Schritt 120 wird vorzugsweise durch das Steuergerät H der elektrischen Maschine A geprüft, ob eine weitere Energieaufnahme für den elektrischen Energiespeicher F noch zulässig ist. Dies kann beispielsweise geschehen, indem der aktuelle Ladezustand des elektrischen Energiespeichers F mit einem Schwellwert, beispielsweise 80%, verglichen wird. Ist der aktuelle Ladezustand unter diesem Schwellwert, so wird angenommen, dass für den elektrischen Energiespeicher F eine weitere Energieaufnahme noch zulässig ist. Ist der aktuelle Ladezustand über dem Schwellwert, so wird angenommen, dass für den elektrischen Energiespeicher F eine weitere Energieaufnahme nicht mehr zulässig ist.
  • Im Fall, dass für den elektrischen Energiespeicher F eine weitere Energieaufnahme zulässig ist, betreibt das Steuergerät H der elektrischen Maschine A diese in Schritt 130 in einer generatorischen Bremsbetriebsart, um ein Bremsmoment zu erzeugen. Dieses Bremsmoment führt zu einer Verringerung der Drehzahl der elektrischen Maschine A. Diese Betriebsart wird so lange fortgeführt, bis in Schritt 150 eine Drehzahlsynchronität zwischen Antriebswelle und Eingang des Getriebes C erreicht ist. Diese Drehzahlsynchronität ist beispielsweise erreicht, wenn die Differenz der beiden Drehzahlen unter einem Schwellwert, beispielsweise 10 U/min, liegt.
  • Im Fall, dass für den elektrischen Energiespeicher F eine weitere Energieaufnahme nicht zulässig ist, betreibt das Steuergerät H der elektrischen Maschine A diese in Schritt 140 in einer Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung. Die elektrische Energie, die zur Erzeugung einer Bremsleistung in der elektrischen Maschine A erzeugt wird, wird in diese Verlustleistung umgewandelt und somit ein Bremsmoment erzeugt, welches die Drehzahl der elektrischen Maschine A reduziert. Diese Betriebsart zeichnet sich beispielsweise dadurch aus, dass der momentbildende Strom der elektrischen Maschine A unabhängig vom flussbildenden Strom der elektrischen Maschine A ist. Somit kann die elektrische Maschine A derart betrieben werden, dass kaum elektrische Energie durch Rekuperation erzeugt wird, sondern stattdessen Wärme. Diese Betriebsart wird so lange fortgeführt, bis in Schritt 160 eine Drehzahlsynchronität zwischen Antriebswelle und Eingang des Getriebes C erreicht ist. Diese Drehzahlsynchronität ist beispielsweise erreicht, wenn die Differenz der beiden Drehzahlen unter einem (kleinen) Schwellwert, beispielsweise 10 U/min, liegt.
  • Nach Erreichen der Drehzahlsynchronität und nach Abschluss des Schaltvorgangs des Getriebes C in Schritt 170, der parallel zum Abbremsen der elektrischen Maschine ablaufen kann, wird in Schritt 180 die Kupplung B geschlossen.
  • In 3 ist ein weiteres Ablaufdiagramm für ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet. Die Unterschiede werden im Folgenden erläutert.
  • In Schritt 123 in 3 wird, im Vergleich zu Schritt 120 in 2 die Wahl der Bremsbetriebsart, in der die elektrische Maschine A betrieben werden soll, in Abhängigkeit von einem oder mehreren Kriterien getroffen. Alternativ zu der Auswertung des aktuellen Ladezustands des elektrischen Energiespeicher F kann beispielsweise auch die Temperatur einer oder mehrerer Komponenten des Kraftfahrzeugs, wie etwa des elektrischen Energiespeichers F ausgewertet werden. Wenn die Temperatur des Energiespeichers einen oberen Schwellwert übersteigt, so wird vorzugsweise aus Gründen des Bauteilschutzes auf das Betreiben der elektrischen Maschine A in einer generatorischen, ersten Bremsbetriebsart verzichtet, da diese aufgrund des positiven Energieflusses zum elektrischen Energiespeicher F zu dessen weiterer Erwärmung beiträgt.
  • In Schritt 125 in 3 werden ein oder mehrere variable Parameter der elektrischen Maschine A eingestellt, um den elektrischen Wirkungsgrad der zweiten Bremsbetriebsart festzulegen. Wenn es sich bei der elektrischen Maschine A um eine permanenterregte Synchronmaschine handelt, so eignen sich hierfür beispielsweise die momenten- und flussbildenden Ströme. Durch die Unabhängigkeit der beiden Ströme kann die Höhe der Verlustleistung „momententreu” eingestellt werden, d. h. bei im Wesentlichen gleich bleibender Höhe der erzeugten Bremsleistung und des damit einhergehenden Bremsmoments kann die Verlustleistung je nach Bedarf variabel eingestellt werden. Die Verlustleistung kann dabei hoch eingestellt werden, wenn nur wenig elektrische Energie vom Energiespeicher aufgenommen werden soll. Die Verlustleistung kann alternativ auch niedrig eingestellt werden, wenn viel elektrische Energie aufgenommen werden soll.
  • Die konkrete Wahl der Höhe des elektrischen Wirkungsgrads sollte in Abhängigkeit von einem oder mehreren Faktoren eingestellt werden. Beispiele hierfür sind der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers F oder die Betriebstemperatur von Komponenten wie der elektrischen Maschine A und/oder dem elektrischen Energiespeicher F.
  • Die elektrischen Maschine A wird dann in Schritt 140 mit dem eingestellten elektrischen Wirkungsgrad in der zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung betrieben.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012208845 A1 [0004, 0006]
    • DE 102005058829 A1 [0008]

Claims (12)

  1. Verfahren zum Schalten eines in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes (C) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine (A) umfasst, die über eine Kupplung (B) mit dem Eingang des Getriebes (C) mechanisch gekoppelt ist, mit den Schritten: – Entgegennehmen eines Hochschalt-Kommandos zum Schalten des Getriebes (C) in einen höheren Gang; – nach Entgegennahme des Hochschalt-Kommandos, Öffnen der Kupplung (B) zwischen elektrischer Maschine (A) und Getriebe (C); – nach Öffnen der Kupplung (B), Schalten des Getriebes (C); – Entscheiden in Abhängigkeit einer oder mehrerer Größen zwischen wahlweise – dem Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einer generatorischen, ersten Bremsbetriebsart oder – dem Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einer zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung gegenüber der ersten Bremsbetriebsart; – bei Entscheidung für das Betreiben der elektrischen Maschine (A) in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart, Betreiben der elektrischen Maschine (A) in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart, so dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (A) durch das aufgrund des Bremsbetriebs erzeugte Bremsmoment verringert wird; – bei Entscheidung für das Betreiben der elektrischen Maschine (A) in der zweiten Bremsbetriebsart, Betreiben der elektrischen Maschine (A) in der zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung gegenüber der ersten Bremsbetriebsart, so dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (A) durch das aufgrund des Bremsbetriebs erzeugte Bremsmoment verringert wird; und – nach Erreichen einer ausreichenden Drehzahlsynchronität zwischen elektrischer Maschine (A) und Getriebe (C) und nach Schalten des Getriebes (C), Schließen der Kupplung (B).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Entscheidung getroffen wird in Abhängigkeit von einer oder mehreren Größen, die den Zustand des Energiespeichers (F) betreffen, der mit der elektrischen Maschine elektrisch verbunden ist, und/oder in Abhängigkeit von einer oder mehreren Größen, die den Zustand der elektrischen Maschine (A) betreffen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Entscheidung in Abhängigkeit des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers (F) getroffen wird, der mit der elektrischen Maschine (A) verbunden ist.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erhöhte Verlustleistung der zweiten Bremsbetriebsart über das Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einem generatorischen Bremsbetrieb erzeugt wird, in dem der elektrische Wirkungsgrad dieses generatorischen Bremsbetriebs niedriger ist als der Wirkungsgrad der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erhöhte Verlustleistung der zweiten Bremsbetriebsart über das Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einem Bremsbetrieb erzeugt wird, in dem die elektrische Maschine (A) im Wesentlichen keine elektrische Energie erzeugt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei bei jeder Ausführung des Verfahrens der elektrische Wirkungsgrad des Bremsbetriebs der zweiten Bremsbetriebsart variabel eingestellt wird durch das Einstellen eines oder mehrerer variabler Parameter.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (A) eine permanenterregte Synchronmaschine ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der elektrische Wirkungsgrad der zweiten Bremsbetriebsart von der einstellbaren Kupfer-Verlustleistung der permanenterregten Synchronmaschine (A) abhängt und die Kupferverlustleistung eingestellt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei zumindest eine elektrische Größe, der permanenterregten Synchronmaschine (A) eingestellt wird, um die Höhe der einstellbaren Kupfer-Verlustleistung und den Wirkungsgrad der zweiten Bremsbetriebsart der permanenterregten Synchronmaschine einzustellen.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei ein flussbildender Strom der permanenterregten Synchronmaschine (A) und/oder ein momentbildender Strom der permanenterregten Synchronmaschine (A) eingestellt werden, um die Kupfer-Verlustleistung der permanenterregten Synchronmaschine (A) einzustellen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein flussbildender Strom der permanenterregten Synchronmaschine (A) und/oder ein momentbildender Strom der permanenterregten Synchronmaschine (A) derart eingestellt werden, dass die Höhe der elektrischen Energie, die durch den generatorischen Betrieb der permanenterregten Synchronmaschine erzeugt wird, im Wesentlichen maximiert wird unter Berücksichtigung des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers (F), der elektrisch mit der permanenterregten Synchronmaschine (A) verbunden ist.
  12. Steuervorrichtung zum Schalten eines in unterschiedliche Gänge schaltbaren Getriebes (C) für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine (A) umfasst, die über eine Kupplung (B) mit dem Eingang des Getriebes (C) gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, – ein Hochschalt-Kommandos zum Schalten des Getriebes (C) in einen höheren Gang entgegen zu nehmen, – nach Entgegennahme des Hochschalt-Kommandos, die Kupplung (B) zwischen elektrischer Maschine (A) und Getriebe (C) zu öffnen, – nach Öffnen der Kupplung (B), das Getriebe (C) zu schalten, – wahlweise in Abhängigkeit von einer oder mehreren Größen zu entscheiden zwischen – dem Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einer generatorischen, ersten Bremsbetriebsart oder – dem Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einer zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung gegenüber der ersten Bremsbetriebsart, – bei Entscheidung für das Betreiben der elektrischen Maschine (A) in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart, die elektrische Maschine (A) in der generatorischen, ersten Bremsbetriebsart zu betreiben, so dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (A) durch das aufgrund des generatorischen Betriebs erzeugte Bremsmoment verringert wird, – bei Entscheidung für das Betreiben der elektrischen Maschine (A) in einer zweiten Bremsbetriebsart, die elektrische Maschine (A) in der zweiten Bremsbetriebsart mit erhöhter Verlustleistung gegenüber der ersten Bremsbetriebsart zu betreiben, so dass die Drehzahl der elektrischen Maschine (A) durch das Bremsmoment, das durch den Bremsbetrieb erzeugt wird, verringert wird und – nach Erreichen einer ausreichenden Drehzahlsynchronität zwischen elektrischer Maschine (A) und Getriebe (C) und nach Schalten des Getriebes (C), die Kupplung (B) zu schließen.
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