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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einer Steuerung und einem Automatikgetriebe, das eine Kupplung und einen Drehmomentwandler umfasst, sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Kraftfahrzeugs.
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Kraftfahrzeuge mit einem Automatikgetriebe sind aus dem Stand der Technik bekannt. Automatikgetriebe in Kraftfahrzeugen haben typischerweise einen ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannten Drehmomentwandler, der über die Kurbelwelle eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Motor und dem Automatikgetriebe herstellt.
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Der Nachteil dieser Automatikgetriebe, bei denen der Motor drehmomentübertragend mit dem Drehmomentwandler gekoppelt ist, besteht darin, dass die zu beschleunigenden Massen sehr hoch sind. Die hiermit verbundene hohe Trägheit des Systems führt zu einer Verzögerung bei Drehzahländerungen des Motors und damit zu einer Verzögerung beim Zurückschalten, wodurch die Dynamik des Kraftfahrzeugs eingeschränkt ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einem Drehmomentwandler bereitzustellen, das eine verbesserte Dynamik und Fahrleistung aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist ein Kraftfahrzeug mit einem Motor, einer Steuerung und einem Automatikgetriebe, das eine Kupplung und einen Drehmomentwandler umfasst, vorgesehen, wobei mittels der Kupplung der Drehmomentwandler vom Motor und/oder dem Automatikgetriebe trennbar ist. Im Sinne der Erfindung wird hierunter verstanden, dass die Drehmomentübertragung zwischen dem Drehmomentwandler und dem Motor sowie zwischen dem Drehmomentwandler und dem Automatikgetriebe getrennt werden kann. Hierdurch trägt die Masse des Drehmomentwandlers nach der Entkopplung nicht zur Trägheit des Motors bei, wodurch dieser, getrennt vom Drehmomentwandler, schneller auf eine Zieldrehzahl beschleunigt werden kann. Auf diese Weise ist die Dynamik des Kraftfahrzeugs verbessert.
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Vorzugsweise ist der Drehmomentwandler mit dem Motor und/oder dem Automatikgetriebe drehmomentübertragend koppelbar, um die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie, insbesondere Rotationsenergie, nutzen zu können, um den Hochlauf des Motors auf eine Zieldrehzahl zu unterstützen und damit zu beschleunigen. Alternativ kann der Drehmomentwandler mit dem Motor drehmomentübertragend koppelbar sein, um den Motor zu bremsen und damit die Drehzahl des Motors schneller zu senken.
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Der Drehmomentwandler kann vorzugsweise während dem Schalten zwischen verschiedenen Gängen des Automatikgetriebes, insbesondere dem Rückschalten, entkoppelt und/oder gekoppelt werden.
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Der Motor und das Automatikgetriebe können drehmomentübertragend gekoppelt sein, während der Drehmomentwandler vom Motor und/oder dem Automatikgetriebe, insbesondere vom Motor und dem Automatikgetriebe, entkoppelt ist. Auf diese Weise kann der Drehmomentwandler als Anfahrelement vorgesehen sein und in allen anderen Fahrsituationen beliebig zu- oder wegeschaltet werden.
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Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs vorgesehen, mit dem Schritt:
- a) Entkoppeln des Drehmomentwandlers vom Motor und/oder dem Automatikgetriebe, wenn die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie geringer ist als ein Zielwert.
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Mittels des Zielwerts wird bestimmt, ob die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie, insbesondere Rotationsenergie, die Zeit verlängert oder verkürzt, die erforderlich ist, um einen Zielzustand des Motors zu erreichen. Ist die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie geringer als der Zielwert, bedeutet dies, dass die Kopplung des Drehmomentwandlers mit dem Motor das Erreichen des Zielzustands verzögert. In diesem Fall wird der Drehmomentwandler vom Motor und/oder dem Automatikgetriebe entkoppelt, damit die Energie, die sonst in den Drehmomentwandler eingebracht würde, genutzt werden kann, um den Motor schneller in den Zielzustand zu bringen. Der Zielzustand ist insbesondere ein Zustand mit einer bestimmten Drehzahl.
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Das Verfahren kann den folgenden Schritt umfassen:
- b) Koppeln des Drehmomentwandlers mit dem Motor und/oder dem Automatikgetriebe, wenn die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie mindestens einem Zielwert entspricht.
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Ist die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie, insbesondere Rotationsenergie, größer oder gleich dem Zielwert, kann die Zeit, die erforderlich ist, um einen Zielzustand des Motors zu erreichen, verkürzt werden, indem der Drehmomentwandler mit dem Motor und/oder dem Automatikgetriebe gekoppelt wird. Hierdurch steht die im Drehmomentwandler gespeicherte Energie zum Erreichen des Zielzustands des Motors unterstützend zur Verfügung.
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Vorzugsweise ist im Zielwert die Zieldrehzahl des Motors als Parameter berücksichtigt. Die Zieldrehzahl kann beispielsweise durch die Menge und Dauer des Gasgebens bzw. Bremsens des Fahrers bestimmt werden und/oder durch die Steuerung eines autonom fahrenden Fahrzeugs vorgegeben sein. Die Menge des Gasgebens bzw. Bremsens kann beispielsweise über die Stellung des Gas- bzw. Bremspedals erfolgen. Ferner kann die Zieldrehzahl durch den Schaltungsvorgang bestimmt sein.
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Es ist von Vorteil, wenn im Zielwert die aktuelle Drehzahl des Motors als Parameter berücksichtigt ist. Auf diese Weise ist eine verbesserte Zielwertbestimmung ermöglicht, indem beispielsweise ein Soll-Ist-Vergleich in die Ermittlung des Zielwerts mit einfließt. Verbessert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Zielwert die Zeit verkürzt, die erforderlich ist, um einen bestimmten Zielzustand des Motors zu erreichen. Ferner können Besonderheiten des Motors bei bestimmten Drehzahlen berücksichtigt werden.
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Die Schritte erfolgen vorzugsweise während dem Schalten des Automatikgetriebes, um die Verzugszeiten beim Schalten zu verringern.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem Motor und einem Automatikgetriebe, und
- - 2 in einer schematischen Darstellung den Motor und das Automatikgetriebe des Kraftfahrzeugs aus 1.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 10 mit einem Motor 12, einem Automatikgetriebe 14 und einer Steuerung 16 gezeigt.
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Der Motor 12 ist ein Verbrennungsmotor.
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In 2 ist der Motor 12, der eine Kurbelwelle 18 mit einer Getriebekupplung 19 umfasst, das Automatikgetriebe 14 sowie ein Drehmomentwandler 20 mit einer Kupplung 22 gezeigt.
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Das Automatikgetriebe 14 ist mittels der Getriebekupplung 19 über die Kurbelwelle 18 mit dem Motor 12 drehmomentübertragend gekoppelt.
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Der Drehmomentwandler 20 ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad 24 und einem Turbinenrad 26, die drehmomentübertragend miteinander gekoppelt sind.
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Die Kupplung 22 umfasst eine Pumpenradkupplung 28, mittels der das Pumpenrad 24 drehmomentübertragend mit dem Motor 12 koppelbar ist, und eine Turbinenradkupplung 30, mittels der das Turbinenrad 26 drehmomentübertragend mit dem Automatikgetriebe 14 koppelbar ist.
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Die Pumpenradkupplung 28 ist motorseitig der Getriebekupplung 19 mit dem Motor 12 verbunden, sodass unabhängig davon, ob die Getriebekupplung 19 geöffnet oder geschlossen ist, der Drehmomentwandler 20 mit dem Motor 12 drehmomentübertragend koppelbar ist.
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Die Turbinenradkupplung 30 ist getriebeseitig der Getriebekupplung 19 mit dem Getriebe 14 verbunden, sodass unabhängig davon, ob die Getriebekupplung 19 geöffnet oder geschlossen ist, der Drehmomentwandler 20 mit dem Getriebe 14 drehmomentübertragend koppelbar ist.
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Die Kupplung 22 ist dazu eingerichtet, den Drehmomentwandler 20 vom Motor 12 und dem Automatikgetriebe 14 zu trennen, indem der Drehmomentwandler 20 von der Kurbelwelle 18 entkoppelt wird und damit nicht mehr drehmomentübertragend mit der Kurbelwelle 18 verbunden ist.
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Die Kupplung 22 ist ferner dazu vorgesehen, den Drehmomentwandler 20 mit dem Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14 drehmomentübertragend zu koppeln, indem der Drehmomentwandler 20 mit der Kurbelwelle 18 derart verbunden wird, dass Drehmomente zwischen dem Drehmomentwandler 20 und der Kurbelwelle 18 übertragbar sind.
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Die Steuerung 16 ist mit der Kupplung 22 signalübertragend verbunden und derart eingerichtet, dass der Drehmomentwandler 20 vom Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14 entkoppelt, sobald die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie einen bestimmten Zielwert unterschreitet.
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Die Steuerung 16 ist ferner derart eingerichtet, dass der Drehmomentwandler 20 mit dem Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14 drehmomentübertragend koppelt, sobald die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie einen bestimmten Zielwert erreicht.
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Die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie ist im Wesentlichen Rotationsenergie.
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Die Steuerung 16 kann derart gestaltet sein, beispielsweise mittels einer Hysterese, dass bei begrenzten Schwankungen der gespeicherten Energie um den Zielwert ein Koppel bzw. Entkoppeln des Drehmomentwandlers 20 und des Motors 12 und/oder des Automatikgetriebes 14 verhindert ist.
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Der Zielwert wird von der Steuerung 16 anhand von der aktuellen Drehzahl sowie der Zieldrehzahl des Motors 12 bestimmt. Alternativ oder zusätzlich können weitere Parameter zur Bestimmung des Zielwerts verwendet werden.
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Der Zielwert wird in regelmäßigen Zeitabständen neu ermittelt, beispielsweise mit einer Frequenz von 100 Hz.
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Alternativ wird der Zielwert bei Schaltvorgängen, insbesondere beim Einleiten eines Schaltvorgangs, ermittelt.
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Die aktuelle Drehzahl des Motors 12 sowie die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie, kann durch Sensoren (nicht dargestellt) ermittelt und als Information der Steuerung 16 bereitgestellt werden.
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Zur Steuerung des Kraftfahrzeugs 10 sind die folgenden Schritte vorgesehen:
- a) Die Kupplung 22 trennt den Drehmomentwandler 20 vom Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14, wenn die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie kleiner ist als der aktuelle Zielwert.
- b) Die Kupplung 22 koppelt den Drehmomentwandler 20 mit dem Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14, wenn die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie mindestens dem aktuellen Zielwert entspricht.
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Um das Entkoppeln des Drehmomentwandlers 20 im Wesentlichen auf die Phasen zu beschränken, in denen das Automatikgetriebe 14 schaltet, kann eine Kopplung des Drehmomentwandlers 20 mit dem Motor 12 vorgesehen sein, sobald die Beschleunigung des Motors 12 auf die Zieldrehzahl abgeschlossen ist. Diese Regelung kann dadurch vorgesehen sein, dass die aktuelle Drehzahl des Motors 12 bei der Bestimmung des Zielwerts entsprechend berücksichtigt wird.
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Der Drehmomentwandler 20 kann nach Schaltvorgängen von dem Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14 entkoppelt bleiben.
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Ferner kann der Drehmomentwandler 20 mit dem Motor 12 und/oder dem Automatikgetriebe 14 zwischen Schaltvorgängen gekoppelt bzw. entkoppelt werden.
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Der Drehmomentwandler 20 kann mit dem Motor 12 gekoppelt werden, um den Motor 12 schneller auf eine geringere Drehzahl herunter zu bremsen. In diesem Fall wird Energie vom Motor 12 in den Drehmomentwandler 20 übertragen. Hierbei wird der aktuelle Zielwert entsprechend niedrig gewählt, sodass die Kupplung auch dann erfolgt, wenn die im Drehmomentwandler 20 gespeicherte Energie sehr gering ist oder Null beträgt.
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Indem der Drehmomentwandler 20 vom Motor 12 entkoppelt werden kann, kann die träge Masse verringert werden, die einer Drehzahländerung des Motors 12 entgegenwirkt. Dies ermöglicht beispielsweise beim Rückschalten, d.h. beim Schalten in einen niedrigeren Gang, dass der Motor 12 schneller auf die Zieldrehzahl beschleunigen kann und sorgt für eine verbesserte Dynamik des Kraftfahrzeugs 10.
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Ferner kann der Drehmomentwandler 20 nur zum Anfahren mit der Kurbelwelle 18 gekoppelt werden. In allen anderen Fahrsituationen kann der Drehmomentwandler 20 vom Motor 12 und dem Automatikgetriebe 14 entkoppelt bleiben, wodurch die zu beschleunigende träge Masse reduziert und damit die Dynamik des Kraftfahrzeugs 10 verbessert wird.
