DE102017220776A1 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, und Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, und Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs Download PDF

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Christoph Hess
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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine als elektrische Maschine ausgebildete Antriebsquelle (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (3A) im Kraftfluss zwischen der Antriebsquelle (EM) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), wobei der Drehmomentwandler (3A) durch Schließen einer hydraulisch betätigbaren Überbrückungskupplung (WK) überbrückbar ist, wobei für einen Anfahrvorgang gemäß einer ersten Betriebsstrategie die Überbrückungskupplung (WK) vollständig geschlossen und gemäß einer zweiten Betriebsstrategie die Überbrückungskupplung (WK) nicht vollständig geschlossen wird, wobei ein Hydraulikdruckgradient zum Befüllen eines Kolbenraums der Überbrückungskupplung (WK) bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie höher gewählt wird als bei Auswahl der zweiten Betriebsstrategie, sowie Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuereinheit (5) zur Steuerung eines derartigen Verfahrens.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs.
  • Der Antriebsstrang eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor als einzige Antriebsquelle weist üblicherweise ein Anfahrelement im Kraftfluss zwischen Antriebsquelle und Antriebsrädern auf, um einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Ein Beispiel für ein solches Anfahrelement ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor als einzige Antriebsquelle erfordert in der Regel kein Anfahrelement, da der Elektromotor das Fahrzeug aus dem Stand beschleunigen kann.
  • Der Antriebsstrang eines Parallel-Hybridfahrzeugs erfordert üblicherweise ein Anfahrelement, sofern ein Anfahrvorgang auch allein mithilfe des Verbrennungsmotors erfolgen soll. Zum elektrischen Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang sind im Stand der Technik verschiedene Varianten bekannt. Die Patentanmeldung DE 10 2006 018 058 A1 offenbart dabei verschiedenartige Anfahrvorgänge für ein Kraftfahrzeug mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang. In 4 sind zeitliche Verläufe bei einem rein elektrisch angetriebenen Anfahrvorgang mit schlupfender Wandlerüberbrückungskupplung, und in 5 mit geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung dargestellt.
  • Die Patentanmeldung DE 10 2016 206 742 A1 beschreibt ein Verfahren zur Auswahl zwischen einem Anfahrvorgang eines Kraftfahrzeugs mit Parallelhybridantriebsstrang mit schlupfendem oder überbrücktem Anfahrelement abhängig von getriebe-externen Parametern, und einer anschließenden entsprechenden Ansteuerung der Überbrückungskupplung.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, die Zuverlässigkeit des Anfahrvorgangs mit überbrücktem Anfahrelement zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren. In Patentanspruch 5 wird zudem ein Antriebsstrangmodul mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 angegeben.
  • Das Verfahren ist zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges geeignet, welches zumindest eine als elektrische Maschine ausgebildete Antriebsquelle, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes, sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Kraftfluss zwischen der Antriebsquelle und der Abtriebswelle umfasst. Der Drehmomentwandler weist zumindest ein Pumpenrad und ein Turbinenrad auf, welche hydrodynamisch miteinander in Wirkverbindung stehen. Der Drehmomentwandler kann zusätzlich ein Leitrad aufweisen. Die elektrische Maschine kann entweder als einzige Antriebsquelle im Antriebsstrang dienen, oder zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine in einem Hybridantriebstrang wirken. Der Drehmomentwandler kann außerhalb oder innerhalb eines Gehäuses des Getriebes angeordnet sein, und ist durch Schließen einer hydraulisch betätigbaren Überbrückungskupplung überbrückbar. Durch Schließen der Überbrückungskupplung werden Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers reibschlüssig miteinander verbunden.
  • Für einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs wird eine Auswahl zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsstrategie zur Ansteuerung der Überbrückungskupplung getroffen. In der ersten Betriebsstrategie wird die Überbrückungskupplung vollständig geschlossen, sofern diese nicht bereits vollständig geschlossen ist. Im vollständig geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung tritt im Wesentlichen keine Differenzdrehzahl zwischen Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers auf. Ein sogenannter Mikroschlupf zwischen Pumpenrad und Turbinenrad kann auch im vollständig geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung auftreten. In der zweiten Betriebsstrategie wird die Überbrückungskupplung nicht vollständig geschlossen, sodass der Drehmomentwandler beim Anfahrvorgang einen Schlupfzustand annimmt. Unter Schlupfzustand wird dabei ein Zustand des Drehmomentwandlers verstanden, bei dem eine Differenzdrehzahl zwischen Pumpenrad und Turbinenrad auftritt.
  • Bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie wird erfindungsgemäß ein Hydraulikdruckgradient zur Befüllung eines Kolbenraums der Überbrückungskupplung höher gewählt als bei Auswahl der zweiten Betriebsstrategie. Diese Unterscheidung beruht auf der Erkenntnis, dass der Drehmomentwandler unmittelbar vor einem Anfahrvorgang gemäß der ersten Betriebsstrategie keine Drehzahl oder nur eine sehr geringe Drehzahl aufweist. Unter einer sehr geringen Drehzahl wird beispielhaft eine Drehzahl kleiner 80 Umdrehungen pro Minute verstanden. Daher kann ein vergleichsweise rascher Schließvorgang der Überbrückungskupplung nicht zu einer Anregung einer Drehschwingung im Antriebsstrang führen. Unmittelbar vor einem Anfahrvorgang gemäß der zweiten Betriebsstrategie hingegen kann das Pumpenrad - gewollt oder ungewollt - eine höhere Drehzahl aufweisen. In einem solchen Betriebszustand des Drehmomentwandlers ist ein vergleichsweise langsameres Befüllen des Kolbenraums der Überbrückungskupplung ratsam, um eine deutliche Drehschwingungsanregung zu verhindern.
  • Durch den vergleichsweise raschen Schließvorgang der Überbrückungskupplung bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie wird eine Bereitschaft für den Anfahrvorgang schneller erreicht. Dadurch kann der Anfahrvorgang mit geschlossener Überbrückungskupplung zuverlässig durchgeführt werden.
  • Auch bei einem Anfahrvorgang gemäß der zweiten Betriebsstrategie kann die Überbrückungskupplung bereits Drehmoment übertragen. In anderen Worten muss die Überbrückungskupplung bei einem Anfahrvorgang gemäß der zweiten Betriebsstrategie nicht vollständig geöffnet sein. Dadurch wird ein komfortables, vollständiges Schließen der Überbrückungskupplung anschließend an den Anfahrvorgang erleichtert.
  • Die Zufuhr von Hydraulikfluid zum Kolbenraum der Überbrückungskupplungs-Betätigung wird durch ein Hydrauliksystem gesteuert, welches Bestandteil des Getriebes sein kann. Das Hydrauliksystem weist dazu zumindest eine Pumpe auf, welches einen Druckkreis des Hydrauliksystems mit einem Systemdruck versorgt. Der Systemdruck kann durch Ansteuerung der Pumpe und/oder mittels eines Ventils des Hydrauliksystems einstellbar sein. Vorzugsweise wird der Systemdruck erhöht, falls zum Anfahren des Kraftfahrzeugs die erste Betriebsstrategie gewählt wird. Dadurch kann der Schließvorgang der Überbrückungskupplung weiter beschleunigt werden, sodass die Bereitschaft für den Anfahrvorgang schneller erreicht wird. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann der Systemdruck bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie auf einen maximal möglichen Wert angehoben werden.
  • Der Schließvorgang eines hydraulisch betätigten Schaltelementes, wie beispielsweise der Überbrückungskupplung, ist gekennzeichnet durch einen Vorbefüllungsphase, eine Füllausgleichsphase und eine Schließphase. In der Vorbefüllungsphase wird der Kolbenraum der Überbrückungskupplung mit Hydraulikfluid befüllt. In der Füllausgleichsphase wird die Befüllung des Kolbenraums verlangsamt fortgesetzt, um sicherzustellen dass der Kolbenraum vor Beginn der Schließphase gleichmäßig mit Hydraulikfluid gefüllt ist. Die Vorbefüllungsphase und die Füllausgleichsphase sind vorzugsweise zeitgesteuert. Zum Ende der Füllausgleichsphase überträgt das Schaltelement kein oder nur ein geringes Drehmoment. In der Schließphase wird der Druck im Kolbenraum erhöht, sodass das von dem Schaltelement übertragene Drehmoment erhöht wird. Vorzugsweise wird eine Füllausgleichzeit der Überbrückungskupplung, also die für die Füllausgleichsphase vorgegebene Zeit, bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie kürzer gewählt als bei Auswahl der zweiten Betriebsstrategie. Dadurch kann der Schließvorgang der Überbrückungskupplung weiter beschleunigt werden, sodass die Bereitschaft für den Anfahrvorgang schneller erreicht wird.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs angegeben, welches zumindest eine als elektrische Maschine ausgebildete Antriebsquelle, eine Schnittstelle zu einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, eine Steuereinheit, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Kraftfluss zwischen der Antriebsquelle und der Abtriebswelle umfasst. Die Steuereinheit ist dabei zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
  • Ein Ausführungsbeispiel ist nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
    • 1 einen Kraftfahrzeug-Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler als Anfahrelement;
    • 2 einen ersten zeitlichen Ablauf der Ansteuerung einer Überbrückungskupplung des Drehmomentwandlers; und
    • 3 einen zweiten zeitlichen Ablauf der Ansteuerung der Überbrückungskupplung.
  • 1 zeigt schematisiert einen als Parallelhybrid-Antriebsstrang ausgebildeten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang verfügt über einen Verbrennungsmotor VM und eine elektrische Maschine EM als Antriebseinheiten, wobei zwischen den Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM eine Trennkupplung K0 geschaltet ist. Ferner umfasst der Antriebsstrang der 1 als Komponente ein Getriebe G zur Bereitstellung verschiedener Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle GW1 und einer Abtriebswelle GW2 des Getriebes G, sowie ein Anfahrelement 3A, welches als hydrodynamischer Drehmomentwandler ausgebildet ist. Das Anfahrelement 3A ist funktional zwischen den Antriebseinheiten VM, EM und dem Getriebe G angeordnet. Das Anfahrelement 3A kann mit dem Getriebe G, mit der elektrischen Maschine EM und mit der Trennkupplung K0 in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Eine Antriebsseite 3A_an und eine Abtriebsseite 3A_ab des Anfahrelements 3A können durch Schließen einer hydraulisch betätigbaren Überbrückungskupplung WK fest miteinander verbunden werden. Das Getriebe G ist zwischen dem Anfahrelement 3A und einem Differentialgetriebe AG angeordnet, über welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird. Dem Getriebe G, dem Anfahrelement 3A, einem nicht dargestellten Kolbenraum zur Betätigung der Überbrückungskupplung WK und einem nicht dargestellten Kolbenraum zur Betätigung der Trennkupplung K0 ist ein Hydrauliksystem HY zugeordnet. Das Hydrauliksystem HY ist zur Steuerung der Hydraulikfluid-Zufuhr zu den dem Hydrauliksystem HY zugeordneten Komponenten eingerichtet. Dem Getriebe G ist eine Steuereinheit 5 zugeordnet, welche zumindest mit dem Getriebe G, der elektrischen Maschine EM und dem Hydrauliksystem HY in Kommunikationsverbindung steht.
  • Soll ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß 1 anfahren, so wird durch die Steuereinheit 5 zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsstrategie zur Ansteuerung der Überbrückungskupplung WK gewählt. In der ersten Betriebsstrategie wird das Anfahrelement 3A durch vollständiges Schließen der Überbrückungskupplung WK überbrückt, falls ein solcher Zustand nicht bereits vorliegt. In der zweiten Betriebsstrategie wird die Überbrückungskupplung WK nicht vollständig geschlossen, sodass zwischen Antriebsseite 3A_an und Abtriebsseite 3A_ab des Anfahrelements 3A ein Schlupfzustand auftreten kann.
  • 2 zeigt einen zeitlichen Ablauf der Ansteuerung der Überbrückungskupplung WK gemäß der zweiten Betriebsstrategie. Konkret ist der zeitliche Ablauf eines Ansteuerstroms i_VWK eines Hydraulikventils des Hydrauliksystems HY dargestellt, welches den Zufluss von Hydraulikfluid zu einem Kolbenraum der hydraulischen Betätigung der Überbrückungskupplung WK direkt oder indirekt steuert. Je höher der Ansteuerstrom i_VWK, desto mehr Druck wird dem Kolbenraum zum Schließen der Überbrückungskupplung WK zugeführt. Zu einem Zeitpunkt T1 wird der Ansteuerstrom i_VWK auf einen Wert w1 angehoben und bis zu einem Zeitpunkt T2 konstant auf diesem Wert w1 belassen. Zwischen den Zeitpunkten T1 und T2 findet die Vorbefüllungsphase der Überbrückungskupplung WK statt. Zum Zeitpunkt T2 wird der Ansteuerstrom auf einen Wert w2 reduziert, und bis zu einem Zeitpunkt T3 in linearer Weise auf einen Wert w2E angehoben. Zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 findet die Füllausgleichsphase statt. Die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 wird als Füllausgleichszeit WK_z bezeichnet. Eine nach dem Zeitpunkt T3 folgende Erhöhung des Ansteuerstroms i_VWK führt zu einer Erhöhung der Drehmomentübertragung der Überbrückungskupplung WK.
  • 3 zeigt einen zeitlichen Ablauf der Ansteuerung der Überbrückungskupplung WK gemäß der ersten Betriebsstrategie. Zum Zeitpunkt T1' wird der Ansteuerstrom i_VWK auf einen Wert w3 angehoben, welcher höher ist als der Wert w2. Somit erfolgt die Befüllung der Überbrückungskupplung WK mit einem höheren Druck als bei dem Ablauf gemäß der zweiten Betriebsstrategie. Dadurch ergibt sich bei einem Ablauf gemäß der ersten Betriebsstrategie ein höherer Hydraulikdruckgradient zum Befüllen der Überbrückungskupplung WK als bei einem Ablauf gemäß der zweiten Betriebsstrategie. Aufgrund der nun schneller ablaufenden Befüllung wird die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt T1' und einem Zeitpunkt T2' reduziert. Zum Zeitpunkt T2' wird der Ansteuerstrom i_VWK auf einen Wert w4 reduziert, und bis zu einem Zeitpunkt T3' in linearer Weise auf einen Wert w4E angehoben. Die Füllausgleichszeit WK_z, also die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten T2' und T3' ist bei Ablauf gemäß der ersten Betriebsstrategie gegenüber dem Ablauf gemäß der zweiten Betriebsstrategie verkürzt. Eine nach dem Zeitpunkt T3' folgende Erhöhung des Ansteuerstroms i_VWK führt zu einer Erhöhung der Drehmomentübertragung der Überbrückungskupplung WK.
  • Bezugszeichenliste
    • G
    Getriebe
    GW1
    Antriebswelle
    GW2
    Abtriebswelle
    VM
    Verbrennungsmotor
    EM
    Elektrische Maschine
    K0
    Trennkupplung
    AG
    Differentialgetriebe
    DW
    Antriebsrad
    3A
    Anfahrelement
    WK
    Überbrückungskupplung
    3A_an
    Antriebsseite
    3A_ab
    Abtriebsseite
    5
    Steuereinheit
    HY
    Hydrauliksystem
    i_VWK
    Ansteuerstrom
    T1, T1'
    Zeitpunkt
    T2, T2'
    Zeitpunkt
    T3, T3'
    Zeitpunkt
    WK_z
    Füllausgleichszeit
    w1
    Wert
    w2
    Wert
    w2e
    Wert
    w3
    Wert
    w4
    Wert
    w4e
    Wert
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006018058 A1 [0003]
    • DE 102016206742 A1 [0004]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine als elektrische Maschine ausgebildete Antriebsquelle (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G) sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (3A) im Kraftfluss zwischen der Antriebsquelle (EM) und der Abtriebswelle (GW2), wobei der Drehmomentwandler (3A) durch Schließen einer hydraulisch betätigbaren Überbrückungskupplung (WK) überbrückbar ist, - wobei für einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsstrategie zur Ansteuerung der Überbrückungskupplung (WK) gewählt wird, - wobei in der ersten Betriebsstrategie die Überbrückungskupplung (WK) vollständig geschlossen wird, sofern diese nicht bereits vollständig geschlossen ist, sodass der Drehmomentwandler (3A) beim Anfahrvorgang keinen Schlupfzustand annimmt, - wobei in der zweiten Betriebsstrategie die Überbrückungskupplung (WK) nicht vollständig geschlossen wird, sodass der Drehmomentwandler (3A) beim Anfahrvorgang einen Schlupfzustand annimmt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hydraulikdruckgradient zum Befüllen eines Kolbenraums der Überbrückungskupplung (WK) bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie höher gewählt wird als bei Auswahl der zweiten Betriebsstrategie.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Systemdruck eines Hydrauliksystems (HY), welches zur Steuerung der Hydraulikfluid-Zufuhr zum Kolbenraum der Überbrückungskupplung (WK) eingerichtet ist, bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie erhöht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemdruck des Hydrauliksystems (HY) bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie auf einen maximal möglichen Wert erhöht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Füllausgleichszeit (WK_z) zur Befüllung des Kolbenraums der Überbrückungskupplung (WK) bei Auswahl der ersten Betriebsstrategie kürzer gewählt wird als bei Auswahl der zweiten Betriebsstrategie.
  5. Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine als elektrische Maschine ausgebildete Antriebsquelle (EM), eine Schnittstelle zu einer Verbrennungskraftmaschine (VM) des Kraftfahrzeugs, eine Steuereinheit (5), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (3A) im Kraftfluss zwischen der Antriebsquelle (EM) und der Abtriebswelle (GW2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (5) zur Steuerung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.
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