DE102017223016A1

DE102017223016A1 - Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes

Info

Publication number: DE102017223016A1
Application number: DE102017223016.9A
Authority: DE
Inventors: Anatol Weidenbach; Jens Kastens; Matthias Arzner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-12-18
Filing date: 2017-12-18
Publication date: 2019-06-19

Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang, wobei die Schaltelemente des Automatgetriebes als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, wird ausgehend von den Zuständen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, von der Fahrsituation, von einem Dynamikfahr-Index, von der Schaltungsart und/oder von der physikalischen Abbildung des Getriebes enthaltend die Massenträgheitsverluste und die Reibverluste das vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor zu stellende Antriebsmoment kontinuierlich vor der Schaltung und während der Schaltung für die nächsten Schaltphasen berechnet oder geschätzt, wobei das berechnete bzw. geschätzte Moment mit den dynamischen Momentenanteilen gegen die Systemstellgrenzen in den jeweiligen Arbeitspunkten prädiktiv plausibilisiert und falls erforderlich korrigiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In Automatgetrieben umfassend als Reibschaltelemente ausgeführte Bremsen und Kupplungen entstehen Schleppmomente, die sich negativ auf den Verbrauch auswirken. Um diesen Nachteil zu vermeiden, können anstelle von Reibschaltelementen formschlüssige Schaltelemente, z.B. Klauenschaltelemente verbaut werden; auf diese Weise werden die Schleppmomente minimiert.
Um ein Automatgetriebe eines Hybridantriebsstrangs umfassend einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor schalten zu können, ist es erforderlich, dass ein Antriebsaggregat, vorzugsweise der Verbrennungsmotor, mit einer Getriebewelle am Getriebeeingang verbunden oder verbindbar ist und dass das weitere Antriebsaggregat, nämlich der Elektromotor mit einer anderen Getriebewelle im Getriebe verbindbar ist, da formschlüssige Schaltelemente nicht unter Last und Differenzdrehzahl geschaltet werden können.
Zu den ausschlaggebenden Qualitätsmerkmalen eines gesteuerten Schaltvorgangs in einem Automatgetriebe gehören der vom Fahrer empfundene Schaltkomfort bzw. die Wahrnehmbarkeit der Schaltung. Unerwartete Systemreaktionen wie Zeitverzüge oder negative Antriebseinflüsse werden vom Fahrer als unangenehm empfunden und bewertet.
Die vom Fahrer wahrgenommene Schaltqualität hängt insbesondere von der Erfüllung der erwarteten zeitlichen Abfolge der Schaltung, nämlich von den Reaktions- und Phasenzeiten und von der Wahrnehmung der Fahrzeuglängsbeschleunigung ab. Die Ansteuerung bzw. die Koordination der Fahrerwunschanforderung im Fahrgang und während einer Schaltung in einem Automatgetriebe eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang erfolgt über die Fahrstrategie, die Hybridstrategie und die Schaltstrategie.
Zur Sicherstellung dieser Qualitätsmerkmale muss eine Schaltfunktion verschiedene Randbedingungen berücksichtigen. Diese Randbedingungen lassen sich wie folgt beschreiben:

a) Einhaltung der Stellgrenzen des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine;
b) Sicherstellung der Umsetzbarkeit dynamischer Drehmomentkorrekturen aus der Schaltfunktion; und
c) Sicherstellung der Umsetzbarkeit eines potentiellen Regeleingriffes aus der Schaltfunktion, beispielsweise einer Drehzahlregelung.

Diese Randbedingungen können dazu führen, dass die vom Fahrer erwarteten Qualitätsmerkmale während des Schaltvorgangs nicht eingehalten werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Stellgrenzen des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors eine korrektes Ausführen der Schaltung verhindern, wenn dynamische Reaktionen während der Drehzahlüberführung verursacht durch Hauptmassen des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors und getriebeinterne Koppelmassen auftreten oder wenn unerwartete Störungen auf die Drehzahlführung, beispielsweise durch Schleppmomente offener Reibschaltelemente, insbesondere bei Tieftemperatur auftreten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines nur formschlüssige Schaltelemente aufweisenden Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang, wobei die Schaltelemente des Automatgetriebes als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Fahrstrategie ausgehend von den Zuständen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, von der Fahrsituation, von einem Dynamikfahr-Index, von der Schaltungsart und/oder von der physikalischen Abbildung des Getriebes enthaltend die Massenträgheitsverluste und die Reibverluste das vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor zu stellende Antriebsmoment kontinuierlich vor der Schaltung und während der Schaltung für die nächsten Schaltphasen berechnet oder schätzt und das berechnete bzw. geschätzte Moment mit den dynamischen Momentenanteilen gegen die Systemstellgrenzen in den jeweiligen Arbeitspunkten prädiktiv plausibilisiert und falls erforderlich korrigiert. Der Verbrennungsmotor und der Elektromotor stellen jeweils unterschiedliche Momente bzw. Drehzahlen in den einzelnen Phasen des Schaltablaufs zur Verfügung.
Durch die erfindungsgemäße prädiktive Zustandsbetrachtung können die Schaltstrategie und die Hybridstrategie beeinflusst werden, wodurch die Qualität der Schaltung erhöht wird.
Wenn beispielsweise erkannt wird, dass in einer Schaltphase das vom Elektromotor geforderte Moment die Stellgrenze des Elektromotors übersteigen wird, wird als Korrekturmaßnahme das vom Elektromotor und vom Verbrennungsmotor zu stellende Moment bei einer Verlängerung der entsprechenden Schaltphase derart reduziert, dass ein Übersteigen der Stellgrenze des Elektromotors vermieden und ein konstantes Abtriebsmoment zur Verfügung gestellt wird.
Die Korrekturmaßnahmen hängen von der Fahrsituation und dem Zustand des Verbrennungsmotors und des Elektromotors ab. Beispielsweise kann die Dynamik der Schaltung durch eine Verlängerung der Schaltzeit der Schaltung reduziert oder erhöht werden.
Ferner können die zu stellenden Antriebsmomente des Verbrennungsmotors und des Elektromotors und somit das Abtriebsmoment in den einzelnen Schaltphasen und über die Schaltphasen hinweg homogen moduliert geführt werden, wodurch die Entstehung unerwünschter Anregungen im Antriebsstrang, beispielsweise aufgrund fehlenden Momentes des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors in vorteilhafter Weise vermieden wird.
Zudem kann eine Schaltung vorerst unterdrückt werden bis der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor und/oder weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise die Batterieleistung sich in einem für die Schaltung optimaleren Arbeitsbereich bzw. Zustand befinden.
Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung können mehrere mögliche Schaltungen wie erläutert parallel prädiktiv berechnet und bewertet werden. Hierbei wird ausgehend von den Zuständen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, von der Fahrsituation, von einem Dynamikfahr-Index, von der Schaltungsart und/oder von der physikalischen Abbildung des Getriebes enthaltend die Massenträgheitsverluste und die Reibverluste das vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor zu stellende Antriebsmoment kontinuierlich vor der Schaltung für die nächsten Schaltphasen berechnet oder geschätzt und das berechnete bzw. geschätzte Moment mit den dynamischen Momentenanteilen gegen die Systemstellgrenzen in den jeweiligen Arbeitspunkten prädiktiv plausibilisiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1: Die Verläufe des Abtriebsmomentes, der Stellgrenze des Elektromotors, des Momentes des Verbrennungsmotors und des Momentes des Elektromotors als Funktion der Zeit bei einer nach dem Stand der Technik durchgeführten Schaltung; und
2: Die Verläufe des Abtriebsmomentes, der Stellgrenze des Elektromotors, des Momentes des Verbrennungsmotors und des Momentes des Elektromotors als Funktion der Zeit bei einer gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Schaltung.

In den 1 und 2 stellt Kurve A den zeitlichen Verlauf des Abtriebsmomentes, wobei Kurve B den zeitlichen Verlauf der Stellgrenze des Elektromotors, Kurve C den zeitlichen Verlauf des Momentes des Verbrennungsmotors und Kurve D den zeitlichen Verlauf des Momentes des Elektromotors darstellen.
Ferner sind in den Figuren unterschiedliche Phasen der Schaltung dargestellt. Phase 1 entspricht der Phase der Einleitung der Schaltung, Phase 2 der Phase der Momentenansteuerung zum Auslegen des eingelegten formschlüssigen Schaltelementes, Phase 3 der Phase des Auslegens des eingelegten formschlüssigen Schaltelementes, Phase 4 der Phase der Überführung der Drehzahlen zum Einlegen des einzulegenden formschlüssigen Schaltelementes, Phase 5 der Phase des Einlegens des einzulegenden formschlüssigen Schaltelementes, und Phase 6 entspricht der Phase der Ansteuerung der Momente des Verbrennungsmotors und des Elektromotors nach Vorgaben der Hybridstrategie.
Bei dem Beispiel gemäß 1 übersteigt in Phase 4 zum Zeitpunkt t_1 das vom Elektromotor angeforderte Moment M die Stellgrenze des Elektromotors, was in einer Schwankung des Abtriebsmomentes und somit in einer Schwankung der Fahrzeuglängsbeschleunigung resultiert.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren und bezugnehmend auf 2 wird von der Fahrstrategie ausgehend von den Zuständen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, von der Fahrsituation, von einem Dynamikfahr-Index, von der Schaltungsart und von der physikalischen Abbildung des Getriebes enthaltend die Massenträgheitsverluste und die Reibverluste das vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor zu stellende Antriebsmoment kontinuierlich vor und während der Schaltung für die nächsten Schaltphasen berechnet/geschätzt.
Beim gezeigten Beispiel wird im Rahmen der erfindungsgemäßen prädiktiven Plausibilisierung in Phase 2 zum Zeitpunkt t_x erkannt, dass zum Zeitpunkt t_1 in Phase 4 der Überführung der Drehzahlen das vom Elektromotor geforderte Moment die Stellgrenze des Elektromotors übersteigen wird und es wird als Korrekturmaßnahme das vom Elektromotor und vom Verbrennungsmotor zu stellende Moment bei einer Verlängerung der Phase 4 der Überführung der Drehzahlen um Δt_4 derart reduziert, dass ein Übersteigen der Stellgrenze des Elektromotors vermieden und ein konstantes Abtriebsmoment zur Verfügung gestellt wird.
Bezugszeichenliste

A: zeitlicher Verlauf des Abtriebsmomentes
B: zeitlicher Verlauf der Stellgrenze des Elektromotors
C: zeitlicher Verlauf des Momentes des Verbrennungsmotors
D: zeitlicher Verlauf des Momentes des Elektromotors
1: Phase der Einleitung der Schaltung
2: Phase der Momentenansteuerung zum Auslegen des eingelegten formschlüssigen Schaltelementes
3: Phase des Auslegens des eingelegten formschlüssigen Schaltelementes
4: Phase der Überführung der Drehzahlen zum Einlegen des einzulegenden formschlüssigen Schaltelementes
5: Phase des Einlegens des einzulegenden formschlüssigen Schaltelementes
6: Phase der Ansteuerung der Momente des Verbrennungsmotors und des Elektromotors nach Vorgaben der Hybridstrategie

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Antriebsstrang, wobei die Schaltelemente des Automatgetriebes als formschlüssige Schaltelemente ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrstrategie ausgehend von den Zuständen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, von der Fahrsituation, von einem Dynamikfahr-Index, von der Schaltungsart und/oder von der physikalischen Abbildung des Getriebes enthaltend die Massenträgheitsverluste und die Reibverluste das vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor zu stellende Antriebsmoment kontinuierlich vor der Schaltung und während der Schaltung für die nächsten Schaltphasen berechnet oder schätzt und das berechnete bzw. geschätzte Moment mit den dynamischen Momentenanteilen gegen die Systemstellgrenzen in den jeweiligen Arbeitspunkten prädiktiv plausibilisiert und falls erforderlich korrigiert.
Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmaßnahmen von der Fahrsituation und dem Zustand des Verbrennungsmotors und des Elektromotors abhängen.
Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dynamik der Schaltung durch eine Verlängerung der Schaltzeit der Schaltung reduziert oder erhöht wird.
Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zu stellenden Antriebsmomente des Verbrennungsmotors und des Elektromotors und somit das Abtriebsmoment in den einzelnen Schaltphasen und über die Schaltphasen hinweg homogen moduliert geführt werden, wodurch die Entstehung unerwünschter Anregungen im Antriebsstrang vermieden wird.
Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung vorerst unterdrückt wird bis der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor und/oder weitere Komponenten des Kraftfahrzeugs sich in einem für die Schaltung optimaleren Arbeitsbereich bzw. Zustand befinden.
Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenn erkannt wird, dass in einer Schaltphase das vom Elektromotor geforderte Moment die Stellgrenze des Elektromotors übersteigen wird, als Korrekturmaßnahme das vom Elektromotor und vom Verbrennungsmotor zu stellende Moment bei einer Verlängerung der entsprechenden Schaltphase derart reduziert wird, dass ein Übersteigen der Stellgrenze des Elektromotors vermieden und ein konstantes Abtriebsmoment zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren zur Erhöhung der Qualität einer Schaltung eines Automatgetriebes eines Kraftfahrzeugs nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere mögliche Schaltungen vor der Schaltung parallel prädiktiv berechnet und bewertet werden, wobei ausgehend von den Zuständen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, von der Fahrsituation, von einem Dynamikfahr-Index, von der Schaltungsart und/oder von der physikalischen Abbildung des Getriebes enthaltend die Massenträgheitsverluste und die Reibverluste das vom Verbrennungsmotor und vom Elektromotor zu stellende Antriebsmoment kontinuierlich vor der Schaltung für die nächsten Schaltphasen berechnet oder geschätzt wird und das berechnete bzw. geschätzte Moment mit den dynamischen Momentenanteilen gegen die Systemstellgrenzen in den jeweiligen Arbeitspunkten prädiktiv plausibilisiert wird.