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Die vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Antriebsstrangs. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung des Antriebsstrangs im Fall einer Funktionsstörung.
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Ein Antriebsstrang, beispielsweise zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfasst einen oder mehrere Antriebsmotoren und ein Schaltgetriebe. Das Schaltgetriebe ist mittels einer Steuervorrichtung steuerbar, die interne Komponenten ansteuert, um beispielsweise das Ein- oder Auslegen einer Gangstufe zu bewirken. Tritt ein Defekt oder eine Funktionsstörung an einer Komponente des Schaltgetriebes auf, so kann das Schaltgetriebe in einer Notlauffunktion trotzdem noch eingeschränkt verwendet werden. Kann beispielsweise eine Schalteinrichtung zur Übermittlung von Drehmoment nicht mehr verwendet werden, so kann die Funktion des Schaltgetriebes auf Gangstufen beschränkt werden, die diese Schalteinrichtung nicht erfordern.
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Tritt dann ein zweiter Defekt oder eine zweite Funktionsstörung auf, so wird üblicherweise das Schaltgetriebe möglichst vollständig geöffnet, um das übertragene Drehmoment auf null abzusenken. Ein Folgeschaden an Komponenten des Schaltgetriebes soll so verhindert werden. Das Kraftfahrzeug rollt dann allerdings aus und kann nicht mehr aus eigener Kraft bewegt werden. Dabei kann sich ein gefährlicher Fahrzustand ergeben, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug eine Fahrstraße nicht mehr verlassen kann, sodass es ein Verkehrshindernis darstellt.
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Eine der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht darin, eine verbesserte Technik zum Steuern eines Antriebsstrangs im Fall einer Funktionsstörung bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Antriebsstrang umfasst wenigstens einen Antriebsmotor und ein Schaltgetriebe. Ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs umfasst Schritte des Erfassens einer ersten Funktionsstörung an einer Komponente des Schaltgetriebes; des Erfassens einer zweiten Funktionsstörung an einer Komponente des Antriebsstrangs; und des Bereitstellens einer Beschränkungsanforderung für ein durch das Schaltgetriebe übermitteltes Drehmoment.
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Häufig betrifft eine der Funktionsstörungen ein Schaltelement des Schaltgetriebes. Das Schaltelement kann eine Komponente des Schaltgetriebes sein. Ein Schaltelement ist dazu eingerichtet, Drehmoment in einem steuerbaren Grad zu übermitteln. Insbesondere kann das Schaltelement eine Reibkupplung umfassen, die Drehmoment übermittelt, oder eine Reibbremse, die Drehmoment abstützt. Das Schaltelement kann im üblichen Betrieb ganz geöffnet oder ganz geschlossen werden und bei einem Übergang zwischen diesen Zuständen gezielt in einem teilweise geschlossenen Zustand mit Schlupf betrieben werden. Kann nur noch eine beschränkte Anpresskraft der Reibelemente des Schaltelements aufgebracht werden, so ist auch das übertragbare Drehmoment beschränkt. Es wird vorgeschlagen, die in das Schaltgetriebe eingeleiteten Kräfte wenigstens so weit zu verringern, dass das an diesem Schaltelement noch übertragbare Drehmoment nicht überstiegen wird. Insbesondere kann ein durch den Antriebsmotor in das Schaltgetriebe eingeleitetes Drehmoment begrenzt werden. Es kann aber auch ein Schlepp- oder Bremsmoment des Antriebsmotors begrenzt werden, wenn der Antriebsstrang in Schubbelastung beansprucht wird. In diesem Fall kann das durch den Antriebsmotor bereitgestellte, negative Drehmoment erhöht werden, um die absolute Drehmomentbelastung des Schaltgetriebes zu verringern.
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Im Gegensatz zur herkömmlichen Vorgehensweise kann wenigstens eine eingeschränkte Funktion des Antriebsstrangs gewährleistet bleiben. Beispielsweise kann ein Kraftfahrzeug, das mittels des Antriebsstrangs angetrieben werden kann, besser manövrierbar bleiben. Gegebenenfalls kann auch ein ursprüngliches oder ein Ausweichziel noch aus eigener Kraft erreicht werden. Diese Funktionalität wird auch „langsames nach Hause Hinken“ (engl.: „limp home slowly“) genannt.
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Die zweite Funktionsstörung kann eine beliebige Komponente des Antriebsstrangs und insbesondere das Schaltgetriebe betreffen. In einer ersten Variante können zwei voneinander unabhängige Funktionsstörungen vorliegen, etwa ein Verschleiß eines ersten Schaltelements und eine beschädigte elektrische oder hydraulische Ansteuerung eines zweiten Schaltelements. Diese Ansteuerung ist z. B. eine Komponente des Antriebsstrang bzw. des Schaltgetriebes. In einer zweiten Variante können die Defekte auch kausal oder funktional miteinander verbunden sein, beispielsweise indem ein zur Betätigung zweier Schaltelemente erforderlicher hydraulischer Druck einen üblichen Wert nicht erreicht, etwa weil ein Metallspan einen hydraulischen Kanal verstopft. Derartige Funktionsstörungen können mittels einer integrierten Getriebesteuerung, die Zugriff auf Sensor- oder Zustandswerte hat, verbessert bestimmt werden.
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Eine der Funktionsstörungen kann häufig durch Stilllegung eines ersten gestörten Elements des Antriebsstrangs behoben oder verringert werden. Tritt eine zweite Funktionsstörung an einem zweiten Element auf, so könnte dessen zusätzliche Stilllegung die Funktionalität des Schaltgetriebes, und damit des Antriebsstrangs, übermäßig einschränken. Durch Begrenzen des übermittelten Drehmoments als Reaktion auf die zweite Funktionsstörung kann eine Restfunktionalität des Antriebsstrangs vergrößert sein. Unter Umständen kann eine Maßnahme, die in Reaktion der ersten Funktionsstörung ergriffen wurde, insbesondere das Stilllegen des ersten gestörten Elements, unter Begrenzung des übermittelten Drehmoments wieder rückgängig gemacht werden.
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Die Beschränkungsanforderung kann einem mit dem Schaltgetriebe verbundenen Antriebsmotor bereitgestellt werden. Der Antriebsmotor kann dazu angesteuert werden, ein vorbestimmtes Drehmoment bereitzustellen, das unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, oder dazu, dass ein durch ihn bereitgestelltes Drehmoment den vorbestimmten Schwellenwert nicht übersteigt.
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Es können auch mehrere Antriebsmotoren parallel auf das Schaltgetriebe wirken. Dabei kann die Beschränkungsanforderung wenigstens einem der Antriebsmotoren bereitgestellt werden. Beispielsweise können bei einem Hybridantrieb ein erster Antriebsmotor, etwa ein Verbrennungsmotor, auf die Eingangswelle des Schaltgetriebes wirken, und ein zweiter Antriebsmotor, etwa ein Elektromotor, auf die Eingangswelle oder eine Zwischenwelle des Schaltgetriebes. In diesem Fall können beide oder nur einer der Antriebsmotoren dazu angesteuert werden, das durch das Schaltgetriebe übermittelte Drehmoment derart zu begrenzen, dass an einem gestörten Element, insbesondere einem Schaltelement, ein vorbestimmtes Drehmoment nicht überschritten wird. In einer weiteren Ausführungsform kann auch einer der Antriebsmotoren deaktiviert werden.
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Beispielsweise wenn sich nicht vermeiden lässt, dass einer der Antriebsmotoren ein zu großes Drehmoment bereitstellt, so kann der andere Antriebsmotor dazu angesteuert werden, ein negatives Drehmoment einzuleiten, sodass das insgesamt eingeleitete Drehmoment ausreichend verringert ist. So kann insbesondere eine schnelle oder genaue Drehmomentbegrenzung realisiert werden.
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Wirkt in einer anderen Ausführungsform der erste Antriebsmotor auf die Eingangswelle und der zweite Antriebsmotor auf die Ausgangswelle, so kann durch Annähern der bereitgestellten Drehmomente aneinander das durch das Schaltgetriebe übermittelte Drehmoment verringert werden.
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Die zweite Funktionsstörung kann insbesondere ein Schaltelement betreffen, das zur kontinuierlich steuerbaren Übermittlung von Drehmoment eingerichtet ist, beispielsweise eine Reibkupplung oder eine Reibbremse. Die Beschränkungsanforderung kann dabei ein Drehmoment betreffen, das eine Belastung des Schaltelements unterhalb eines maximal übermittelbaren Drehmoments hält. Insbesondere kann ein auf das Schaltgetriebe wirkender Antriebsmotor derart gesteuert werden, dass das defekte Schaltelement nicht überlastet wird. In unterschiedlichen Gangstufen steht das mittels eines Schaltelements übermittelte Drehmoment in einem vorbestimmten Verhältnis zu einem eingeleiteten Drehmoment des Antriebsmotors. Ist das übermittelbare Drehmoment bekannt, so kann das maximal eingeleitete Drehmoment rechnerisch bestimmt werden. Der Antriebsmotor kann dann passend gesteuert werden.
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In einer weiteren Ausführung wird das über das Schaltelement übermittelbare Drehmoment auf der Basis eines in das Schaltgetriebe eingeleiteten Drehmoments bestimmt, während ein Verhältnis einer Eingangsdrehzahl zu einer Ausgangsdrehzahl des Schaltgetriebes einem Untersetzungsverhältnis einer im Schaltgetriebe eingelegten Gangstufe entspricht.
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Anders ausgedrückt kann ein in das Schaltgetriebe eingeleitetes Drehmoment bestimmt werden, bei dem das Schaltelement nicht überlastet wird. Insbesondere kann das eingeleitete Drehmoment so weit gesteigert werden, bis eine Überlastung eintritt. Ein vor der Überlastung eingeleitetes Drehmoment kann dann als Beschränkung verwendet werden. Die Überlastung kann im Rahmen des Bestimmens der zweiten Funktionsstörung bestimmt oder gezielt herbeigeführt werden, um das maximal in einer Gangstufe durch das Schaltgetriebe übermittelbare Drehmoment zu bestimmen.
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Die zweite Funktionsstörung kann auch den Antriebsmotor betreffen, wobei die Beschränkungsanforderung bei der Steuerung des Schaltgetriebes berücksichtigt wird. Der Antriebsmotor ist also eine Komponente des Antriebsstrangs. Beispielsweise kann der Antriebsmotor aufgrund einer Überhitzung, eines Betriebs bei sehr niedrigen Temperaturen, bei geringem Luftdruck oder bei einem Defekt in einer Abgasreinigungsanlage, etwa bei mangelnder Harnstofflösung für einen SCO-Katalysator, ein übliches Drehmoment nicht mehr aufbringen. Die Steuerung des Schaltgetriebes kann dies berücksichtigen, um beispielsweise einen Gangstufenwechsel bei einer anderen als einer sonst üblichen Drehzahl vorzunehmen.
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Das Schaltgetriebe kann dabei ein formschlüssig arbeitendes Schaltelement umfassen, wobei die Steuerung ein Schließen des Schaltelements bei einem Wechsel von einer hohen in eine niedrigere Schaltstufe umfasst. Bei einem solchen Gangstufenwechsel wird eine Synchronisierung des Schaltgetriebes üblicherweise erreicht, indem die Drehzahl des Antriebsmotors durch Anfordern eines erhöhten Drehmoments gesteigert wird. Der Gangstufenwechsel kann derart gesteuert werden, dass die Drehmomentanforderung an den Antriebsmotor seine verbleibende Leistungsfähigkeit nicht übersteigt.
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Eine Steuervorrichtung für ein Schaltgetriebe, das zusammen mit einem Antriebsmotor in einem Antriebsstrang vorgesehen ist, umfasst eine Schnittstelle zur Verbindung mit dem Antriebsmotor und eine Verarbeitungseinrichtung. Dabei ist die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet, einen eingeschränkten Betrieb des Schaltgetriebes aufgrund einer ersten Funktionsstörung an einer Komponente des Schaltgetriebes zu erfassen; eine zweite Funktionsstörung an einer Komponente des Antriebsstrangs zu erfassen; und eine Beschränkungsanforderung für ein durch das Schaltgetriebe übermitteltes Drehmoment an der Schnittstelle bereitzustellen.
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Die Vorrichtung kann insbesondere zum Durchführen des hierin beschriebenen Verfahrens verwendet werden. Vorteile oder Merkmale des Verfahrens können auf die Vorrichtung übertragen werden und umgekehrt.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 einen Antriebsstrang, insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs;
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Antriebsstrangs; und
- 3 Verläufe an einem Schaltgetriebe
darstellt.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Antriebsstrangs 100 mit einem Antriebsmotor 102 und einem Schaltgetriebe 104, welches exemplarisch als mehrstufiges Planetengetriebe ausgeführt ist. Ein Wechsel einer im Schaltgetriebe 104 eingelegten Gangstufe ist bevorzugt hydraulisch steuerbar. Die vorliegende Erfindung wird mit Bezug auf das dargestellte Schaltgetriebe 104 beschrieben, kann jedoch auch an anderen Getriebetypen eingesetzt werden, welche ein gesteuertes Ein- oder Auslegen einer Gangstufe erlauben.
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Das Schaltgetriebe 104 ist exemplarisch als 9-Gang Getriebe mit Rückwärtsgang ausgelegt und der Antriebsstrang 100 kann bevorzugt in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Das Schaltgetriebe 104 umfasst vier Radsätze RS1 bis RS4, die jeweils als Umlaufrädergetriebe realisiert sein können, insbesondere in Form von Planetengetrieben. Eine Eingangswelle 105 ist zur Verbindung mit einem Antriebsmotor 102 eingerichtet. Optional ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler 110 zwischen dem Antriebsmotor 102 und der Eingangswelle 105 vorgesehen. Der Drehmomentwandler 110 kann mit dem Schaltgetriebe 104 integriert aufgebaut oder von ihm umfasst sein. Eine Ausgangswelle 115 des Schaltgetriebes 104 ist bevorzugt zur drehmomentschlüssigen Verbindung mit einem Antriebsrad des Kraftfahrzeugs eingerichtet.
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Zur Steuerung eines Drehmomentflusses durch die Radsätze RS1 bis RS4 stehen in der dargestellten Ausführungsform insgesamt sechs Schaltelemente A bis F zur Verfügung, die jeweils dazu angesteuert werden können, zu öffnen oder zu schließen. Die Schaltelemente C und D wirken jeweils zwischen einem drehbaren Element und dem Getriebegehäuse 120 und werden auch Bremsen genannt. Die Schaltelemente A, B, E und F wirken jeweils zwischen zwei drehbaren Elementen und werden auch Kupplungen genannt. Zumindest eines der Schaltelemente A bis F ist bevorzugt dazu eingerichtet, einen Drehmomentschluss zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Stellung proportional steuerbar trennen bzw. herstellen zu können. Dazu können Reibelemente vorgesehen sein, die axial aneinander gepresst werden, um einen variablen Reibschluss herzustellen. Eine axiale Anpresskraft kann insbesondere hydraulisch bewirkt werden, wozu beispielsweise ein elektronischer Drucksteller einen hydraulischen Steuerdruck entsprechend einem Steuersignal einstellen kann, um den Grad der Drehmomentübertragung zu steuern. In der vorliegenden Ausführungsform sind zumindest die Schaltelemente B bis E in ihrem Übertragungsverhalten proportional steuerbar. Wenigstens eines der Schaltelemente A und F kann auch als formschlüssiges Schaltelement, und insbesondere als Klauenschaltung ausgeführt sein, das lediglich vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen sein kann.
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Jeder Gangstufe, die im Schaltgetriebe 104 eingelegt werden kann, ist eine Kombination geöffneter und geschlossener Schaltelemente A bis F und ein Untersetzungsverhältnis zwischen einer Drehzahl der Eingangswelle 105 und einer Drehzahl der Ausgangswelle 115 zugeordnet. Eine Steuervorrichtung 125 ist dazu eingerichtet, die Schaltelemente A bis F zu öffnen oder zu schließen und so eine gewünschte Gangstufe im Schaltgetriebe 104 einzulegen. Die Schaltelemente A bis F werden üblicherweise hydraulisch betätigt, wobei eine Öffnungs- oder Schließkraft bzw. eine Öffnungs- oder Schließstellung eines Schaltelements A bis F von einem anliegenden hydraulischen Druck abhängig ist. Zur Steuerung des hydraulischen Drucks ist üblicherweise jedem Schaltelement A bis F ein elektronischer Drucksteller zugeordnet. Ein Drucksteller setzt ein vorgegebenes, üblicherweise elektrisches Signal in einen korrespondierenden hydraulischen Druck um und kann nach Art eines Proportional-, Regel- oder Servoventils arbeiten. Die Steuervorrichtung 125 arbeitet bevorzugt elektrisch und kann einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller umfassen. Ein an einen elektronischen Drucksteller bereitgestelltes Signal kann als pulsweitenmoduliertes Signal (PWM) vorliegen.
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Die Steuervorrichtung 125 ist mittels einer Schnittstelle 130 mit dem Antriebsmotor 102 verbunden, wobei die Verbindung insbesondere mittels eines Steuerbusses, etwa eines CAN-Busses realisiert sein kann. Die Steuervorrichtung 125 ist dazu eingerichtet, an der Schnittstelle 130 eine Beschränkungsanforderung für ein in das Schaltgetriebe 104 eingeleitetes Drehmoment bereitzustellen. Auf ähnliche Weise kann auch eine Anforderung zur Steigerung des bereitgestellten Drehmoments von der Steuervorrichtung 125 an den Antriebsmotor 102 ausgegeben werden, beispielsweise um im Rahmen eines Gangstufenwechsels ein formschlüssiges Schaltelement A bis F synchronisiert zu schließen.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern eines Schaltgetriebes 100. In einem Schritt 205 wird eine erste Funktionsstörung an einer Komponente des Schaltgetriebes 104 bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann auch in einem Schritt 210 ein Notbetrieb oder ein an die Funktionsstörung angepasster Betrieb des Schaltgetriebes 104 in Reaktion auf die erste Funktionsstörung bestimmt werden. Die Änderung des Betriebs oder der Steuerung des Schaltgetriebes 104 aufgrund einer Funktionsstörung wird auch Getriebemaßnahme genannt.
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In einem Schritt 215 wird eine zweite Funktionsstörung im Antriebsstrang 100 bestimmt. Die weitere Funktionsstörung kann im Bereich des Schaltgetriebes 104 oder auch im Bereich des Antriebsmotors 102 auftreten. Dabei kann die zweite Funktionsstörung auch zeitlich vor der ersten Funktionsstörung des Schritts 205 auftreten bzw. bestimmt werden.
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In einem Schritt 220 kann ein maximal durch das Schaltgetriebe 104 übertragbares Drehmoment bestimmt werden. Dazu kann insbesondere beobachtet werden, bei welchem ins Schaltgetriebe 104 eingeleiteten Drehmoment eine Funktionsstörung auftritt. Die Funktionsstörung kann insbesondere ein Durchrutschen eines der Schaltelemente A bis F betreffen. Im üblichen Betrieb des Schaltgetriebes 104 entspricht die Drehzahl der Ausgangswelle 115 der Drehzahl der Eingangswelle 105, multipliziert mit einem Untersetzungsfaktor einer im Schaltgetriebe 104 eingelegten Gangstufe. Drehzahlen der Wellen 105 und 115 können mit korrespondierenden Sensoren abgetastet werden. Gilt der angegebene Zusammenhang nicht, so kann ein Durchrutschen bestimmt werden. Ein zeitlich möglichst kurz vor dem Eintritt der Funktionsstörung eingeleitetes Drehmoment kann in diesem Sinne als noch vom Schaltgetriebe 104 übertragbar bestimmt werden.
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In einem Schritt 225 wird eine Anforderung zur Begrenzung eines in das Schaltgetriebe eingeleiteten Drehmoments bereitgestellt. Die Begrenzung kann um einen vorbestimmten Betrag oder auf einen vorbestimmten Betrag erfolgen, insbesondere auf den im Schritt 220 bestimmten Betrag. Die Anforderung wird bevorzugt an den Antriebsmotor 102 bzw. eine ihm zugeordnete Steuereinrichtung übermittelt. Die Begrenzungsanforderung kann auch einer übergeordneten Steuerung bereitgestellt werden, beispielsweise im Fall eines autonom steuerbaren Kraftfahrzeugs.
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In einer Ausführungsform, in der mehrere Antriebsmotoren 102 auf das Schaltgetriebe 104 wirken, können gleiche oder unterschiedliche Drehmomentvorgaben an mehrere der Antriebsmotoren 102 bereitgestellt werden, um das insgesamt durch das Schaltgetriebe 104 oder das durch ein gestörtes Schaltelement A-F übermittelte Drehmoment unterhalb eines vorbestimmten Werts zu halten. In einer weiteren Ausführungsform kann das durch einen ersten Antriebsmotor 102 bereitgestellte Drehmoment gar nicht, nur in geringem Umfang oder nur mit zeitlicher Verzögerung gesteuert werden. In diesem Fall kann das insgesamt eingeleitete Drehmoment durch Steuern eines anderen Antriebsmotors 102 gesteuert oder begrenzt werden. Beispielsweise kann der erste Antriebsmotor 102 eine Brennkraftmaschine und der zweite Antriebsmotor 102 eine elektrische Maschine umfassen.
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3 zeigt Verläufe an einem beispielhaften Schaltgetriebe 104 für einen Antriebsstrang 100. In horizontaler Richtung ist eine Zeit dargestellt. Ein erster Verlauf zeigt einen Schlupf 305 über einem vorbestimmten Schaltelement A bis F, ein zweiter Verlauf ein Steuersignal 310 eines Aktuators des Schaltelements A bis F, und ein dritter Verlauf ein durch den Antriebsmotor 102 ins Schaltgetriebe 104 eingeleitetes Drehmoment 315.
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Im dargestellten Beispiel bricht zu einem Zeitpunkt t1 das Steuersignal 310 des Aktuators ein, beispielsweise wegen eines auftretenden elektrischen Defekts. In der Folge beginnt der Schlupf 305 von null ausgehend anzuwachsen. Zu einem Zeitpunkt t2 erreicht der Schlupf 305 einen vorbestimmten Schwellenwert und es wird eine Funktionsstörung bestimmt. Als Reaktion wird das Drehmoment 315 des Antriebsmotors 102 um einen vorbestimmten Betrag verringert bzw. auf einen vorbestimmten Wert beschränkt. Der Schlupf 305 verringert sich daraufhin rasch gegen null und ein Betrieb des Schaltgetriebes 104 kann unter dem beschränkten Drehmoment fortgesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Antriebsstrang
- 102
- Antriebsmotor
- 104
- Schaltgetriebe
- 105
- Eingangswelle
- 110
- hydrodynamischer Drehmomentwandler
- 115
- Ausgangswelle
- 120
- Getriebegehäuse
- 125
- Steuervorrichtung
- 130
- Schnittstelle
- A-F
- Schaltelement
- 200
- Verfahren
- 205
- Bestimmen Funktionsstörung am Schaltgetriebe
- 210
- Bestimmen Notbetrieb des Schaltgetriebes
- 215
- Bestimmen weitere Funktionsstörung
- 220
- Bestimmen maximal übermittelbares Drehmoment
- 225
- Bereitstellen Begrenzungsanforderung eingeleitetes Drehmoment
- 300
- Verläufe
- 305
- Schlupf
- 310
- Steuersignal
- 315
- Drehmoment
