DE102020206020A1 - Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs - Google Patents

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DE102020206020A1
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Mario Ott
Yang Yu
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    • F16H2061/0425—Bridging torque interruption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H61/00—Control functions within control units of change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion ; Control of exclusively fluid gearing, friction gearing, gearings with endless flexible members or other particular types of gearing
    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
    • F16H2061/0425—Bridging torque interruption
    • F16H2061/0429—Bridging torque interruption by torque supply with a clutch in parallel torque path
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H61/04—Smoothing ratio shift
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstranges (10), der einen Verbrennungsmotor (VM) und ein Doppelkupplungsgetriebe (14) aufweist, das zur Einrichtung von zwei Leistungsübertragungspfaden (26, 36) eine erste und eine zweite Reibkupplung (K1/30, K2/20) und ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (TG1/32, TG2/22) aufweist, wobei eine elektrische Maschine (EM) in Leistungsflussrichtung hinter der zweiten Reibkupplung (K2/20) angebunden ist (Sekundärseite), und wobei die elektrische Maschine (EM) als Motor betrieben wird, wobei ein rein elektrischer Fahrbetrieb über das der zweiten Reibkupplung (K2) zugeordnete zweite Teilgetriebe (TG2) erfolgen kann, und wobei bei einem Gangwechsel in dem zweiten Teilgetriebe (TG2) bei dem rein elektrischen Fahrbetrieb ein Füllmoment bereitgestellt wird, mit den Schritten: a. Einlegen einer höheren Gangstufe (G), im Vergleich zu dem Zielgang im zweiten Teilgetriebe (TG2) nach dem Gangwechsel; b. Anschleppen des Verbrennungsmotors (VM) mittels der schlupfend betriebenen Kupplung (K2) bis über das Drehzahlniveau des ersten Teilgetriebes (TG1); c. Schließen der Kupplung (K1), so dass beide Kupplungen (K1) und (K2) schlupfend betrieben werden; d. Synchronisierung des Verbrennungsmotors (VM) auf Drehzahl des ersten Teilgetriebes (TG1) wobei beide Kupplungen schlupfend betrieben werden; e. bei weiterhin eingelegter höherer Gangstufe (G) reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine (EM) bis die Zieldrehzahl des Zielgangs erreicht ist; f. Einlegen des Zielgangs im zweiten Teilgetriebe (TG2); g. Öffnen beider Kupplungen (K1/K2).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs, der einen Antriebsmotor und ein Doppelkupplungsgetriebe aufweist, das zur Einrichtung von zwei Leistungsübertragungspfaden eine erste und eine zweite Reibkupplung und ein erstes und ein zweites Teilgetriebe aufweist, wobei eine elektrische Maschine in Leistungsflussrichtung hinter der zweiten Reibkupplung an dem zweiten Leistungsübertragungspfad angebunden oder anbindbar ist, wobei ein rein elektrischer Fahrbetrieb über das der zweiten Reibkupplung zugeordnete zweite Teilgetriebe erfolgen kann, und wobei bei einem Gangwechsel in dem zweiten Teilgetriebe während eines rein elektrischen Fahrbetriebes ein Füllmoment bereitgestellt wird.
  • Doppelkupplungsgetriebe sind allgemein bekannt. Durch das Bereitstellen von zwei Leistungsübertragungspfaden ist es möglich, Gangwechsel ohne Zugkrafteinbruch durchzuführen. Dabei wird das von dem Antriebsmotor bereitgestellte Antriebsmoment durch überschneidende Betätigung von einem Leistungsübertragungspfad auf den anderen zugkraftunterbrechungsfrei übergeben. Diese Art der Ansteuerung eines Doppelkupplungsgetriebes ist insbesondere bei Antriebssträngen bekannt, deren Antriebsmotor ein Verbrennungsmotor ist.
  • Weiterhin ist es bekannt, Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge zu hybridisieren. Dies beinhaltet generell die Bereitstellung wenigstens einer elektrischen Maschine, die in der Regel als elektrischer Motor oder als elektrischer Generator arbeiten kann. In dem Betriebsmodus als elektrische Maschine kann zusätzliches Antriebsmoment bereitgestellt werden. In dem Betriebsmodus als elektrischer Generator kann die elektrische Maschine rekuperierend arbeiten, um beispielsweise bei einem Bremsvorgang elektrische Energie zum Laden eines Energiespeichers zu gewinnen.
  • Generell ist es in derartigen Antriebssträngen bekannt, eine elektrische Maschine zwischen dem Antriebsmotor und dem Doppelkupplungsgetriebe anzuordnen, also in Leistungsflussrichtung vor den Reibkupplungen des Doppelkupplungsgetriebes.
  • (Primärseite)
  • Bei dem eingangs genannten Hybridantriebsstrang ist die elektrische Maschine jedoch innerhalb des Doppelkupplungsgetriebes zumindest zeitweise mit einem Eingang von einem der Teilgetriebe verbunden, also in Leistungsflussrichtung hinter der zugeordneten Reibkupplung (Sekundärseite). Hierdurch liegt ein Summenpunkt von Antriebsmotor und elektrischer Maschine nicht vor dem Eingang des Doppelkupplungsgetriebes, sondern im Getriebe. Hierdurch können die Schaltabläufe eines konventionellen Doppelkupplungsgetriebes ergänzt werden.
  • Mit einem Antriebsstrang der beschriebenen Art ist ein konventioneller Betrieb möglich, bei dem nur der Antriebsmotor aktiv ist, die elektrische Maschine jedoch nicht an den Antriebsstrang angebunden ist oder mitgeschleppt wird. Ferner ist ein hybridischer Betriebsmodus möglich, bei dem Antriebsleistung sowohl von dem Antriebsmotor als auch von der elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Schließlich ist auch ein rein elektrischer Antrieb möglich, bei dem der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist (also in der Regel steht). Hierbei sind die Reibkupplungen des Doppelkupplungsgetriebes in der Regel geöffnet, damit der Antriebsmotor (in der Regel ein Verbrennungsmotor) nicht mitgeschleppt werden muss.
  • Im rein elektrischen Antriebsmodus können die herkömmlichen Schaltabläufe eines Doppelkupplungsgetriebes nicht angewendet werden, da sich die elektrische Maschine auf der Sekundärseite der zugeordneten Reibkupplung befindet. Gewünscht ist allerdings auch im rein elektrischen Antriebsmodus ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten.
  • Aus dem Dokument DE 10 2010 044 618 A1 sind Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges während eines rein elektrischen Fahrbetriebs bekannt. Eine elektrische Maschine ist hier in Leistungsflussrichtung hinter einer Kupplung eines Doppelkupplungsgetriebes angebunden, so dass ein elektrischer Fahrbetrieb über die Gangstufen des zugeordneten Teilgetriebes erfolgen kann. Bei Gangwechseln kann hierbei eine Zugkraftunterstützung auf folgende Art und Weise erreicht werden.
  • In einer ersten Variante wird der Verbrennungsmotor durch Schließen der einen oder der anderen Kupplung angeschleppt, ohne diesen zu zünden. Während des Gangwechsels (Hochschaltung) wird über die andere Kupplung ein Zugkraftunterstützungsmoment bereitgestellt, das die Schwungenergie des dann austrudelnden Verbrennungsmotors nutzt. Dabei kann in dem der anderen Kupplung zugeordneten Teilgetriebe auch ein Gangstufenwechsel erfolgen, um den Verbrennungsmotor mit einer geeigneten Gangstufe anzuschleppen und mit einer anderen Gangstufe das Zugkraftunterstützungsmoment bereit zu stellen.
  • In einer zweiten Variante kann über vergleichbare Schritte bei Rückschaltungen ein Schubkraftunterstützungsmoment bereitgestellt werden, wobei der Verbrennungsmotor dabei nicht hochgeschleppt wird, sondern im Stillstand als Schlepplast verwendet wird. Dabei ist das Schubkraftunterstützungsmoment so einzuregeln, dass der Verbrennungsmotor nicht in Drehung versetzt wird, also ein auf den Verbrennungsmotor ausgeübtes Drehmoment unterhalb eines sogenannten Losbrechmomentes bleibt.
  • Des Weiteren ist aus der DE 10 2012 018 416 A1 ein Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs während eines rein elektrischen Fahrbetriebs bekannt. Der Hybridantriebsstrangs weist einen Verbrennungsmotor und ein Doppelkupplungsgetriebe auf, das zur Einrichtung von zwei Leistungsübertragungspfaden eine erste und eine zweite Reibkupplung und ein erstes und ein zweites Teilgetriebe aufweist, wobei eine elektrische Maschine in Leistungsflussrichtung hinter der zweiten Reibkupplung an dem zweiten Leistungsübertragungspfad angebunden oder anbindbar ist.
  • Dieses Teilgetriebe wird als elektrifiziertes Teilgetriebe bezeichnet. Das erste Teilgetriebe des Doppelkupplungsgetriebes wird demzufolge als passives Teilgetriebe bezeichnet.
  • Ein rein elektrischer Fahrbetrieb kann mit dieser bekannten Anordnung über das der zweiten Reibkupplung zugeordnete elektrifizierte Teilgetriebe erfolgen. Bei einem Gangwechsel während eines rein elektrischen Fahrbetriebes wird zur Erzielung eines zugkraftunterbrechungsfreien Schaltens dabei ein Füllmoment aus der Schwungenergie des zuvor angeschleppten, nicht gezündeten Antriebsmotors bereitgestellt.
  • Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist es, dass bei einem Schließen der Kupplung des passiven Teilgetriebes zum Anschleppen des Verbrennungsmotors zwecks Bereitstellens des Füllmomentes Schwingungen im Antriebsstrang entstehen.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, verbesserte Verfahren zum Ansteuern eines Hybrid-Antriebsstranges anzugeben, wobei insbesondere bei einem rein elektrischen Betriebsmodus des Antriebsstrang ein zugkraftunterbrechungsfreier Gangwechsel bei einem gleichzeitigen verbesserten Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs erreicht wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Ansteuern eines hybridisierten Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstranges im Zugbetrieb gemäß den Merkmalen des Anspruch 1.
  • Im Zugbetrieb arbeitet die elektrische Maschine EM als Motor.
  • Weiterhin wird die Aufgabe unter einem zweiten Aspekt gelöst mit einem Verfahren zum Ansteuern eines hybridisierten Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstranges im Schubbetrieb gemäß den Merkmalen des Anspruch 4.
  • Als Schubbetrieb wird dabei der Betriebsmodus der Rekuperation verstanden. In diesem Betriebsmodus arbeitet die elektrische Maschine EM als Generator.
  • Insbesondere werden in vorteilhafter Weise, die im nächstkommenden Stand der Technik der DE 10 2012 018 416 A1 genannten Nachteile vermieden. Beim vorgenannten aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird zum Anschleppen des Verbrennungsmotors die Kupplung des passiven Teilgetriebes verwendet. Dadurch kann der Verbrennungsmotor nicht über die Drehzahl des passiven Teilgetriebes geschleppt werden, sondern muss bis auf Drehzahlgleichheit synchronisiert werden, was zu Schwingungen im Antriebsstrang führt.
  • Erfindungsgemäß wird daher zur Vermeidung des unerwünschten Schwingungsverhaltens bei einem Gangwechsel bei einem rein elektrischen Betrieb der Verbrennungsmotor mit der Kupplung angeschleppt, die dem elektrifizierten Teilgetriebe zugeordnet ist. Sobald der Verbrennungsmotor schneller dreht als der Getriebeeingang des passiven Teilgetriebes kann diese Kupplung geschlossen werden. Dadurch wird einen Schub-Zug Lastwechselschlag vermieden.
  • Durch dieses Verfahren wird ein verbessertes Schwingungsverhalten bei einem zugkraftunterbrechungsfreien Gangwechsel im rein elektrischen Betriebsmodus erreicht.
  • Insgesamt ergeben sich mit einem Hybridantriebsstrang der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angesteuert wird ein erhöhter Komfort und eine verbesserte Dynamik.
  • Vorteilhafterweise können die Anforderungen an die Kupplungsmomenten Genauigkeit in der Phase des Anschleppens des Verbrennungsmotors verringert werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren überträgt die Kupplung des elektrifizierten Teilgetriebes während des gesamten Schaltvorgangs ausschließlich ein Schubmoment. Wohingegen die Kupplung des passiven Teilgetriebes ausschließlich ein Zugmoment überträgt.
  • Als Primärseite wird die Seite der Reibkupplungen bezeichnet, die auf der Seite des Verbrennungsmotors liegen. Die Sekundärseite ist die Seite der Reibkupplungen die auf der Seite der Teilgetriebe liegen.
  • Wenn eine Kupplung ein Schubmoment überträgt, bedeutet dies, dass der Leistungsfluss an der Kupplung von der Sekundärseite zu der Primärseite fließt.
  • Wenn eine Kupplung ein Zugmoment überträgt, bedeutet dies, dass der Leistungsfluss an der Kupplung von der Primärseite zu der Sekundärseite fließt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    • 2 den Antriebsstrang gemäß 1 im Zugbetrieb in einer ersten Situation in den Phasen 1 und 2 mit eingezeichnetem Leistungspfad bei eingelegtem zweiten Gang,
    • 3 den Antriebsstrang gemäß 1 im Zugbetrieb beim Schaltvorgang in einer zweiten Situation in der Phase 3 mit eingezeichneten Leistungspfaden,
    • 4 den Antriebsstrang gemäß 1 im Zugbetrieb beim Schaltvorgang in einer dritten Situation in den Phasen 4 und 5 mit eingezeichnetem Leistungspfad,
    • 5 den Antriebsstrang gemäß 1 im Zugbetrieb beim Schaltvorgang in einer vierten Situation in den Phasen 6 und 7 mit eingezeichnetem Leistungspfad,
    • 6 den Antriebsstrang gemäß 1 im Zugbetrieb in einer fünften Situation in den Phasen 8 und 9 mit eingezeichnetem Leistungspfad bei eingelegtem 4. Gang,
    • 7 Zeitablaufdiagramme von Gangstufen, Drehzahlen, Drehmomenten beim Zughochschaltvorgang von dem 2. Gang als Ausgangsgang in den 4. Gang als Zielgang in einem rein elektrischen Betriebsmodus,
    • 8 den Antriebsstrang gemäß 1 im Schubbetrieb in einer ersten Situation in den Phasen 1 und 2 mit eingezeichnetem Leistungspfad bei eingelegtem vierten Gang,
    • 9 den Antriebsstrang gemäß 1 im Schubbetrieb beim Schaltvorgang in einer zweiten Situation in der Phase 3 mit eingezeichneten Leistungspfaden,
    • 10 den Antriebsstrang gemäß 1 im Schubbetrieb beim Schaltvorgang in einer dritten Situation in den Phasen 4 und 5 mit eingezeichnetem Leistungspfad,
    • 11 den Antriebsstrang gemäß 1 im Schubbetrieb beim Schaltvorgang in einer vierten Situation in den Phasen 6 und 7 mit eingezeichnetem Leistungspfad,
    • 12 den Antriebsstrang gemäß 1 im Schubbetrieb in einer fünften Situation in den Phasen 8 und 9 mit eingezeichnetem Leistungspfad bei eingelegtem 2. Gang; und
    • 13 Zeitablaufdiagramme von Gangstufen, Drehzahlen, Drehmomenten beim Schaltvorgang im Schubbetrieb von dem 4. Gang als Ausgangsgang in den 2. Gang als Zielgang in einem rein elektrischen Betriebsmodus.
  • In 1 ist ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug 11 generell mit 10 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 11 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen sein.
  • Der Antriebsstrang 10 beinhaltet einen Antriebsmotor VM, beispielsweise in Form eines Verbrennungsmotors, der aus einem Energiespeicher wie einem Kraftstofftank 13 versorgt wird. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 ein Doppelkupplungsgetriebe 14, dessen Abtriebsseite mit einem Differential 16 verbunden ist. Das Differential 16 verteilt Antriebsleistung auf ein linkes und ein rechtes angetriebenes Rad 18L, 18R.
  • Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet eine erste Reibkupplung 30 (K1) sowie ein erstes Teilgetriebe 32 (TG1). Das erste Teilgetriebe 32 beinhaltet beispielsweise die ungeraden Gangstufen 1, 3, 5, etc., die mittels zugeordneter Schaltkupplungen 31 ein- und auslegbar sind. Die erste Reibkupplung 30 (K1) und das erste Teilgetriebe 32 (TG1) bilden einen ersten Leistungsübertragungspfad 36 zur Übertragung von Antriebsleistung von dem Antriebsmotor 12 zu dem Differential 16.
  • Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet eine zweite Reibkupplung 20 sowie ein zweites Teilgetriebe 22 (TG2). Das zweite Teilgetriebe TG2 beinhaltet beispielsweise Gangstufen N, 2, 4, 6, R, die mittels schematisch angedeuteter Schaltkupplungen 24 ein- und auslegbar sind. Die zweite Reibkupplung 20 (K2) und das zweite Teilgetriebe TG2 bilden einen zweiten Leistungsübertragungspfad 26 zur Übertragung von Leistung von dem Antriebsmotor VM zu dem Differential 16.
  • Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine elektrische Maschine EM, die mit einer Anordnung 42 zur Ansteuerung und Energieversorgung verbunden ist. Die Anordnung 42 kann beispielsweise eine Leistungselektronik mit einem Umrichter sowie eine Batterie beinhalten. Eventuell ist auch die Getriebesteuerung integriert.
  • Die elektrische Maschine EM ist an einen Eingang des zweiten Teilgetriebes TG2 fest angebunden, beispielsweise mittels eines Stirnradsatzes oder dergleichen.
  • Das Teilgetriebe TG1 wird als passives Teilgetriebe, das Teilgetriebe TG2 als elektrifiziertes Teilgetriebe bezeichnet.
  • Wie obenstehend bereits genannt, können dem ersten Teilgetriebe TG1 auch die geraden Gangstufen und dem zweiten Teilgetriebe TG2 auch die ungeraden Gangstufen zugeordnet sein.
  • Der Antriebsstrang 10 kann wie nachfolgend dargestellt in drei unterschiedlichen Betriebsmodi arbeiten.
  • In einem konventionellen Antriebsmodus wird Antriebsleistung nur von dem Antriebsmotor 12 (Verbrennungsmotor, VM) erzeugt. Gangwechsel erfolgen auf zugkraftunterbrechungsfreie Art und Weise, indem Antriebsleistung über einen der Leistungsübertragungspfade 26, 36 geführt wird, wobei in dem Teilgetriebe des anderen Leistungsübertragungspfades eine Gangstufe vorgewählt wird. Anschließend erfolgt ein Gangwechsel durch Übergabe des Leistungsübertragungsflusses von dem einen Pfad auf den anderen Pfad, indem die Reibkupplungen 20, 30 auf überschneidende Art und Weise betätigt werden. Dieser Antriebsmodus ist auf dem Gebiet der Doppelkupplungsgetriebe allgemein bekannt.
  • Ferner ist ein zweiter hybridischer Antriebsmodus einrichtbar, bei dem Antriebsleistung sowohl von dem Antriebsmotor 12 als auch von der elektrischen Maschine 40 bereitgestellt wird. Hierbei können die Antriebsleistungen im Wesentlichen über den Summenpunkt am Eingang des zweiten Teilgetriebes 22 (bzw. in Leistungsflussrichtung hinter der zweiten Reibkupplung 22) aufaddiert werden.
  • Eine weitere Möglichkeit eines hybridischen Antriebsmodus besteht darin, dass Antriebsleistung von der elektrischen Maschine über das eine Teilgetriebe und Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor über das andere Teilgetriebe übertragen werden, wobei ein Summenpunkt dann am Differential liegt. Im zweiten hybridischen Antriebsmodus kann die elektrische Maschine sowohl ein positives als auch ein negatives Drehmoment stellen (Boost-Betrieb bzw. Lastpunktanhebung/ Laden).
  • Schließlich ist ein dritter Antriebsmodus möglich, bei dem nur die elektrische Maschine 40 zur Erzeugung von Antriebsleistung angesteuert wird, wohingegen der Antriebsmotor 12 stillgelegt (unbefeuert) wird. Da die elektrische Maschine 40 auf der Sekundärseite der zweiten Reibkupplung 20 angebunden ist, können in diesem Betriebsmodus die herkömmlichen Schaltabläufe eines Doppelkupplungsgetriebes nicht angewendet werden.
  • Als Primärseite wird die Seite der Reibkupplungen 20 bzw. 30 bezeichnet, die auf der Seite des Verbrennungsmotors liegen. Die Sekundärseite ist die Seite der Reibkupplungen die der Teilgetriebe zugeordnet sind. Im rein elektrischen Vorwärtsfahrbetrieb ist es wünschenswert einen Gangwechsel von der Vorwärtsgangstufe 2 in die Vorwärtsgangstufe 4, gegebenenfalls in die Vorwärtsgangstufe 6, durchzuführen, und umgekehrt.
  • Im rein elektrischen Fahrbetrieb wird Antriebsleistung von der elektrischen Maschine über das zweite Teilgetriebe 22 dem Differential 16 zugeführt. Die zweite Reibkupplung 20 ist generell geöffnet. Um beispielsweise eine Hochschaltung durchzuführen, muss das von der elektrischen Maschine 40 bereitgestellte Moment zum Auslegen eines Startganges reduziert werden. Auch während des Einlegens der Zielgangstufe wird von der elektrischen Maschine 40 dabei kein Moment bereitgestellt, da ansonsten gegebenenfalls keine Synchronisierung an der Schaltkupplung 24 erfolgen kann.
  • Demzufolge können bei herkömmlichen Hybridantriebssträngen dieser Art Gangwechsel im rein elektrischen Fahrbetrieb nur mit Zugkraftunterbrechung durchgeführt werden.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer ersten Ausführungsform, welches nachfolgend näher beschrieben wird, kann ein zugkraftunterbrechungsfreier Gangwechsel im rein elektrischen Fahrbetrieb durchgeführt werden, wobei gleichzeitig das Schwingungsverhalten des Antriebsstrangs verbessert wird.
  • Das nachfolgend beschriebene Verfahren geht davon aus, dass das Fahrzeug im rein elektrischen Betrieb fährt und dass eine automatisierte Schaltung mittels des Antriebsstranges der 1 durchgeführt werden soll, wobei es sich bei der Schaltung entweder um eine Zughochschaltung oder um eine Zugrückschaltung oder um eine Schubhoch- bzw. Schubrückschaltung handelt. Die nachstehenden Diagramme beziehen sich sämtlich auf Zughochschaltungen. Für die oben genannten weiteren Schaltungen gelten die Abläufe in angepasster Weise.
  • Insbesondere geht das nachstehende Verfahren davon aus, dass eine Zughochschaltung von der Gangstufe 2 in die Gangstufe 4 stattfindet, wobei diese beiden Gangstufen im elektrifizierten zweiten Teilgetriebe 22 (TG2) liegen. Die elektrische Maschine EM arbeitet hierbei als Motor.
  • Phase 1:
  • Wie bereits obenstehend erläutert, startet das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Fahrzustand, in dem allein die elektrische Maschine EM das Fahrzeug antreibt. Der Verbrennungsmotor VM steht still und ist nicht gezündet. Der Verbrennungsmotor VM ist über beide geöffneten Kupplungen K1 und K2 vom Rest des Antriebsstranges abgekoppelt. Im Teilgetriebe TG2 ist für den rein elektrischen Antrieb mit der elektrischen Maschine EM der zweite Gang/ Gangstufe 2 als Ausgangsgang eingelegt. Die Schaltkupplung 24/S2 ist dabei geschlossen. Damit fließt die Antriebsleistung von der elektrischen Maschine EM über das Teilgetriebe TG 2 mit der Gangstufe 2 auf das Differential 16. Diese Ausgangssituation ist in der 2 dargestellt. Der obenstehend beschriebene Leistungspfad, der durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird, ist mit der gestrichelten Linie gezeigt.
  • Phase 2:
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird zunächst in dem ersten Teilgetriebe TG1 (passives Teilgetriebe) aus der Neutralstellung die Gangstufe 5 eingelegt. Wesentlich bei der Auswahl der Gangstufe des passiven Teilgetriebes TG1 in diesem Schritt ist, dass der vorgewählte Gang (Stützgang) im passiven Teilgetriebe größer ist, als der Zielgang im elektrifizierten Teilgetriebe. Die dem Stützgang zugeordnete Zahnradstufe ist derart übersetzt, dass die Eingangswelle langsamer dreht als die Eingangswelle des Zielgangs des TG2. Grundsätzlich fließt die Leistung immer von der schnellen drehenden Seite der Kupplung zu der langsam drehenden Seite der Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes.
  • Phase 3:
  • In dem nachfolgendem Verfahrensschritt wird zunächst K2 derart angesteuert, sie wie nachstehend beschrieben schlupfend betrieben werden, so dass der Verbrennungsmotor VM angeschleppt wird, ohne dass dieser gezündet wird. Der Verbrennungsmotor VM wird dabei mittels der schlupfend betriebenen Kupplung K2 die dem elektrifizierten Teilgetriebe TG2 zugeordnet ist, bis über das Drehzahlniveau des passiven Teilgetriebes TG1 angeschleppt. Der Synchronisierungsvorgang wird jedoch nicht vollständig abgeschlossen.
  • Phase 4:
  • Sobald das Drehzahlniveau des Verbrennungsmotors das Drehzahlniveau des passiven Teilgetriebes TG1 übersteigt, kann die Kupplung K1 geschlossen werden, sodass beide Kupplungen im Schlupf betrieben werden. Das Kupplungsmoment der Kupplung K1 soll hierbei so gewählt werden, dass es größer als das Kupplungsmoment der Kupplung 2 abzüglich dem Schleppmoment des Verbrennungsmotors ist. (Drehmoment_K1 >= Drehmoment_K2 - Schleppmoment Verbrennungsmotor).
  • Da wie zuvor beschrieben die Kupplung des passiven Teilgetriebes K1 erst dann geschlossen wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors die Eingangswellendrehzahl des ersten Teilgetriebes TG1 überschritten hat, überträgt sie auch erst dann Drehmoment.
  • Die Leistung der elektrischen Maschine wird bei dem Schaltvorgang vorübergehend auf das passive Teilgetriebe TG1 übertragen. Dies ist schematisch in der 3 dargestellt, die eine Situation zeigt, bei der bei eingelegtem 2. Gang dieser noch nicht lastfrei ist. Es existieren dabei zwei Leistungspfade. Der erste Leistungspfad führt über die Gangstufe 2 und die Schaltkupplung S2/24 zu dem Differential 16. Der zweite Leistungspfad führt über die Kupplung K2, die Kupplung K1, die Gangstufe 5 zu dem Differential 16 als Summenpunkt der Drehmomente aus den beiden Leistungspfaden.
  • Phase 5:
  • Die Last an dem Ausgangsgang 2 reduziert sich bis hier das Drehmoment 0 übertragen wird.
  • Bei Erreichen dieses Zustandes wird der 2. Gang ausgelegt.
  • In dieser Situation fließt die Leistung ausschließlich über die Kupplung K2, die Kupplung K1 und den 5. Gang an das Differential 16 und wird auf die Räder 18r, 18L aufgeteilt. Dies ist schematisch in der 4 dargestellt.
  • Phase 6/7:
  • Ausgehend von dieser Situation wird bei eingelegtem 5. Gang die Drehzahl der elektrischen Maschine EM reduziert, bis die Zieldrehzahl des 4. Gangs erreicht ist. Bei Drehzahlgleichheit kann der Zielgang des Gangwechsels eingelegt werden. In dem vorliegenden Beispiel die Gangstufe 4.
  • Phase 8
  • In einem weiteren Verfahrensschritt werden beide Kupplungen K1 und K2 geöffnet, wodurch die Antriebsleistung an die Gangstufe 4 des Teilgetriebes TG2 übergeben wird.
  • Phase 9
  • Das erfindungsgemäße Verfahren endet mit einem Fahrzustand, in dem allein die elektrische Maschine EM in dem 4. Gang das Fahrzeug antreibt.
  • Grundsätzlich überträgt die Kupplung K1 während des gesamten Schaltvorgangs der vorstehend beschrieben ist ausschließlich ein Zugmoment. Des Weiteren überträgt die Kupplung K2 während des gesamten Schaltvorgangs der vorstehend beschrieben ist ausschließlich ein Schubmoment.
  • Die 7 zeigt in Zeitablaufdiagrammen in der Darstellung oben ein Diagramm der Gangstufen des ersten und zweiten Teilgetriebes, in der Darstellung in der Mitte die Drehzahlen der Eingangswellen des ersten und zweiten Teilgetriebes sowie des Verbrennungsmotors, in der Darstellung unten die Drehmomente beim Zughochschaltvorgang von dem 2. Gang als Ausgangsgang in den 4. Gang als Zielgang in einem rein elektrischen Betriebsmodus. Die zuvor beschriebenen Phasen 1-9 sind über den zeitlichen Verlauf von links nach rechts abgebildet.
  • Dieses beschriebene Verfahren kann in angepasster Weise auf eine Schaltung im Schubbetrieb (Rekuperationsbetrieb) angewendet werden. Dieses alternative Verfahren ist in den 8 bis 13 gezeigt und wird anhand der nachfolgenden Phasen näher beschrieben.
  • Phase 1:
  • Die elektrische Maschine EM arbeitet als Generator. Der Verbrennungsmotor VM steht still und ist nicht gezündet. Der Verbrennungsmotor VM ist über beide geöffneten Kupplungen K1 und K2 vom Rest des Antriebsstranges abgekoppelt. Im Teilgetriebe TG2 ist für den rein elektrischen Generatorbetrieb mit der elektrischen Maschine EM der vierte Gang eingelegt. Die Schaltkupplung 24 ist dabei geschlossen. Damit fließt die Antriebsleistung vom Rad über das Differential 16 auf das Teilgetriebe TG2 mit eingelegter Gangstufe 4 als Ausgangsgang zur elektrischen Maschine EM. Diese Ausgangssituation ist in der 8 dargestellt. Der obenstehend beschriebene Leistungspfad, ist mit der gestrichelten Linie gezeigt.
  • Phase 2:
  • In einem ersten Verfahrensschritt wird zunächst in dem ersten Teilgetriebe TG1 (passives Teilgetriebe) aus der Neutralstellung die Gangstufe 1 eingelegt. Wesentlich bei der Auswahl der Gangstufe des passiven Teilgetriebes TG1 in diesem Schritt ist, dass der vorgewählte Gang (Stützgang) im passiven Teilgetriebe niedriger ist, als der Zielgang im elektrifizierten Teilgetriebe. Der Zielgang ist die Gangstufe 2. Die dem Stützgang zugeordnete Zahnradstufe ist derart übersetzt, dass die Eingangswelle schneller dreht als die Eingangswelle des Zielgangs des TG2. Grundsätzlich fließt die Leistung immer von der schnellen drehenden Seite der Kupplung zu der langsam drehenden Seite der Kupplung des Doppelkupplungsgetriebes.
  • Phase 3:
  • In dem nachfolgenden Verfahrensschritt wird zunächst die Kupplung K1 derart angesteuert, sie wie nachstehend beschrieben schlupfend betrieben werden, so dass der Verbrennungsmotor VM angeschleppt wird, ohne dass dieser gezündet wird. Der Verbrennungsmotor VM wird dabei mittels der schlupfend betriebenen Kupplung K1, bis über das Drehzahlniveau des elektrifizierten Teilgetriebes TG2 angeschleppt. Der Synchronisierungsvorgang wird jedoch nicht vollständig abgeschlossen.
  • Phase 4:
  • Sobald das Drehzahlniveau des Verbrennungsmotors VM das Drehzahlniveau des elektrifizierten Teilgetriebes TG2 übersteigt, kann die Kupplung K2 geschlossen werden, sodass beide Kupplungen K1 und K2 im Schlupf betrieben werden. Das Kupplungsmoment der Kupplung K2 soll hierbei so gewählt werden, dass es größer als das Kupplungsmoment der Kupplung 1 abzüglich dem Schleppmoment des Verbrennungsmotors ist. (Drehmoment_K2 > Drehmoment_K1 - Schleppmoment_Verbrennungsmotor).
  • Während dem Beschleunigungsvorgang des Verbrennungsmotors wird Spannenergie, aufgrund der Elastizitäten im Antriebsstrang, aufgebaut. Aufgrund der Anordnung des Verbrennungsmotors im Leistungsfluss zwischen zwei schlupfenden Kupplungen, kann die zuvor aufgebaute Spannenergie, auch unter Berücksichtigung von Drehmomentschwankungen an den beiden Kupplungen, kontrolliert abgegeben und der Verbrennungsmotor VM auf die Zieldrehzahl des 2. Gangs synchronisiert werden. Diese kontrollierte Abgabe der Spannenergie beim Synchronisieren des Verbrennungsmotors hat einen positiven Effekt auf den Fahrkomfort.
  • Da wie zuvor beschrieben die Kupplung K2 des elektrifizierten Teilgetriebes TG2 erst dann geschlossen wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM die Eingangswellendrehzahl des zweiten Teilgetriebes TG2 überschritten hat, überträgt sie auch erst dann Drehmoment.
  • Die Generatorleistung wird bei dem Schaltvorgang vorübergehend auf das passive Teilgetriebe TG1 übertragen. Dies ist schematisch in der 9 dargestellt, die eine Situation zeigt, bei der bei eingelegtem 4. Gang dieser noch nicht lastfrei ist. Es existieren dabei zwei Leistungspfade. Der erste Leistungspfad führt über das Differential 16 über die Schaltkupplung 24 und die Gangstufe 4 zur elektrischen Maschine. Der zweite Leistungspfad führt über das Differential 16, die Gangstufe 1, die Kupplung K1, die Kupplung K2 zur elektrischen Maschine.
  • Phase 5:
  • Die Last an dem Ausgangsgang 4 reduziert sich, bis hier das Drehmoment 0 übertragen wird.
  • Bei Erreichen dieses Zustandes wird die Gangstufe 4 ausgelegt.
  • In dieser Situation fließt die Leistung ausschließlich von den Rädern 18R, 18L über das Differential 16, die Gangstufe 1 und die Kupplung K1, die Kupplung K2 zur elektrischen Maschine EM. Dies ist schematisch in der 10 dargestellt.
  • Phase 6/7:
  • Ausgehend von dieser Situation wird bei eingelegter 1. Gangstufe die Drehzahl der elektrischen Maschine EM erhöht, bis die Zieldrehzahl der 2. Gangstufe erreicht ist.
  • Bei Drehzahlgleichheit kann der Zielgang des Gangwechsels eingelegt werden. In dem vorliegenden Beispiel die Gangstufe 2.
  • Phase 8:
  • In einem weiteren Verfahrensschritt werden beide Kupplungen K1 und K2 geöffnet, wodurch die Generatorleistung an die Gangstufe 2 des Teilgetriebes TG2 übergeben wird.
  • Phase 9:
  • Das erfindungsgemäße Verfahren endet mit einem Fahrzustand, in dem die Leistung allein über die 2. Gangstufe an die elektrische Maschine übertragen wird.
  • Grundsätzlich überträgt die Kupplung K1 während des gesamten Schaltvorgangs der vorstehend beschrieben ist ausschließlich ein Schubmoment. Des Weiteren überträgt die Kupplung K2 während des gesamten Schaltvorgangs der vorstehend beschrieben ist ausschließlich ein Zugmoment.
  • Die 13 zeigt in Zeitablaufdiagrammen in der Darstellung oben ein Diagramm der Gangstufen des ersten und zweiten Teilgetriebes (Ausgangsgang TG2; Gangstufe TG1), in der Darstellung mittig die Drehzahlen der Eingangswellen des ersten und zweiten Teilgetriebes sowie des Verbrennungsmotors, in der Darstellung unten die Drehmomente beim Schaltvorgang von dem 4. Gang als Ausgangsgang in den 2. Gang als Zielgang in einem rein elektrischen Betriebsmodus / Rekuperationsmodus. Die zuvor beschriebenen Phasen 1-9 sind über den zeitlichen Verlauf von links nach rechts abgebildet.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebsstrang
    13
    Kraftstofftank
    14
    Doppelkupplungsgetriebe
    16
    Differential
    18L,18R
    Rad
    20
    zweite Reibkupplung (K2)
    26
    zweiter Leistungsübertragungspfad
    24, 31
    Schaltkupplung
    30
    erste Reibkupplung (K1)
    36
    erster Leistungsübertragungspfad
    42
    Ansteuerung
    32, TG1
    erstes Teilgetriebe
    22, TG2
    zweites Teilgetriebe
    VM
    Verbrennungsmotor
    EM
    elektrische Maschine
    IPS1
    Drehzahl an Eingangswelle TG1
    IPS2
    Drehzahl an Eingangswelle TG2
  • 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 102010044618 A1 [0008]
    • DE 102012018416 A1 [0011, 0020]

Claims (6)

  1. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstranges (10), der einen Verbrennungsmotor (VM) und ein Doppelkupplungsgetriebe (14) aufweist, das zur Einrichtung von zwei Leistungsübertragungspfaden (26, 36) eine erste und eine zweite Reibkupplung (K1/30, K2/20) und ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (TG1/32, TG2/22) aufweist, wobei eine elektrische Maschine (EM) in Leistungsflussrichtung hinter der zweiten Reibkupplung (K2/20) angebunden ist (Sekundärseite), und wobei die elektrische Maschine (EM) als Motor betrieben wird, wobei ein rein elektrischer Fahrbetrieb über das der zweiten Reibkupplung (K2) zugeordnete zweite Teilgetriebe (TG2) erfolgen kann, und wobei bei einem Gangwechsel in dem zweiten Teilgetriebe (TG2) bei dem rein elektrischen Fahrbetrieb ein Füllmoment bereitgestellt wird, mit den nachfolgenden Schritten: a. vor dem Anschleppen in dem ersten Teilgetriebe (TG1) Einlegen einer höheren Gangstufe (G), im Vergleich zu dem Zielgang im zweiten Teilgetriebe (TG2) nach dem Gangwechsel b. Anschleppen des Verbrennungsmotors (VM) mittels der schlupfend betriebenen Kupplung (K2) des zweiten Teilgetriebes (TG2) bis über das Drehzahlniveau des ersten Teilgetriebes (TG1) c. Schließen der Kupplung (K1) des ersten Teilgetriebes (TG1), so dass beide Kupplungen (K1) und (K2) schlupfend mit der folgenden Bedingung betrieben werden: Drehmoment K1 >= Drehmoment K2 - Schleppmoment VM d. Synchronisierung des Verbrennungsmotors (VM) auf Drehzahl des ersten Teilgetriebes (TG1) wobei beide Kupplungen schlupfend unter Berücksichtigung der folgenden Bedingung betrieben werden: Drehmoment K1 > Drehmoment K2 - Schleppmoment VM e. bei weiterhin eingelegter höherer Gangstufe (G) reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine (EM) bis die Zieldrehzahl des Zielgangs erreicht ist f. Einlegen des Zielgangs im zweiten Teilgetriebe (TG2) g. Öffnen beider Kupplungen (K1/K2)
  2. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs (10) nach Anspruch 1, wobei dem ersten Teilgetriebe (TG1) die ungeraden Gangstufen und dem zweiten Teilgetriebe (TG2) die geraden Gangstufen zugeordnet sind.
  3. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ausgangsgang vor dem Schaltvorgang die Gangstufe 2 ist, der Zielgang nach dem Schaltvorgang die Gangstufe 4 und im Schritt a) die Gangstufe 5 eingelegt wird.
  4. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstranges (10), der einen Verbrennungsmotor (VM) und ein Doppelkupplungsgetriebe (14) aufweist, das zur Einrichtung von zwei Leistungsübertragungspfaden (26, 36) eine erste und eine zweite Reibkupplung (K1/30, K2/20) und ein erstes und ein zweites Teilgetriebe (TG1/32, TG2/22) aufweist, wobei eine elektrische Maschine (EM) in Leistungsflussrichtung hinter der zweiten Reibkupplung (K2/20) angebunden ist (Sekundärseite), wobei die elektrische Maschine (EM) als Generator betrieben wird, wobei ein rein elektrischer Fahrbetrieb über das der zweiten Reibkupplung (K2) zugeordnete zweite Teilgetriebe (TG2) erfolgen kann, und wobei bei einem Gangwechsel in dem zweiten Teilgetriebe (TG2) bei dem rein elektrischen Fahrbetrieb ein Füllmoment bereitgestellt wird, mit den nachfolgenden Schritten: a. vor dem Anschleppen in dem ersten Teilgetriebe (TG1) Einlegen einer niedrigeren Gangstufe (G), im Vergleich zu dem Zielgang im zweiten Teilgetriebe (TG2) nach dem Gangwechsel b. Anschleppen des Verbrennungsmotors (VM) mittels der schlupfend betriebenen Kupplung (K1) des ersten Teilgetriebes (TG1) bis über das Drehzahlniveau des zweiten elektrifizierten Teilgetriebes (TG2) c. Schließen der Kupplung (K2) des zweiten Teilgetriebes (TG2), so dass beide Kupplungen (K1) und (K2) schlupfend mit der folgenden Bedingung betrieben werden: Drehmoment K2 >= Drehmoment K1 - Schleppmoment VM d. Synchronisierung des Verbrennungsmotors (VM) auf Drehzahl des zweiten Teilgetriebes (TG2) wobei beide Kupplungen schlupfend unter Berücksichtigung der folgenden Bedingung betrieben werden: Drehmoment K2 > Drehmoment K1 - Schleppmoment VM e. bei weiterhin eingelegter niedrigerer Gangstufe (G) erhöhen der Drehzahl der elektrischen Maschine (EM) bis die Zieldrehzahl des Zielgangs erreicht ist f. Einlegen des Zielgangs im zweiten Teilgetriebe (TG2) g. Öffnen beider Kupplungen (K1/K2)
  5. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs (10) nach Anspruch 4, wobei dem ersten Teilgetriebe (TG1) die ungeraden Gangstufen und dem zweiten Teilgetriebe (TG2) die geraden Gangstufen zugeordnet sind.
  6. Verfahren zum Ansteuern eines Hybridantriebsstrangs (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Ausgangsgang vor dem Schaltvorgang die Gangstufe 4 ist, der Zielgang nach dem Schaltvorgang die Gangstufe 2 und im Schritt a) die Gangstufe 1 eingelegt wird.
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