DE102020207882A1

DE102020207882A1 - Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads

Info

Publication number: DE102020207882A1
Application number: DE102020207882.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Fischer; Rene Wackerow; Jonathan Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2021-12-30
Also published as: JP2023533209A; EP4172480A1; WO2021259775A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Zweirads, mit einer Brennkraftmaschine (110), einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine (120) und einem manuell betätigbaren Getriebe (130) mit mehreren verschiedenen Gängen, wobei, wenn ein Schaltvorgangswunsch (210) zum Wechseln eines aktuellen Gangs des Getriebes (140) erkannt wird, die elektrische Maschine (120) derart betrieben wird, dass eine auf das Getriebe (140) wirkende Last verringert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads, mit einer Brennkraftmaschine, einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine und einem manuell betätigbaren Getriebe, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Stand der Technik
Bei Fahrzeugen, insbesondere Zweirädern (Kraft- bzw. Motorrädern), mit Brennkraftmaschine und manuell betätigbarem Getriebe kann zur Unterstützung des Schaltvorgangs ein sog. Schaltassistent vorgesehen sein, sodass eine ggf. vorhandene Kupplung nicht (mehr) betätigt werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirads (oder Kraftrads bzw. Motorrads), mit einer Brennkraftmaschine, einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine und einem manuell betätigbaren Getriebe mit mehreren verschiedenen Gängen sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Wie eingangs schon erwähnt, kann bei Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine und manuell betätigbarem Getriebe ein sog. Schaltassistent vorgesehen sein, der z.B. in ein Motorsteuergerät integriert sei kann. Hierbei kann bei Erkennen eines Schaltvorgangs- bzw. eines Gangwechselwunsches die Brennkraftmaschine z.B. durch das Motorsteuergerät derart betrieben werden, dass die Last von den Zahnrädern des Getriebes genommen wird und ein lastfreier Gangwechsel ohne Betätigung der Kupplung möglich ist. Für einen Schaltvorgang, bei dem die Brennkraftmaschine ein antreibendes Moment liefert, werden zur Entlastung des Getriebes kurzzeitig (typischerweise weniger als 300 ms) die Zündung und Einspritzung unterbunden, bzw. die Einspritzmenge wird stark reduziert und die Drosselklappenöffnung wird entsprechend angepasst, sodass entsprechend das Antriebsmoment reduziert und die Last vom Getriebe genommen wird. Ein typischer Betriebspunkt kann hier das Hochschalten während einer Beschleunigungsphase sein.
Umgekehrt kann aber auch die Brennkraftmaschine über das Getriebe durch das Hinterrad angetrieben bzw. geschleppt werden (beispielsweise im Schubbetrieb). Um in einer solchen Phase das Getriebe für einen Schaltvorgang lastfrei zu bekommen, muss von der Brennkraftmaschine das entsprechende Schleppmoment zur Überwindung der eigenen Reibung aufgebracht werden.
Während im ersten Fall der Schalteingriff zu einer kurzzeitigen Absenkung des Moments der Brennkraftmaschine führt, muss im zweiten Fall das Moment der Brennkraftmaschine ohne Zutun des Fahrers erhöht werden. Hierfür kann die Drosselklappe abweichend vom Wunsch des Fahrers eingestellt werden. Entsprechend kann eine elektronisch gesteuerte bzw. betätigbare Drosselklappe für diesen Vorgang notwendig sein.
Dieser nicht durch den Fahrer kontrollierte, das Moment erhöhende Eingriff im Schubbetrieb muss entsprechend durch gesonderte Funktionen überwacht werden, um im Falle einer Fehlfunktion ein ungewolltes Beschleunigen des Fahrzeugs zu verhindern und so die Sicherheit des Fahrers zu gewährleisten. Über eine übliche Überwachungsfunktion hinaus, die gewährleistet, dass die Öffnung der elektronisch gesteuerten Drosselklappe dem Fahrerwunsch entspricht, muss hierfür eine Erweiterung vorgesehen werden. Diese muss eine Abweichung von Fahrerwunsch und gestellter Drosselklappe im notwendigen Rahmen und Zeitraum des Schaltvorgangs akzeptieren und darüberhinausgehende Abweichungen erkennen und unterbinden können. Es muss also die Überwachung der Drosselklappensteuerung für elektronisch gesteuerte Drosselklappen umfassend für die Verwendung eines Schaltassistenten erweitert werden.
Vor diesem Hintergrund wird nun vorgeschlagen, bei einem solchen Fahrzeug, das zudem eine elektrische Maschine, die insbesondere motorisch und generatorisch betreibbar ist, also auch einen entsprechenden Stromrichter bzw. Inverter aufweist, dann, wenn ein Schaltvorgang zum Wechseln eines aktuellen Gangs des Getriebes (also ein Gangwechselwunsch oder Schaltvorgangswunsch) erkannt wird, die elektrische Maschine derart zu betreiben, dass eine auf das Getriebe wirkende Last verringert wird, insbesondere so, dass auf das Getriebe keine Last wirkt. Ein solcher Schaltvorgangs- bzw. Gangwechselwunsch kann z.B. anhand einer Belastung (z.B. leichtes Andrücken) oder Betätigung eines Schaltpedals oder Schalthebels erkannt werden.
Wenn also eine Momentenanpassung zur Lastfreistellung des Getriebes durch die elektrische Maschine gewährleistet werden kann, kann auf den Eingriff der Drosselklappe und damit die erwähnte Anpassung oder Änderung der Drosselklappenüberwachung verzichtet werden, was eine deutlich einfachere Überwachung ermöglicht. Mit anderen Worten kann eine Überwachung hinsichtlich einer Abweichung einer tatsächlichen Stellung der Drosselklappe von einer von einem Fahrer angeforderten Stellung auf übliche Weise vorgenommen werden, wobei, wenn eine Abweichung vorliegt oder erkannt wird, eine Gegenmaßnahme wie z.B. eine Warnmeldung eingeleitet wird. Eine Abweichung kann z.B. dann als vorliegend angesehen werden bzw. erkannt werden, wenn die Differenz zwischen tatsächlicher Stellung von der vom Fahrer angeforderten Stellung größer als ein vorgegebener Schwellwert ist. Dieser gilt dann unabhängig vom Vorliegen oder Nicht-Vorliegen eines Schaltvorgangs.
Wenngleich das vorgeschlagene Vorgehen auch beim Betrieb der Brennkraftmaschine, bei dem diese ein Drehmoment erzeugt, z.B. beim Beschleunigen, angewendet werden kann, indem die elektrische Maschine bremsend auf die Brennkraftmaschine wirkt, so ist die Anwendung besonders für einen Runterschaltvorgang bevorzugt, insbesondere wenn der Schaltvorgangswunsch während eines Schleppbetriebs bzw. Schubbetriebs der Brennkraftmaschine erkannt wird, da dort eine Lastfreistellung nur durch Anpassung der Einspritzung nicht zielführend ist. Hier kann die elektrische Maschine derart betrieben werden, dass durch die elektrische Maschine auf die Brennkraftmaschine ein erhöhendes (also beschleunigendes) Drehmoment ausgeübt wird.
Auch wenn dieses Vorgehen besonders für Brennkraftmaschinen mit höchstens zwei, bevorzugt nur einem Zylinder, von Vorteil ist, kann es grundsätzlich auch für andere Brennkraftmaschinen verwendet werden. Die elektrische Maschine bzw. deren Rotor kann direkt drehfest mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden sein und z.B. als permanent erregte Synchronmaschine ausgebildet sein. Ebenso kann die elektrische Maschine aber auch eine andere Arbeitsweise besitzen oder ihr Drehmoment mittels einer Übersetzung, einem Riementrieb, einer Kette oder anderweitig auf die Kurbelwelle übertragen werden.
Mit dem vorgeschlagenen Vorgehen kann zudem ein Schaltassistent für einen Schaltvorgang im Schubbetrieb auch realisiert werden, wenn eine mechanische bzw. eine mechanisch betätigbare Drosselklappe vorgesehen ist. Um das Getriebe während des Schaltvorgangs im Schubbetrieb des Antriebsstrangs lastfrei zu bekommen, muss das Schleppmoment bzw. Reibmoment der Brennkraftmaschine (inkl. Kupplung und Getriebeeingangsmechanik) aufgebracht werden. Bei mechanischen Drosselklappen kann über den Luft-Bypass (Stepper) in der Regel nicht genügend Luft angesaugt werden, um die notwendige Verbrennungsenergie und damit die Kompensation des Schleppmoments über den gesamten Drehzahlbereich aufzubringen. Daher wird ein entsprechender Schaltvorgang ohne Kupplung bzw. ohne Betätigung der Kupplung für diese Systeme bisher nicht unterstützt.
Kann jedoch das benötigte Moment, oder zumindest das fehlende Moment bei vollständig geöffnetem Bypass, durch die elektrische Maschine aufgebracht werden, kann auch für Systeme mit mechanischer Drosselklappe ein Schaltassistent für alle Lastfälle umgesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Vorgehens ist ein schnelleres Erreichen des benötigten Schleppmoments. Die Brennkraftmaschine kann nur durch den Verbrennungsvorgang ein Drehmoment erzeugen. Je nach Drehzahl und Zylinderanzahl vergeht unterschiedlich viel Zeit zwischen den Verbrennungen und damit bis zu einer möglichen Änderung bzw. Aufbringung des Drehmoments. Speziell für niedrige Drehzahlen bei Ein-Zylinder-Brennkraftmaschinen vergeht damit entsprechend viel Zeit, bis das Getriebe für einen Schaltvorgang entlastet ist und die Brennkraftmaschine das notwendige Schleppmoment aufbringt. Die elektrische Maschine kann hier deutlich schneller das benötigte Drehmoment zur Verfügung stellen und entsprechend den Schaltvorgang beschleunigen oder verbessern.
Um die beschriebenen Vorteile durch die elektrische Maschine zu generieren, sollte diese in der Lage sein, über den gesamten Drehzahlbereich das notwendige Drehmoment, d.h. das Schleppmoment der Brennkraftmaschine, aufzubringen. Sollte dies nicht der Fall sein, kann zumindest für einen niedrigen Drehzahlbereich das Drehmoment der elektrischen Maschine zur Unterstützung des Schaltassistenten hinzugezogen werden und so dessen Reaktionsgeschwindigkeit erhöht werden.
Durch die schnellere Ansteuerungsmöglichkeit der elektrischen Maschine kann die Momentenerzeugung mit dem Schaltvorgang des Fahrers besser synchronisiert werden und z.B. auch ein spezielles Momentenprofil über der Zeit vorgegeben werden. Das Einsetzen dieses Momentenprofils kann in Abhängigkeit von der Erkennung der Schalttätigkeit bzw. deren Art oder Geschwindigkeit (z.B. wie schnell der Hebel betätigt wird) und weiteren Parametern der Brennkraftmaschine wie z.B. Drehzahl, Öl-Temperatur, und dergleichen erfolgen.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Fahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine, mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist schematisch ein als Motorrad ausgebildetes Fahrzeug 100, mit einer Brennkraftmaschine 110, einer elektrischen Maschine 120 sowie einem manuellen bzw. manuell betätigbaren Getriebe 140, gezeigt, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Die Brennkraftmaschine 110 ist beispielhaft als Brennkraftmaschine mit einem Zylinder 111 und mit Kurbelwelle 115 ausgebildet.
Die elektrische Maschine 120 ist mit der Kurbelwelle 115 - und damit auch mit der Brennkraftmaschine 110 - drehmomentübertragend gekoppelt. Zudem ist die Brennkraftmaschine 110 über die Kurbelwelle 115 mit einer Kupplung 130 und darüber mit dem Getriebe 140 verbunden.
Mittels einer als Steuergerät ausgebildeten Recheneinheit 180 kann die elektrische Maschine 120 entsprechend angesteuert werden, d.h. es kann ein drehmomentaufnehmender bzw. generatorischer Betrieb vorgenommen werden, in dem ein bremsendes Moment auf die Kurbelwelle und damit die Brennkraftmaschine aufgebracht wird. Ebenso kann ein drehmomenterzeugender bzw. motorischer Betrieb vorgenommen werden, in dem ein beschleunigendes bzw. antreibendes Moment auf die Kurbelwelle und damit die Brennkraftmaschine aufgebracht wird.
Außerdem sind ein Fahrgriff 150, bei dessen Betätigung eine Kraftstoffeinspritzung sowie eine z.B. elektronisch betätigbare Drosselklappe 112 angesteuert werden, sowie ein Schaltpedal 155, bei dessen Betätigung ein Gang des Getriebes 140 gewechselt wird, gezeigt.
In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierbei wird in einem Schritt 200 zunächst überwacht, ob ein Schaltvorgang initiiert wird. Wenn in Schritt 210 ein Schaltvorgangswunsch bzw. ein Beginn eines Schaltvorgangs erkannt wird, z.B. anhand einer Belastung oder Betätigung bzw. initialen Bewegung des Schaltpedals, dann wird in Schritt 220 - wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Schleppbetrieb befindet - die elektrische Maschine z.B. gemäß einem Momentenprofil 225 derart angesteuert bzw. betrieben, dass diese ein erhöhendes bzw. beschleunigendes Drehmoment auf die Brennkraftmaschine ausübt, sodass letztlich das Getriebe lastfrei gestellt wird.
Nun kann in einem Schritt 230 der Gangwechsel ohne Probleme erfolgen, anschließend kann in Schritt 240 die elektrische Maschine wieder in den vorigen Zustand zurückversetzt werden. Anzumerken ist, dass der Schaltvorgang bzw. dessen Ablauf und Dauer typischerweise durch den Fahrer vorgegeben werden, sodass der Schritt 220 entsprechend schnell durchzuführen ist, eben z.B. anhand des Momentenprofils 225, das z.B. abhängig von der tatsächlichen Geschwindigkeit des Schaltvorgangs (die hierzu z.B. erfasst werden kann) erfolgen kann.
Während dieses Vorgangs kann durchgehend eine Überwachung 250 hinsichtlich einer Abweichung einer tatsächlichen Stellung von einer von einem Fahrer angeforderten Stellung der Drosselklappe vorgenommen werden, die aufgrund der speziellen Ansteuerung der elektrischen Maschine zur Lastfreistellung des Getriebes auch während des Schaltvorgangs nicht geändert werden muss, da die Drosselklappe nicht unabhängig vom Fahrerwunsch angesteuert werden muss.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs (100), insbesondere eines Zweirads, mit einer Brennkraftmaschine (110), einer damit drehmomentübertragend gekoppelten elektrischen Maschine (120) und einem manuell betätigbaren Getriebe (130) mit mehreren verschiedenen Gängen, wobei, wenn ein Schaltvorgangswunsch (210) zum Wechseln eines aktuellen Gangs des Getriebes (140) erkannt wird, die elektrische Maschine (120) derart betrieben wird, dass eine auf das Getriebe (140) wirkende Last verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine (120) derart betrieben wird, dass auf das Getriebe (140) keine Last wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn der Schaltvorgangswunsch (210) während eines Schleppbetriebs der Brennkraftmaschine (110) erkannt wird, die elektrische Maschine (120) derart betrieben wird, dass durch die elektrische Maschine (120) auf die Brennkraftmaschine (110) ein erhöhendes Drehmoment ausgeübt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem für die Brennkraftmaschine (120) eine elektronisch betätigbare Drosselklappe (112) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei eine Überwachung (250) hinsichtlich einer Abweichung einer tatsächlichen Stellung der Drosselklappe (112) von einer von einem Fahrer angeforderten Stellung vorgenommen wird, und wobei, eine Gegenmaßnahme eingeleitet wird, wenn eine Abweichung vorliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem für die Brennkraftmaschine (110) eine mechanisch betätigbare Drosselklappe vorgesehen ist
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (120) gemäß einem Momentenprofil (225) betrieben wird, das in Abhängigkeit von einer Art und/oder Geschwindigkeit des erkannten Schaltvorgangswunsches (210), und/oder von wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine (110) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Brennkraftmaschine (110) eine Brennkraftmaschine mit höchstens zwei Zylindern, bevorzugt genau einem Zylinder (111), verwendet wird.
Recheneinheit (180), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (180) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (180) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.