DE102020214418A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betrieb eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang - Google Patents

Verfahren und Steuergerät zum Betrieb eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Getriebes (G) in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang, wobei das Getriebe (G) zur Bildung von mehreren Gangstufen (1 bis 8, R) eingerichtet ist, wobei bei einem Schaltvorgang zumindest eines der Schaltelemente (A, B, C, D, E) des Getriebes (G) geöffnet und zumindest ein anderes der Schaltelemente (A, B, C, D, E) geschlossen wird, wobei bei Vorliegen einer Anforderung zum Schalten ermittelt wird, ob während dem Schaltvorgang eines der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand in einen Schlupfzustand überführt werden kann, wobei, wenn festgestellt wird, dass jenes der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand nicht in einen Schlupfzustand überführt werden kann, bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten eines Verbrennungsmotors (VM) entweder der Schaltvorgang verhindert oder verzögert umgesetzt wird und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (VM) unmittelbar umgesetzt wird, oder der Schaltvorgang unmittelbar umgesetzt wird und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotor (VM) entweder nicht oder verzögert umgesetzt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang. Die Erfindung betrifft ferner ein elektronisches Steuergerät mit Mittel zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
  • Die DE 10 2004 002 061 A1 beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines Antriebstrangs eines Hybridfahrzeugs mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine. Zur Verbesserung des Komforts wird während eines Startvorgangs der Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine eine Übertragungsfähigkeit eines Schaltelements zwischen elektrischer Maschine und Abtrieb derart eingestellt, dass am Abtrieb ein vom Startvorgang unabhängiges Antriebsmoment anliegt.
  • In der EP 1 792 800 A2 wird eine Hybridfahrzeugsteuerung beschrieben. Liegt während eines elektrischen Fahrbetriebs sowohl eine Anforderung zum Wechsel in einen hybridischen Fahrbetrieb und eine Schaltanforderung des Getriebes vor, dann wird eines der Getriebe-Schaltelemente ausgewählt, welches während des Verbrennungsmotorstarts geschlossen bleibt. Dieses ausgewählte Schaltelement wird während des Verbrennungsmotorstarts in einem Schlupfzustand betrieben.
  • Eine derartige Entkopplung des Startvorgangs durch Betrieb eines Schaltelements im Schlupfzustand ist jedoch nicht in allen Betriebszuständen möglich. Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem eine Entkopplung des Startvorgangs auch in derartigen Betriebszuständen gewährleistet werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Eine weitere Lösung der Aufgabe ist in Patentanspruch 6 angeführt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung, sowie aus den Figuren.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Betrieb eines Getriebes in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang vorgeschlagen. Das Getriebe ist zur Bildung von mehreren Gangstufen zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle des Getriebes eingerichtet. Die Gangstufen werden durch selektives Schließen von einer Mehrzahl von Schaltelementen erzielt. Abhängig von den jeweils geschlossenen Schaltelementen werden verschiedene Leistungspfade durch miteinander verbundene Planetenradsätze des Getriebes gebildet. Bei einem Schaltvorgang von einer der Gangstufen zu einer anderen der Gangstufen wird zumindest eines der Schaltelemente geöffnet und zumindest ein anderes der Schaltelemente geschlossen. Zumindest ein weiteres der Schaltelemente ist während einer herkömmlichen Gangschaltung geschlossen, also nicht geöffnet. Abhängig vom Aufbau des Getriebes können auch zwei der Schaltelemente während einer herkömmlichen Gangschaltung geschlossen bleiben.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass bei Vorliegen einer Anforderung zur Durchführung eines Schaltvorgangs ermittelt wird, ob eines der Schaltelemente, welches am Schaltvorgang nicht beteiligt ist und eigentlich während des Schaltvorgangs geschlossen sein sollte, vom geschlossenen Zustand in einen Schlupfzustand überführt werden kann. Wird als Ergebnis dieser Ermittlung festgestellt, dass dieses Schaltelement nicht in einen Schlupfzustand überführt werden kann, so wird bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors entweder der Schaltvorgang verhindert oder verzögert umgesetzt, wobei die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors unmittelbar umgesetzt wird. Alternativ dazu kann der angeforderte Schaltvorgang unmittelbar umgesetzt werden, und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors wird nicht oder verzögert umgesetzt. Derart kann auf einfache Weise eine Entkopplung durch Schlupfbetrieb des Schaltelements durchgeführt werden.
  • Vorzugsweise wird dann, wenn festgestellt wird, dass das an der Schaltung unbeteiligte und dabei sonst geschlossen gehaltene Schaltelement in einen Schlupfzustand überführt werden kann, bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors diese Anforderung unmittelbar umgesetzt, wobei parallel dazu der angeforderte Schaltvorgang umgesetzt wird. Der Verbrennungsmotorstart wird dabei durch einen Schlupfzustand jenes Schaltelements entkoppelt, welches an der Schaltung unbeteiligt ist.
  • Vorzugsweise wird bei der Ermittlung, ob das an der Schaltung unbeteiligte und dabei sonst geschlossen gehaltene Schaltelement in einen Schlupfzustand überführt werden kann oder nicht, die vorliegende Ist-Gangstufe und die angeforderte Ziel-Gangstufe berücksichtigt. Alternativ oder ergänzend dazu kann bei der Ermittlung zumindest ein Drehzahlwert des Getriebes berücksichtigt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch während eines bereits laufenden Startvorgangs des Verbrennungsmotors durchgeführt werden, wenn während dieses laufenden Startvorgangs eine Anforderung zum Schalten vorliegt.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird ferner ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches Mittel zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens aufweist.
  • Die Erfindung ist beispielhaft anhand den Figuren in detaillierter Weise beschrieben. Es zeigen:
    • 1 einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs; und
    • 2 ein Schaltschema eines Getriebes des Hybridantriebsstrangs.
  • 1 zeigt einen Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor VM und eine elektrische Maschine EM auf, welche dazu eingerichtet sind einen Abtrieb AB des Kraftfahrzeugs anzutreiben. Eine verbrennungsmotorseitige Anschlusswelle AN eines Getriebes G ist über eine Trennkupplung K0 mit einer Eingangswelle GW1 des Getriebes G verbunden. Ein Rotor der elektrischen Maschine EM ist mit der Eingangswelle GW1 verbunden. Anstelle der in 1 dargestellten unmittelbaren Verbindung zwischen Rotor und Eingangswelle GW1 kann ein Übersetzungsgetriebe verwendet werden, um eine Drehzahl- und Drehmomentanpassung zwischen Rotor und Eingangswelle GW1 zu erzielen. Das Getriebe G weist vier Planetenradsätze P1, P2, P3, P4 sowie fünf Schaltelemente A, B, C, D, E auf. Eine Ausgangswelle GW2 des Getriebes G ist mit dem Abtrieb AB verbunden.
  • Im beispielhaften Getriebe G ist die Eingangswelle GW1 mit einem Planetenträger des Planetenradsatzes P2 verbunden. Ein Sonnenrad des Planetenradsatzes P2 ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P1 verbunden. Ein Planetenträger des Planetenradsatzes P1 ist mit einem Hohlrad des Planetenradsatzes P4 verbunden. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes P2 ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P3 verbunden. Ein Hohlrad des Planetenradsatzes P3 ist mit einem Sonnenrad des Planetenradsatzes P4 verbunden. Durch Schließen des Schaltelements A sind die miteinander verbundenen Sonnenräder der Planetenradsätze P1, P2 gegenüber einem Gehäuse GG des Getriebes G drehfest festsetzbar. Durch Schließen des Schaltelements B ist ein Hohlrad des Planetenradsatzes P1 gegenüber dem Gehäuse GG drehfest festsetzbar. Durch Schließen des Schaltelements C ist die Eingangswelle GW1 mit dem Sonnenrad des Planetenradsatzes P4 und dem damit verbundenen Hohlrad des Planetenradsatzes P3 verbindbar. Durch Schließen des Schaltelements D ist ein Planetenträger des Planetenradsatzes P3 mit einem Planetenträger des Planetenradsatzes P4 verbindbar. Durch Schließen des Schaltelements E ist das Sonnenrad des Planetenradsatzes P3 und das damit verbundene Hohlrad des Planetenradsatzes P2 mit dem Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes P4 und dem damit verbundenen Hohlrad des Planetenradsatzes P3 verbindbar. Der Planetenträger des Planetenradsatzes P4 ist mit der Abtriebswelle GW2 verbunden. Zur besseren Übersichtlichkeit ist das Getriebe G in 1 nur als schematischer Halbschnitt dargestellt.
  • Durch selektives Schließen von jeweils drei der fünf Schaltelemente A, B, C, D, E sind verschiedene Leistungspfade zwischen der Eingangswelle GW1 und der Ausgangswelle GW2 darstellbar, sodass acht Vorwärtsgangstufen 1 bis 8 sowie eine Rückwärtsgangstufe R zwischen der Eingangswelle GW1 und Ausgangswelle GW2 gebildet werden können. 2 zeigt eine Tabelle, wobei in den Zeilen der Tabelle die Vorwärtsgangstufen 1 bis 8 sowie die Rückwärtsgangstufe R, und in den Spalten der Tabelle die Schaltelemente A, B, C, D, E angegeben sind. In den Zellen der Tabelle ist durch einen Kreis angegeben, welche der Schaltelemente A, B, C, D, E zur Bildung der Vorwärtsgänge 1 bis 8, bzw. des Rückwärtsgangs R zu schließen sind. Das Schließen und Öffnen der Schaltelemente A, B, C, D, E wird durch eine elektronische Steuereinheit ECU des Getriebes G gesteuert. Die von der elektronischen Steuereinheit ECU angesteuerte Aktuatorik ist in 1 nicht dargestellt.
  • Bei einem Schaltvorgang zwischen den Gangstufen 1 bis 8, R ist zumindest eines der im Ist-Gang geöffneten Schaltelemente A, B, C, D, E zu schließen, und zumindest eines der im Ist-Gang geschlossenen Schaltelemente A, B, C, D, E zu öffnen. Beispielsweise ist bei einer Hochschaltung von der Gangstufe 2 in die Gangstufe 3 das Schaltelement C zu schließen und das Schaltelement A zu öffnen. Das Schaltelement B bleibt bei einer herkömmlichen Hochschaltung von der Gangstufe 2 in die Gangstufe 3 geschlossen.
  • Das Getriebe G weist drei Drehzahlsensoren n1, n2, n3 auf. Der Drehzahlsensor n1 ermittelt die Drehzahl der Eingangswelle GW1. Der Drehzahlsensor n2 ermittelt die Drehzahl jener Welle, welche den Planetenträger des Planetenradsatzes P1 mit dem Hohlrad des Planetenradsatzes P4 verbindet. Der Drehzahlsensor n3 ermittelt die Drehzahl der Abtriebswelle GW2. Die Signale der drei Drehzahlsensoren n1, n2, n3 werden der elektronischen Steuereinheit ECU zugeführt, sodass in der elektronischen Steuereinheit ECU die Differenzdrehzahlen der Schaltelemente A, B, C, D, E ermittelt werden können. Die elektronische Steuereinheit ECU kann basierend auf diesen Drehzahlsignalen sowie anhand weiterer Signale die Schaltvorgänge des Getriebes G steuern.
  • Ist die Trennkupplung K0 geöffnet, so kann die elektrische Maschine EM den Abtrieb AB bei einer eingelegten Gangstufe 1 bis 8, bzw. R antreiben, ohne den Verbrennungsmotor VM mitzuschleppen. Während eines solchen elektrischen Fahrbetriebs kann der Verbrennungsmotor VM durch Schließen der Trennkupplung K0 auf eine Anlassdrehzahl beschleunigt, und anschließend gestartet werden. Bei einem solchen Startvorgang treten Schwingungen auf, welche ohne weitere Maßnahmen in den Abtrieb AB übertragen werden und somit für den Fahrer des Kraftfahrzeugs spürbar sind. Derartige Schwingungen werden als Komfort-Beeinträchtigung wahrgenommen. Zur Entkopplung des Abtriebs AB von diesen Schwingungen ist es bekannt, eines der Schaltelemente A, B, C, D, E während des Verbrennungsmotorstarts in einen Schlupfzustand zu versetzen. Soll zeitlich zum Verbrennungsmotorstart auch ein Schaltvorgang stattfinden, so ist es bekannt die Entkopplung über jenes der Schaltelemente A, B, C, D; E zu realisieren, welches während des Schaltvorgangs eigentlich geschlossen bleiben würde.
  • Allerdings gibt es Betriebszustände, bei denen eine Entkopplung des Verbrennungsmotorstarts über eines der am Schaltvorgang nicht beteiligten Schaltelemente A, B, C, D, E nicht ohne weiteres möglich ist. Soll beispielsweise ausgehend von der Vorwärtsgangstufe 7 in die Vorwärtsgangstufe 4 zurückgeschaltet werden, so sind die Schaltelemente B und E zu schließen und die Schaltelemente A und C zu öffnen. Das Schaltelement D bleibt während eines solchen Schaltvorgangs D geschlossen, sodass eine Entkopplung eines zeitgleich durchgeführten Verbrennungsmotorstarts mittels eines Schlupfzustands des Schaltelements D prinzipiell möglich wäre.
  • Allerdings wird eine Rückschaltung ausgehend von der Vorwärtsgangstufe 7 in die Vorwärtsgangstufe 4 bevorzugt als Doppel-Schaltung durchgeführt, indem zuerst in die Vorwärtsgangstufe 5, und ausgehend von der Vorwärtsgangstufe 5 in die Vorwärtsgangstufe 4 geschaltet wird. Um eine solche Doppel-Schaltung möglichst schnell durchzuführen, werden die Schaltvorgänge von 7 auf 5, und von 5 auf 4 teilweise parallel zueinander durchgeführt. Bei einer derart verschachtelten Doppel-Schaltung kann ein zusätzlicher Schlupfzustand eines eigentlich geschlossen gehaltenen Schaltelements die Betriebssicherheit des Getriebes G beeinträchtigen, da mittels der drei Drehzahlsensoren n1, n2, n3 nur eine begrenzte Anzahl an Differenzdrehzahlen ermittelbar ist. Daher ist in einem solchen Betriebszustand eine derartige Entkopplung des Verbrennungsmotorstarts bei einem parallel dazu durchgeführten Schaltvorgang zu vermeiden.
  • Hier setzt die Erfindung an, indem bei Vorliegen einer Anforderung eines Schaltvorgangs ermittelt wird, ob eines der am Schaltvorgang eigentlich unbeteiligten und sonst geschlossenen Schaltelemente A, B, C, D, E in einen Schlupfzustand überführt werden kann. Wird bei dieser Ermittlung festgestellt, dass dies nicht möglich ist, so wird der Schaltvorgang verhindert oder verzögert umgesetzt, und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors wird unmittelbar umgesetzt. Alternativ dazu kann der Schaltvorgang unmittelbar umgesetzt werden, und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotor wird entweder nicht oder verzögert umgesetzt. Bei dieser Ermittlung wird, wie oben beschrieben, der Ist-Gang und der Ziel-Gang der angeforderten Schaltung berücksichtigt. Zusätzlich kann bei der Ermittlung ein von den Drehzahlsensoren n1, n2, n3 ermittelter Drehzahlwert berücksichtigt werden. Denn besonders bei niedrigen Drehzahlen kann es aufgrund der begrenzten Auflösung der Drehzahlsensoren n1, n2, n3 vorkommen, dass ein Schlupfzustand eines der am Schaltvorgang eigentlich unbeteiligten Schaltelemente A, B, C, D, E zu einem unsicheren Zustand des Getriebes G führen könnte.
  • Wird bei der oben beschriebenen Ermittlung festgestellt, dass ein Schlupfzustand eines bei der angeforderten Schaltung unbeteiligten Schaltelemente A, B, C, D, E möglich ist, so wird der Schaltvorgang unmittelbar umgesetzt und gegebenenfalls parallel zu einem angeforderten oder bereits laufendem Verbrennungsmotorstart durchgeführt, wobei der Verbrennungsmotorstart über das bei der Schaltung unbeteiligtem Schaltelement entkoppelt wird.
  • Bezugszeichenliste
  • VM
    Verbrennungsmotor
    G
    Getriebe
    AB
    Abtrieb
    AN
    Anschlusswelle
    K0
    Trennkupplung
    EM
    Elektrische Maschine
    GW1
    Eingangswelle
    GW2
    Ausgangswelle
    P1
    Planetenradsatz
    P2
    Planetenradsatz
    P3
    Planetenradsatz
    P4
    Planetenradsatz
    A
    Schaltelement
    B
    Schaltelement
    C
    Schaltelement
    D
    Schaltelement
    E
    Schaltelement
    n1
    Drehzahlsensor
    n2
    Drehzahlsensor
    n3
    Drehzahlsensor
    ECU
    Elektronische Steuereinheit
    GG
    Gehäuse
    1 bis 8
    Vorwärtsgangstufe
    R
    Rückwärtsgangstufe
  • 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 102004002061 A1 [0002]
    • EP 1792800 A2 [0003]

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Getriebes (G) in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang, - wobei das Getriebe (G) zur Bildung von mehreren Gangstufen (1 bis 8, R) zwischen einer Eingangswelle (GW1) und einer mit einem Abtrieb (AB) des Antriebsstrangs verbundenen Ausgangswelle (GW2) des Getriebes (G) eingerichtet ist, - wobei mit der Eingangswelle (GW1) eine elektrische Maschine (EM) verbunden ist, welche durch Schließen einer Trennkupplung (K0) mit einem Verbrennungsmotor (VM) des Antriebsstrangs verbunden werden kann, - wobei die Gangstufen (1 bis 8, R) durch selektives Schließen von einer Mehrzahl von Schaltelementen (A, B, C, D, E) des Getriebes (G) erreicht werden, indem verschiedene Leistungspfade durch miteinander verbundene Planetenradsätze (P1, P2, P3, P4) des Getriebes (G) gebildet werden, - wobei bei einem Schaltvorgang von einer der Gangstufen (1 bis 8, R) zu einer anderen der Gangstufen (1 bis 8, R) zumindest eines der Schaltelemente (A, B, C, D, E) geöffnet und zumindest ein anderes der Schaltelemente (A, B, C, D, E) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass - bei Vorliegen einer Anforderung zum Schalten ermittelt wird, ob während dem Schaltvorgang eines der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand in einen Schlupfzustand überführt werden kann, - wobei, wenn festgestellt wird, dass jenes der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand nicht in einen Schlupfzustand überführt werden kann, bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (VM) entweder ◯ der Schaltvorgang verhindert oder verzögert umgesetzt wird und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (VM) unmittelbar umgesetzt wird, oder oder Schaltvorgang unmittelbar umgesetzt wird und die Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotor (VM) entweder nicht oder verzögert umgesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn festgestellt wird, dass jenes der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand in einem Schlupfzustand überführt werden kann, bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten eines Verbrennungsmotors (VM) diese Anforderung unmittelbar und parallel mit dem Schaltvorgang umgesetzt wird, und der Verbrennungsmotorstart durch einen Schlupfzustand jenes der Schaltelemente (A, B, C, D, E) entkoppelt wird, welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung bei Vorliegen einer Anforderung zum Schalten, ob während dem Schaltvorgang eines der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand in einem Schlupfzustand überführt werden kann, anhand einer vorliegenden Ist-Gangstufe und einer angeforderten Ziel-Gangstufe durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung bei Vorliegen einer Anforderung zum Schalten, ob während dem Schaltvorgang eines der Schaltelemente (A, B, C, D; E), welches am Schaltvorgang unbeteiligt ist, vom geschlossenen Zustand in einem Schlupfzustand überführt werden kann, anhand zumindest eines Drehzahlwerts des Getriebes (G) durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren während eines bereits laufenden Startvorgangs des Verbrennungsmotors (VM) durchgeführt wird.
  6. Elektronisches Steuergerät (ECU) zur Steuerung eines Getriebes (G) in einem Kraftfahrzeug-Hybridantriebsstrang, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1792800A2 (de) 2005-11-09 2007-06-06 Nissan Motor Co., Ltd. Steuerung für Hybrid-Fahrzeug

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