DE102021201650A1

DE102021201650A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021201650A1
Application number: DE102021201650.2A
Authority: DE
Inventors: Tobias Kohr; Michael SOHLER; Franz Brugger; Bernd Hägele; Patrick Ledig
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-02-22
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2022-08-25
Also published as: CN114962635A; US20220268359A1; US11988281B2

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsaggregat (1), mit einem Abtrieb (2) und mit einer Parksperre (4), wobei die Parksperre (4) in einem eingelegten Zustand eine an den Abtrieb (2) gekoppelte Welle (3) blockiert und in einem ausgelegten Zustand diese Welle (3) freigibt, wobei zum Auslegen der Parksperre (4) an die an den Abtrieb (2) gekoppelte Welle (3) unter Erhöhung des an der Welle (3) wirksamen Massenträgheitsmoments mindestens eine Koppelmasse (6) angekoppelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der Praxis ist es bekannt, ein Kraftfahrzeug im Stillstand über eine Parksperre gegenüber einem ungewollten Wegrollen abzusichern. Eine Parksperre stellt dabei eine mechanische Verrieglung des Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs bereit. Durch diese mechanische Verriegelung wird eine an den Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelte Welle blockiert und so eine Rotation dieser Welle und des Abtriebs unterbunden, sodass das Kraftfahrzeug vor einem Wegrollen gesichert ist.
Eine Parksperre verfügt typischerweise über eine Parksperre-Klinke und ein Parksperre-Rad. Die Parksperre-Klinke wirkt mit dem Parksperre-Rad zur mechanischen Verriegelung des Antriebsstrangs derart zusammen, dass dann, wenn die Parksperre-Klinke in das Parksperre-Rad, welches mit der an den Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelten Welle verbunden ist, eingreift, die Parksperre eingelegt und die Welle und damit der Abtrieb blockiert ist.
Eine Parksperre verfügt typischerweise weiterhin über einen Parksperre-Aktuator, eine Parksperre-Rastierung sowie einen Parksperre-Sensor. Der Parksperre-Aktuator dient der Betätigung der Parksperre-Klinke, um über die Betätigung der Parksperre-Klinke die Parksperre einzulegen oder auszulegen. Die Parksperre-Rastierung dient dem Verriegeln und Entriegeln des Parksperre-Aktuators. Bei einem über die Parksperre-Rastierung verriegelten Parksperre-Aktuator kann die Parksperre-Klinke nicht betätigt werden. Über den Parksperre-Sensor kann ein Zustand der Parksperre erfasst werden.
DE 10 2009 004 263 B4 und DE 10 2017 211 025 A1 offenbaren jeweils Parksperren von Kraftfahrzeugen. Auch aus EP 0 823 359 B1 und DE 10 2018 202 370 A1 sind Parksperren von Kraftfahrzeugen bekannt.
DE 102 55 714 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, nämlich ein Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes mit mehreren Schaltelementen und mit einer Parksperre. Bei aktivierter Parksperre wird der Abtrieb zum Feststellen des Abtriebs über wenigstens ein reibschlüssiges Schaltelement des Getriebes arretiert, welches nach dem Deaktivieren der Parksperre gesteuert abgeschaltet wird.
Dann, wenn ein Kraftfahrzeug im Hang mit einer Parksperre vor einem Wegrollen gesichert ist, wirkt auf die Parksperre eine hohe Last. Durch diese Last können Komponenten des Antriebsstrangs beim Auslegen der Parksperre schlagartig beschleunigt werden. Die gesamte Last, die bei eingelegter Parksperre über die Parksperre gehalten wurde, führt beim Auslegen der Parksperre zu einer Beschleunigung von Baugruppen bzw. Komponenten des Antriebsstrangs. Hierdurch können diese Baugruppen bzw. Komponenten des Antriebsstrangs beschädigt werden.
Es besteht Bedarf daran, die Beschädigungsgefahr für Komponenten des Antriebsstrangs beim Auslegen der Parksperre zu reduzieren.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird zum Auslegen der Parksperre an die an den Abtrieb gekoppelte Welle unter Erhöhung des an der Welle wirksamen Massenträgheitsmoments mindestens eine Koppelmasse angekoppelt.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, zum Auslegen der Parksperre, vorzugsweise bevor die Parksperre ausgelegt wird, an die dann noch blockierte Welle unter Erhöhung des an derselben wirkenden Massenträgheitsmoments mindestens eine Koppelmasse anzukoppeln.
Durch die Erhöhung des an der abtriebsseitigen Welle wirksamen Massenträgheitsmoments können Winkelgeschwindigkeiten und Drehbeschleunigungen beim Auslegen der Parksperre reduziert werden. Durch diese Reduktion der Winkelgeschwindigkeiten und Drehbeschleunigungen wird die Belastung des Antriebsstrangs, und zwar von an die abtriebsseitige Welle gekoppelten Komponenten des Antriebsstrangs, reduziert. Hierdurch wird die Beschädigungsgefahr für solche Komponenten des Antriebsstrangs beim Auslegen der Parksperre reduziert.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vor dem Auslegen der Parksperre eine Last berechnet, die vor Auslegen der Parksperre auf die Parksperre wirkt oder hiervon abhängig ist. Dann, wenn diese berechnete Last größer als ein Grenzwert ist, wird vor dem Auslegen der Parksperre an die dann noch blockierte Welle unter Erhöhung des an der Welle wirksamen Massenträgheitsmoments die mindestens eine Koppelmasse angekoppelt. Mit dieser Weiterbildung der Erfindung wird die Last berechnet, die vor dem Auslegen der Parksperre auf die Parksperre wirkt. Nur dann, wenn diese Last größer als ein Grenzwert ist, wird vor dem Auslegen der Parksperre die mindestens eine Koppelmasse an die Welle angekoppelt. Ist hingegen die Last kleiner als der Grenzwert, so ist dies nicht erforderlich.
Vorzugsweise wird abhängig von der Größe der Last, die vor dem Auslegen der Parksperre auf die Parksperre wirkt, die mindestens eine Koppelmasse bestimmt, die vor dem Auslegen der Parksperre an die noch blockierte Welle angekoppelt wird. Hiermit ist es möglich, die Koppelmasse bedarfsgerecht zu ermitteln und bedarfsgerecht an die Welle anzukoppeln.
Vorzugsweise wird die Last, die vor dem Auslegen der Parksperre auf die Parksperre wirkt, abhängig von einer Masse des Kraftfahrzeugs und abhängig von einer Steigung einer Fahrbahn, in welcher das Kraftfahrzeug steht, berechnet. Die Berechnung der vor dem Auslegen des Parksperre auf die Parksperre einwirkenden Last abhängig von der Masse des Kraftfahrzeugs und der Steigung der Fahrbahn, in welcher das Kraftfahrzeug steht, ist einfach und zuverlässig möglich.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 6 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Antriebstrangschema eines Kraftfahrzeugs;
2 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung der Erfindung;
3 ein weiteres Antriebstrangschema eines Kraftfahrzeugs mit einem beispielhaften Getriebe;
4 eine Schaltmatrix des Getriebes der 3.

1 zeigt stark schematisiert ein Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, welches ein Antriebsaggregat 1 und einen Abtrieb 2 umfasst. Bei dem Antriebsaggregat 1 kann es sich um einen Verbrennungsmotor, einen Hybridantrieb oder auch um eine elektrische Maschine handeln.
1 zeigt weiterhin eine an den Abtrieb 2 gekoppelte Welle 3 und eine Parksperre 4. Dann, wenn die Parksperre 4 zur mechanischen Verriegelung und damit zur Sicherung des Kraftfahrzeugs vor einem unerwünschten Wegrollen eingelegt ist, blockiert die Parksperre 4 die an den Abtrieb 2 gekoppelte Welle 3. Dabei wirkt dann an dieser blockierten Welle 3 eine Masse 5, die von der Konfiguration des Antriebsstrangs abhängig ist.
Insbesondere dann, wenn ein Kraftfahrzeug bei eingelegter Parksperre 4 in einem Hang steht, wirkt auf die Parksperre 4 eine relativ hohe Last, die beim Auslegen der Parksperre 4 an der zuvor blockierten und nach dem Auslegen der Parksperre 4 freigegebenen Welle 3 anliegt und zu einer relativ großen Drehbeschleunigung der zuvor blockierten Welle 3 führt. 2 zeigt über der Zeit t einen zeitlichen Verlauf 8 einer Winkelgeschwindigkeit, die sich bei Auslegen der Parksperre 4 an der zuvor blockierten Welle 3 ausbilden kann. Bei hohen Winkelgeschwindigkeiten und Drehbeschleunigungen an der Welle 3 können mit der Welle 3 gekoppelte Komponenten des Antriebsstrangs beschädigt werden.
Es wird vorgeschlagen, zum Auslegen der Parksperre 4, und zwar vor dem Auslegen der Parksperre 4, an die noch blockierte Welle 3 unter Erhöhung des an der Welle 3 wirksamen Massenträgheitsmoments eine Koppelmasse 6 anzukoppeln. So zeigt 1 ein zwischen die Welle 3 und die Koppelmasse 6 geschaltetes Schaltelement 7, welches dann, wenn das Schaltelement 7 geöffnet ist, die Koppelmasse 6 von der Welle 3 abkoppelt, und dann, wenn das Schaltelement 7 geschlossen ist, die Koppelmasse 6 an die Welle 3 ankoppelt.
Insbesondere wird vor dem Auslegen der Parksperre 4 diejenige Last berechnet, die vor dem Auslegen der Parksperre 4 auf dieselbe wirkt. Diese Last kann abhängig von der Masse des Kraftfahrzeugs und der Steigung einer Fahrbahn, in welcher das Kraftfahrzeug steht, berechnet werden.
Dann, wenn diese berechnete Last größer als ein Grenzwert ist, wird vor dem Auslegen der Parksperre 4 an die noch blockierte Welle 3 durch Schließen des Schaltelements 7 die Koppelmasse 6 angekoppelt. Hierdurch erhöht sich das an der Welle 3 wirksame Massenträgheitsmoment, sodass beim nachfolgenden Auslegen der Parksperre 4 Winkelgeschwindigkeiten und Drehbeschleunigungen an der nunmehr freigegebenen Welle 3 reduziert werden können.
Dann, wenn diese berechnete Last kleiner als der Grenzwert ist, wird vor dem Auslegen der Parksperre 4 an die Welle 3 die Koppelmasse 6 nicht angekoppelt.
Der Kurvenverlauf 9 der 2 zeigt einen zeitlichen Winkelgeschwindigkeitsverlauf, der mit der Erfindung durch das Ankoppeln der Koppelmasse 6 an die Welle 3 erzielt werden kann. Gegenüber dem Kurvenverlauf 8 sind Winkelgeschwindigkeiten und Drehbeschleunigungen reduziert. Die Beschädigungsgefahr für den Antriebsstrang kann so reduziert werden.
Mit der Erfindung ist es möglich, abhängig von der Größe der Last, die vor dem Auslegen der Parksperre 4 auf dieselbe wirkt, die Größe der Koppelmasse zu bestimmen, die dann vor dem Auslegen der Parksperre 4 an die Welle 3 angekoppelt wird.
So können entsprechende Teil-Koppelmassen über entsprechende Schaltelemente bedarfsgerecht an die blockierte Welle 3 vor dem Auslegen der Parksperre 4 angekoppelt werden, um eine an die Größe der Last optimal angepasste Koppelmasse anzukoppeln.
Die Parksperre 4, die Massen 5 und 6 sowie das Schaltelement 7 der 1 können Bestandteil eines Getriebes 10 sein, welches zwischen das Antriebsaggregat 1 und den Abtrieb 2 gekoppelt ist und welches dann, wenn im Getriebe 10 ein Gang eingelegt ist, das Antriebsaggregat 1 an den Abtrieb 2 ankoppelt.
3 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Getriebes 10 mit mehreren Radsätzen 11, 12, 13 und 14 sowie mehreren Schaltelementen 15, 16, 17, 18 und 19, wobei es sich bei den Schaltelementen 15 und 16 um reibschlüssige Bremsen A und B und bei den Schaltelementen 17, 18 und 19 um reibschlüssige Kupplungen C, D und E handelt.
4 zeigt eine Schaltmatrix des Getriebes 10 der 3, wobei 3 entnommen werden kann, dass mit dem Getriebe 10 insgesamt acht kraftschlüssige und damit zugkraftübertragende Vorwärtsgänge und ein kraftschlüssiger und damit zugkraftübertragender Rückwärtsgang bereitgestellt werden kann. In jedem dieser zugkraftübertragenden Gänge ist eine erste definierte Anzahl von Schaltelementen, nämlich drei Schaltelemente, geschlossen, wohingegen eine definierte zweite Anzahl von Schaltelementen, nämlich zwei Schaltelemente, in jedem zugkraftübertragenden und damit kraftschlüssigen Gang jeweils geöffnet sind.
Diejenigen Schaltelemente, die im jeweiligen zugkraftübertragenden Gang geschlossen sind, sind in 4 durch einen Punkt markiert. So sind im Vorwärtsgang 1 die Schaltelemente A, B und C, im Vorwärtsgang 2 die Schaltelemente A, B und E und im Rückwärtsgang R die Schaltelemente A, B und D geschlossen.
Im Beispiel der 3 ist weiterhin ein hydrodynamisches Anfahrelement gezeigt, welches zwischen das Antriebsaggregat 1 und das Getriebe 10 gekoppelt ist, wobei das hydrodynamische Anfahrelement einen Wandler 20 und eine parallel zum Wandler geschaltete Wandler-Überbrückungskupplung 23 aufweist.
Von dem Wandler 20 sind eine Turbine 21 und eine Pumpe 22 gezeigt. Die Pumpe 22 ist an das Antriebsaggregat 1 und die Turbine 21 an das Getriebe 10 gekoppelt.
Ist das in 3 schematisiert gezeigte Kraftfahrzeug über eine in 3 nicht gezeigte Parksperre 4 in einem Hang vor Wegrollen gesichert, so sind bei laufendem Antriebsaggregat 1 in 3 die Schaltelemente 15 und 16, also die Bremsen A und B, zumindest teilweise geschlossen, insbesondere bis zu einem sogenannten Anlegepunkt. Dann, wenn die auf die eingelegte Parksperre 4 wirkende Last, die vor Auslegen der Parksperre 4 an der Welle 3 wirksam wird, größer als ein Grenzwert ist, kann in 3 durch Schließen insbesondere des Schaltelements 16, also der Kupplung B, zusätzliche Masse, also eine Koppelmasse 6, an die Welle 3 angekoppelt werden, wodurch dann das an der Welle 3 wirksame Massenträgheitsmoment erhöht wird. Wird dann durch Auslegen der Parksperre 4 die Blockierung der Welle 3 aufgehoben, so werden die Winkelgeschwindigkeit sowie Drehbeschleunigung an der Welle 3, die nunmehr freigegeben ist, reduziert, wodurch Belastungen für solche Komponenten des Antriebsstrangs, die an die Welle 3 gekoppelt sind, reduziert werden.
In 3 kann demnach durch Schließen der Bremse B eine definierte Koppelmasse an die Welle 3 angebunden werden. Diese Koppelmasse kann erhöht werden, wenn das Getriebe 10 blockiert wird, zum Beispiel durch Schließen der Schaltelemente 15, 16 und 17 sowie eines weiteren Schaltelements. Die jeweilige Koppelmasse wird insbesondere durch Baugruppen und damit Massen des Getriebes bestimmt.
Als Koppelmasse 6 kann auch die Masse einer elektrischen Maschine oder einer anderen Komponente des Antriebsstrangs an die über eine Parksperre 4 blockierte Welle 3 vor dem Auslegen der Parksperre 4 angebunden werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren steuerungsseitig auszuführen.
Bei diesem Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um ein Getriebesteuergerät, welches den Betrieb des Getriebes 10 steuert und/oder regelt. Das Getriebesteuergerät ist in den Figuren nicht gezeigt.
Das erfindungsgemäße Steuergerät steuert mindestens eine Baugruppe an, um an die blockierte Welle 3 vor dem Auslegen der Parksperre 4 und der Erhöhung des an der Welle 3 wirksamen Massenträgheitsmoments die mindestens eine Koppelmasse 6 anzukoppeln.
In diesem Zusammenhang bestimmt das Steuergerät vor dem Auslegen der Parksperre 4 diejenige Last, die vor dem Auslegen der Parksperre 4 auf die Parksperre 3 wirkt. Das Steuergerät berechnet diese Last vorzugsweise abhängig von der Masse des Kraftfahrzeugs und der Steigung der Fahrbahn, in welcher das Kraftfahrzeug steht
Das Steuergerät bestimmt abhängig von der Größe der berechneten Last die mindestens eine Koppelmasse 6, die vor dem Auslegen der Parksperre 4 an die Welle 3 angekoppelt wird, und die mindestens eine hierzu anzusteuernde Baugruppe 7.
Abhängig von der Größe der Last steuert dann das Steuergerät die mindestens eine Baugruppe 7 an, um an die noch blockierte Welle 3 vor dem Auslegen der Parksperre 4 die mindestens eine Koppelmasse 6 anzukoppeln. Durch das Auslegen der Parksperre 4 wir die zuvor noch blockierte Welle 3 freigegeben.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsaggregat
2: Abtrieb
3: Welle
4: Parksperre
5: Masse
6: Koppelmasse
7: Schaltelement
8: Winkelgeschwindigkeitsverlauf
9: Winkelgeschwindigkeitsverlauf
10: Getriebe
11: Radsatz
12: Radsatz
13: Radsatz
14: Radsatz
15: Schaltelement A
16: Schaltelement B
17: Schaltelement C
18: Schaltelement D
19: Schaltelement E
20: Wandler
21: Turbine
22: Pumpe
23: Wandler-Überbrückungskupplung

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 102009004263 B4 [0005]
DE 102017211025 A1 [0005]
EP 0823359 B1 [0005]
DE 102018202370 A1 [0005]
DE 10255714 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsaggregat (1), mit einem Abtrieb (2) und mit einer Parksperre (4), wobei die Parksperre (4) in einem eingelegten Zustand eine an den Abtrieb (2) gekoppelte Welle (3) blockiert und in einem ausgelegten Zustand diese Welle (3) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auslegen der Parksperre (4) an die an den Abtrieb (2) gekoppelte Welle (3) unter Erhöhung des an der Welle (3) wirksamen Massenträgheitsmoments mindestens eine Koppelmasse (6) angekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Auslegen der Parksperre (4) eine Last berechnet wird, die vor dem Auslegen der Parksperre (4) auf die Parksperre (4) wirkt oder hiervon abhängig ist, dann, wenn die berechnete Last größer als ein Grenzwert ist, vor dem Auslegen der Parksperre (4) an die blockierte Welle (3) die mindestens eine Koppelmasse (6) angekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Größe der berechneten Last die mindestens eine Koppelmasse (6) bestimmt wird, die vor dem Auslegen der Parksperre (4) an die Welle (3) angekoppelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Last abhängig von einer Masse des Kraftfahrzeugs und einer Steigung einer Fahrbahn, in welcher das Kraftfahrzeug steht, berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Getriebe (10) aufweist, welches zwischen das Antriebsaggregat (1) und den Abtrieb (2) geschaltet ist und mehrere Schaltelemente (15, 16, 17, 18, 19) aufweist, wobei zur Ankopplung der mindestens einen Koppelmasse (6) an die Welle (3) mindestes ein Schaltelement des Getriebes (10) geschlossen wird.
Steuergerät zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit einem Antriebsaggregat (1), mit einem Abtrieb (2) und mit einer Parksperre (4), wobei die Parksperre (4) in einem eingelegten Zustand eine an den Abtrieb (2) gekoppelte Welle (3) blockiert und in einem ausgelegten Zustand diese Welle (3) freigibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät zum Auslegen der Parksperre (4) mindestens eine Baugruppe (7) ansteuert, um an die an den Abtrieb (2) gekoppelte Welle (3) unter Erhöhung des an der Welle (3) wirksamen Massenträgheitsmoments mindestens eine Koppelmasse (6) anzukoppeln.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, das Steuergerät vor dem Auslegen der Parksperre (4) eine Last berechnet, die vor dem Auslegen der Parksperre (4) auf dieselbe wirkt oder hiervon abhängig ist, das Steuergerät dann, wenn diese Last größer als ein Grenzwert ist, vor dem Auslegen der Parksperre (4) die mindestens eine Baugruppe (7) ansteuert, um an die blockierte Welle (3) die mindestens eine Koppelmasse (6) anzukoppeln.
Steuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät abhängig von der Größe der berechneten Last die mindestens eine Koppelmasse (6), die vor dem Auslegen der Parksperre (4) an die Welle (3) angekoppelt wird, und die mindestens eine hierzu anzusteuernde Baugruppe (7) bestimmt.
Steuergerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät die Last abhängig von einer Masse des Kraftfahrzeugs und einer Steigung einer Fahrbahn, in welcher das Kraftfahrzeug steht, berechnet.
Steuergerät nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeugs ein Getriebe (10) aufweist, welches zwischen das Antriebsaggregat (1) und den Abtrieb (2) geschaltet ist und mehrere Schaltelemente (15, 16, 17, 18, 19) aufweist, wobei das Steuergerät zur Ankopplung der mindestens einen Koppelmasse mindestes ein Schaltelement des Getriebes (10) zum Schließen ansteuert.