DE102023203342B3

DE102023203342B3 - Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102023203342B3
Application number: DE102023203342.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hartmann; Norman Schmidt-Winkel; Florian Mühlfeld; Ludwig Geißelbrecht; Ort(e) auf Antrag nicht genannt. Weitere(r)
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-04-13
Filing date: 2023-04-13
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2043-04-14

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Getriebevorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend eine mit einer elektrischen Maschine (4) gekoppelte Freilaufeinrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine (4) drehzahlabhängig mit einem Abtrieb (6) der Freilaufeinrichtung (5) zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln, wobei die Getriebevorrichtung (3), insbesondere in Abhängigkeit von einem Zustandswechselsignal, ausgehend von einem abgekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung (5) die Getriebevorrichtung (3) in einer Vorsynchronisierphase (11) betrieben wird, in der eine Drehzahlregelung der Drehzahl (14) der elektrischen Maschine (4) auf eine, insbesondere unterhalb einer Ist-Drehzahl (13) des Abtriebs (6) festgelegten, Ziel-Drehzahl (12) ausgeführt und bei Erreichen einer unterhalb der Ziel-Drehzahl (12) festgelegten Soll-Drehzahl (16) eine Koppelphase (18) ausgeführt wird, in der die Ziel-Drehzahl (12) erhöht und der Übergang in den gekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung (5) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine mit einer elektrischen Maschine gekoppelte Freilaufeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine drehzahlabhängig mit einem Abtrieb der Freilaufeinrichtung zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln.
Verfahren zur Steuerung des Betriebs von Getriebevorrichtungen von Kraftfahrzeugen, die eine elektrische Maschine aufweisen, die mittels einer Freilaufeinrichtung wahlweise mit dem Abtrieb der Freilaufeinrichtung gekoppelt oder von diesem entkoppelt werden können, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Derartige Getriebevorrichtungen können beispielsweise in Allradfahrzeugen in Form sogenannter „hang-on“-Systeme verwendet werden. Allgemein kann die elektrische Maschine nur dann angekoppelt werden, wenn von der elektrischen Maschine Drehmoment auf den Abtrieb übertragen werden soll. In den übrigen Fahrzuständen, in denen die elektrische Maschine nicht verwendet werden soll, kann diese durch die Freilaufeinrichtung abgekoppelt werden, sodass sich Schleppverluste reduzieren und damit die Effizienz des Fahrzeugs verbessern lassen.
Bei der Verwendung von Freilaufeinrichtungen, d. h. mechanischen Freiläufen, wird in Abhängigkeit des vorliegenden Bewegungszustands automatisch eine Kopplung bzw. Entkopplung der elektrischen Maschine erreicht, insbesondere abhängig von der Drehzahl der Eingangsseite des Freilaufs, der mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist, und der Ausgangsseite des Freilaufs. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, dass bei einer Ankopplung der elektrischen Maschine der Freilauf von dem entkoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand übergeht, wobei bei einem solchen Zustandswechsel, der üblicherweise momentengesteuert durchgeführt wird, da von der elektrischen Maschine ein bestimmtes Wunschmoment abgerufen wird, das anschließend seitens elektrischen Maschine gestellt wird, beim Schließen des Freilaufs eine ruckartige Drehmomentübertragung stattfindet. Ein solches ruckartiges Schlie-ßen wirkt sich negativ auf den Komfort und somit die Akzeptanz seitens des Benutzers des Kraftfahrzeugs aus, insbesondere in Szenarien, in denen häufige derartiger Zustandswechsel auftreten.
In DE 10 2021 210 986 A1 wird ein Verfahren zum Schließen einer Schalteinrichtung eines wenigstens eine elektrische Maschine aufweisenden Kraftfahrzeugs im Stillstand beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Getriebevorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Getriebevorrichtung umfasst eine elektrische Maschine, die mit einer Freilaufeinrichtung gekoppelt ist. Die elektrische Maschine kann mit einer Eingangsseite bzw. Antriebsseite der Freilaufeinrichtung gekoppelt sein. Zwischen der elektrischen Maschine und der Freilaufeinrichtung kann wenigstens eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein. Demnach ist es möglich, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine, beispielsweise die Rotordrehzahl, direkt an die Freilaufeinrichtung weitergegeben wird oder mittels wenigstens einer Übersetzungsstufe übersetzt übertragen wird.
Hierbei wird die Kopplung zwischen der elektrischen Maschine und dem Abtrieb der Freilaufeinrichtung, zum Beispiel einem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs, drehzahlabhängig hergestellt. Es wird die Kopplung zwischen dem Abtrieb und der elektrischen Maschine hergestellt, wenn die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung, mit der die elektrische Maschine gekoppelt ist, die Drehzahl der Abtriebsseite erreicht. Als Freilaufeinrichtung kann grundsätzlich jedwede beliebige Freilaufeinrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann auch eine schaltbare Freilaufeinrichtung oder eine hinsichtlich ihrer Wirkungsrichtung umschaltbare Freilaufeinrichtung verwendet werden. Wie beschrieben, kann die Freilaufeinrichtung direkt an der Rotorwelle bzw. auf der Rotorwelle angeordnet sein oder mit dieser verbunden sein. Alternativ kann wenigstens eine Übersetzungsstufe zwischen der Rotorwelle und der Freilaufeinrichtung angeordnet sein. Die Freilaufeinrichtung kann beispielsweise auch an einer Seitenwelle eines Differentials angeordnet sein.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Getriebevorrichtung, insbesondere in Abhängigkeit von einem Zustandswechselsignal, ausgehend von einem abgekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung in einer Vorsynchronisierphase betrieben wird, in der eine Drehzahlregelung der Drehzahl der elektrischen Maschine auf eine, insbesondere unterhalb einer Ist-Drehzahl des Abtriebs festgelegten, Ziel-Drehzahl ausgeführt und bei Erreichen einer unterhalb der Ziel-Drehzahl festgelegten Soll-Drehzahl eine Koppelphase ausgeführt wird, in der die Ziel-Drehzahl erhöht und der Übergang in den gekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung durchgeführt wird.
Die Erfindung schlägt somit vor, einen definierten Übergang der Freilaufeinrichtung aus dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand auszuführen, anstelle die Freilaufeinrichtung rein bewegungsabhängig und somit letztlich unkontrolliert zu betreiben. Dies bietet den Vorteil, dass der gekoppelte Zustand definiert eingenommen werden kann und während der Koppelphase ein definierter Übergang durchgeführt werden kann, bei dem ein ruckartiges Schließen der Freilaufeinrichtung verhindert werden kann. Negative Auswirkungen auf die Beschleunigung bzw. den Komfort und somit die Akzeptanz durch den Benutzer können daher verhindert werden.
Gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren kann ein Zustandswechselsignal erzeugt werden, wenn von dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand übergegangen werden soll. Das Zustandswechselsignal kann allgemein auch als „Trigger“ bezeichnet werden. Das Zustandswechselsignal kann zum Beispiel ein Fahrzustand sein, der fordert, dass die elektrische Maschine verwendet wird. Ebenso kann als Zustandswechselsignal eine Drehmomentanforderung, eine Fahrpedalstellung oder andere Parameter bzw. Zustandsgrößen verwendet werden.
Das Verfahren sieht insbesondere vor, dass für den Übergang aus dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand zunächst eine Vorsynchronisierphase ausgeführt wird. In der Vorsynchronisierphase wird eine Drehzahlregelung der Drehzahl der elektrischen Maschine, insbesondere der Rotorwelle, ausgeführt. In der Vorsynchronisierphase wird insbesondere auf die festgelegte (konstante) Ziel-Drehzahl geregelt. Die Ziel-Drehzahl kann in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl festgelegt werden. Die Vorsynchronisierphase wird insbesondere ausgeführt, um die Drehzahlen der elektrischen Maschine bzw. übersetzt in die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung, möglichst schnell an die Ist-Drehzahl des Abtriebs heranzuführen, diese jedoch nicht zu erreichen und nicht zu überschreiten. In der Vorsynchronisierphase ist somit sichergestellt, dass kein unbeabsichtigtes vorzeitiges Schließen der Freilaufeinrichtung und damit ein unkontrolliertes Erzeugen eines ruckartigen Übergangs ausgeführt wird.
Die beschriebene Koppelphase wird daher bereits bei Erreichen einer Soll-Drehzahl durch die elektrische Maschine bzw. durch die Eingangsseite der Freilaufeinrichtung ausgeführt, welche Soll-Drehzahl unterhalb der zuvor festgelegten Ziel-Drehzahl und somit unter der Ist-Drehzahl des Abtriebs liegt. Die Soll-Drehzahl kann beispielsweise um einen definierten Offset unterhalb der Ist-Drehzahl liegen sodass von der Soll-Drehzahl ausgehend zum einen sichergestellt ist, dass kein unkontrollierter Übergang in den gekoppelten Zustand ausgeführt wird und zum anderen sichergestellt ist, dass die Drehzahl bereits ausreichend angeglichen ist. Ist die Soll-Drehzahl erreicht, wird in der Koppelphase die zuvor festgelegte Ziel-Drehzahl, insbesondere kontinuierlich, erhöht, sodass ein weiterer Anstieg der Drehzahl ausgeführt wird. Durch diese drehzahlgesteuerte Ausführung des Übergangs des Zustands, wird ein ruckartiges, unkontrolliertes Schließen verhindert.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Ziel-Drehzahl in Abhängigkeit von der Drehzahl des Abtriebs der Freilaufeinrichtung, insbesondere größer oder kleiner als die Drehzahl des Abtriebs, festgelegt wird und die Soll-Drehzahl kleiner als die Ist-Drehzahl des Abtriebs festgelegt wird. Wie beschrieben, kann die Ziel-Drehzahl vorwiegend dazu verwendet werden, dass eine Drehzahlregelung der elektrischen Maschine durchgeführt werden kann, um die Drehzahl der elektrischen Maschine bzw. des Eingangs der Freilaufeinrichtung an die Drehzahl des Abtriebs heranzuführen. Je nach Drehzahl des Abtriebs kann zum einen eine Ziel-Drehzahl oberhalb der Drehzahl des Abtriebs definiert werden, zum Beispiel um ein möglichst schnelles Heranführen der Drehzahlen zu realisieren. Alternativ kann die Ziel-Drehzahl auch unterhalb der Drehzahl des Abtriebs festgelegt werden. Da die Ziel-Drehzahl ohnehin in der Vorsynchronisierphase nicht erreicht oder überschritten wird, kann bei der Auswahl bzw. Festlegung der Ziel-Drehzahl vorwiegend der Drehzahlangleich in den Fokus genommen werden.
Um zu verhindern, dass die Ziel-Drehzahl erreicht wird, ist die Soll-Drehzahl in dem Fall kleiner als die Drehzahl des Abtriebs festgelegt, sodass, wie zuvor beschrieben, bei Erreichen der Soll-Drehzahl die Koppelphase ausgeführt werden kann, um den definierten kontrollierten Übergang von dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand ausführen zu können. Letztlich kann somit die Ziel-Drehzahl und die Soll-Drehzahl als jeweils ein unabhängig voneinander festgelegter Offset verstanden werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Ziel-Drehzahl der elektrischen Maschine gefiltert zugeführt wird. Anstatt einen scharfen Sprung bzw. eine unstetige Funktion auszuführen, kann der elektrischen Maschine die Ziel-Drehzahl gefiltert zugeführt werden. Hierzu können grundsätzlich beliebige Filter verwendet werden, zum Beispiel ein bekannter PT1-Filter. Wie beschrieben, kann die Festlegung der Ziel-Drehzahl geschwindigkeitsabhängig bzw. drehzahlabhängig sein. Die Definition der Ziel-Drehzahl kann zum Beispiel abhängig von der Drehzahlsteuerung der Antriebseinrichtung vorgenommen werden.
Wie bereits beschrieben, soll bei Erreichen der Soll-Drehzahl die eigentliche Koppelphase ausgeführt werden, d. h., dass der Übergang zwischen dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand gezielt in die beschriebene Koppelphase verlegt und dort ausgeführt wird. Hierbei kann bei Erreichen der Soll-Drehzahl die Veränderung der Ziel-Drehzahl mittels eines linearen Gradienten durchgeführt werden. Da die elektrische Maschine direkt oder indirekt mit der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung gekoppelt ist, sind die Drehzahl der elektrischen Maschine, zum Beispiel der Rotorwelle, und die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung beliebig ineinander überführbar bzw. identisch, je nach Übersetzungsverhältnis. Im Rahmen dieser Anmeldung kann somit bei einer Drehzahlregelung stets die Drehzahl der elektrischen Maschine oder die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung verwendet und die Beschreibung entsprechend übertragen werden.
Durch Verwendung des linearen Gradienten wird die Drehzahl der elektrischen Maschine, die stets auf die Ziel-Drehzahl geführt wird, linear erhöht, sodass sichergestellt wird, dass sich die Drehzahlen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Freilaufeinrichtung definiert aneinander angleichen und ein ruckartiger Übergang verhindert werden kann. Während der Koppelphase nimmt die Eingangsseite der Freilaufeinrichtung somit die Drehzahl des Abtriebs an, wobei sich die Freilaufeinrichtung schließt. Anschließend kann die Ziel-Drehzahl weiter erhöht werden, sodass effektiv eine Momentenübertragung zwischen der elektrischen Maschine und dem Abtrieb erfolgen kann.
Das Verfahren kann dahingehend weitergebildet werden, dass nach der Koppelphase in einer Übergangsphase ab Erreichen einer definierten Drehmomentschwelle die Drehzahlregelung beendet und eine Momentenregelung durchgeführt wird. Wie beschrieben, wird in der Koppelphase definiert sichergestellt, dass von dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand übergegangen werden kann. Die Koppelphase wird somit vollständig drehzahlgesteuert bzw. drehzahlgeregelt ausgeführt. Um die weitere Regelung der Getriebevorrichtung bzw. der elektrischen Maschine vorzunehmen, wird eine Drehmomentschwelle festgelegt, wobei das über die Freilaufeinrichtung übertragene Drehmoment überwacht werden kann.
Wird die Drehmomentschwelle überschritten, wird die Drehzahlregelung beendet und eine Momentenregelung durchgeführt. Als Drehmomentschwelle können vergleichsweise geringe Drehmomente, je nach konkreter Getriebevorrichtung, in einem Bereich zwischen 1 Nm und 50Nm liegen, insbesondere zwischen 5Nm und 25Nm. Sobald die Drehmomentschwelle erreicht, ist sichergestellt, dass die Freilaufeinrichtung verspannt und geschlossen ist, sodass von dort aus eine Momentenregelung durchgeführt werden kann, zum Beispiel bis auf ein Wunschmoment oder ein Ziel-Moment. Die beschriebene Drehmomentschwelle kann auch drehzahlabhängig festgelegt werden.
Nach der Koppelphase kann daher in einer Übergangsphase ab Erreichen einer definierten Drehmomentschwelle die Drehzahlregelung beendet und eine Momentenregelung durchgeführt werden. Die Drehmomentschwelle kann beispielsweise drehzahlabhängig festgelegt werden. Somit wird zunächst drehzahlgeregelt die Kopplung der Freilaufeinrichtung ausgeführt bis ein Drehmoment in Höhe der definierten Drehmomentschwelle übertragen wird. Anschließend wird die Drehzahlregelung beendet und die Momentenregelung durchgeführt.
In der beschriebenen Übergangsphase kann ein von der elektrischen Maschine über die Freilaufeinrichtung übertragenes Drehmoment mittels eines Drehmomentgradienten bis auf ein Ziel-Drehmoment erhöht werden. Das Ziel-Drehmoment kann zum Beispiel ein für den Fahrbetrieb angefordertes Drehmoment, ein Wunschmoment oder ein beliebiges anderes Drehmoment sein. Da bereits in der Koppelphase der definierte Übergang der Freilaufeinrichtung in den gekoppelten Zustand durchgeführt wurde und durch die Drehmomentschwelle sichergestellt wurde, dass die Freilaufeinrichtung definiert geschlossen ist, kann in der Übergangsphase anschließend ein beliebiger Drehmomentgradient verwendet werden, da bereits in der Koppelphase die Kopplung hergestellt wurde und somit ein ruckartiger Übergang verhindert wurde. Zum Beispiel kann nachdem der gekoppelte Zustand in der Koppelphase hergestellt und das Ziel-Drehmoment in der Übergangsphase erreicht wurde, mit dem Ziel-Drehmoment gefahren werden.
Weiter kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass in dem gekoppelten Zustand eine Haltephase oder ein Haltezustand ausgeführt wird, wobei mittels der elektrischen Maschine unabhängig von einem Ziel-Drehmoment ein Ist-Drehmoment mittels der Freilaufeinrichtung auf den Abtrieb übertragen wird, das größer ist als ein festgelegtes Soll-Drehmoment. Da sich über den Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs bzw. der Getriebevorrichtung hinweg unterschiedliche Ziel-Drehmomente einstellen und das Ziel-Drehmoment je nach Fahrsituation auch bis auf null reduziert werden kann, würden sich unkontrollierte Zustände der Freilaufeinrichtung einstellen, da diese unkontrolliert abgekoppelt und wieder angekoppelt werden würde. Hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Haltezustand ausgeführt wird, in dem die Freilaufeinrichtung kontrolliert geschlossen gehalten wird. Dazu wird ein Soll-Drehmoment festgelegt und sichergestellt, dass das Ist-Drehmoment, das mittels der Freilaufeinrichtung übertragen wird, stets größer ist als das festgelegte Soll-Drehmoment. Dadurch wird sichergestellt, dass die Freilaufeinrichtung geschlossen und verspannt bleibt, auch wenn das Ziel-Drehmoment, zum Beispiel kurzzeitig, bis auf null reduziert wird. Das Soll-Drehmoment kann beispielsweise in einem Bereich von 1 Nm bis 10Nm liegen, um sicherzustellen, dass die Freilaufeinrichtung geschlossen wird, jedoch kein Drehmoment gestellt wird, das zu einem Antrieb des Kraftfahrzeugs führen würde. Allgemein können bei der Berechnung bzw. Betrachtung des Ist-Drehmoments Schlepp- und Reibungsverluste sowie Trägheitsmomente der elektrischen Maschine sowie des Teilantriebsstrangs bis zur Freilaufeinrichtung kompensiert werden.
Wie bereits beschrieben, wird gegenüber dem Stand der Technik ein kontrolliertes Übergehen zwischen dem abgekoppelten Zustand und dem gekoppelten Zustand realisiert anstatt die Freilaufeinrichtung automatisch mechanisch rein abhängig von der vorliegenden Drehzahl anzukoppeln und abzukoppeln. Hierbei kann im Speziellen vorgesehen sein, dass in Abhängigkeit eines Zustandswechselsignals, insbesondere bei Vorliegen eines Ziel-Drehmoments unterhalb des Soll-Drehmoments für eine definierte Zeitdauer, der abgekoppelte Zustand eingenommen wird. Die Ausgestaltung sieht somit vor, dass der zuvor beschriebene Haltezustand oder jedweder anderer gekoppelte Zustand beendet werden kann, wenn ein Zustandswechselsignal erzeugt bzw. erhalten wird, das einen Übergang in den abgekoppelten Zustand fordert.
Zum Beispiel kann das Zustandswechselsignal darin bestehen, dass das Ziel-Drehmoment für eine bestimmte Dauer unterhalb des Soll-Drehmoments liegt. Ebenso können anderweitige externe Triggersignale verwendet werden. Anschließend kann die elektrische Maschine beispielsweise abgelegt werden. Der abgekoppelte Zustand der Freilaufeinrichtung kann anschließend so lange beibehalten werden, bis ein weiteres Zustandswechselsignal erhalten wird, das wiederum den Wechsel in den gekoppelten Zustand fordert. Das hierin beschriebene Verfahren mit Vorsynchronisierphase, Koppelphase, Übergangsphase und gegebenenfalls Haltezustand kann dann wiederum ausgeführt werden.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung für eine Getriebevorrichtung, die dazu ausgebildet ist, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Weiter betrifft die Erfindung eine Getriebevorrichtung, umfassend eine mit einer elektrischen Maschine gekoppelte Freilaufeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine drehzahlabhängig mit einem Abtrieb der Freilaufeinrichtung zu koppeln oder von dieser zu entkoppeln, wobei die Getriebevorrichtung dazu ausgebildet ist, insbesondere in Abhängigkeit von einem Zustandswechselsignal, ausgehend von einem abgekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung die elektrische Maschine in einer Vorsynchronisierphase zu betreiben, in der eine Drehzahlregelung der Drehzahl der elektrischen Maschine auf eine, insbesondere unterhalb einer Ist-Drehzahl des Abtriebs festgelegten, Ziel-Drehzahl ausgeführt und bei Erreichen einer unterhalb der Ziel-Drehzahl festgelegten Soll-Drehzahl eine Koppelphase ausgeführt wird, in der die Ziel-Drehzahl erhöht und der Übergang in den gekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung durchgeführt wird.
Zudem betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang, der eine zuvor beschriebene Steuerungsvorrichtung und/oder eine zuvor beschriebene Getriebevorrichtung umfasst. Weiter betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine zuvor beschriebene Steuerungsvorrichtung und/oder eine zuvor beschriebene Getriebevorrichtung und/oder einen zuvor beschriebenen Antriebsstrang aufweist.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf das Kraftfahrzeug, den Antriebsstrang, die Getriebevorrichtung und die Steuerungsvorrichtung übertragbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeugs;
2 eine Prinzipdarstellung eines Ablaufdiagramms;
3 eine Prinzipdarstellung eines Zustandsdiagramms des Kraftfahrzeugs; und
4 eine Prinzipdarstellung eines Zustandsdiagramms des Kraftfahrzeugs.

1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung eines Kraftfahrzeugs 1, umfassend einen Antriebsstrang 2 mit einer Getriebevorrichtung 3, die eine elektrische Maschine 4 und eine Freilaufeinrichtung 5 aufweist. Mittels der Freilaufeinrichtung 5 kann die elektrische Maschine 4 wahlweise mit einem Abtrieb 6 der Getriebevorrichtung 3 gekoppelt oder von diesem entkoppelt werden. Die Anordnung der elektrischen Maschine 4 bzw. der Freilaufeinrichtung 5 ist lediglich als beispielhaft zu verstehen. Zwischen der elektrischen Maschine 4 und der Freilaufeinrichtung 5 können beliebig Übersetzungsstufen vorgesehen sein. Die nachfolgende Beschreibung in Bezug auf die Drehzahlregelung ist somit auf die Drehzahl der elektrischen Maschine, beispielsweise eine Ausgangswelle oder eine Rotorwelle oder die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung 5 übertragbar bzw. sind die einzelnen Drehzahlen aufgrund konkret vorliegender Übersetzungsverhältnisse ineinander überführbar.
Als Freilaufeinrichtung 5 kann jede beliebige Freilaufeinrichtung 5 verwendet werden, beispielsweise ein herkömmlicher Freilauf, ein schaltbar Freilauf oder eine Freilaufeinrichtung mit umschaltbarer Wirkungsrichtung. Wie beschrieben, ist auch die Anordnung der Freilaufeinrichtung 5 innerhalb der Getriebevorrichtung 3 bzw. innerhalb des Antriebsstrangs 2 beliebig wählbar. Beispielsweise kann die Freilaufeinrichtung 5 direkt mit der Rotorwelle der elektrischen Maschine 4 gekoppelt sein oder an einer weiteren Stelle, zum Beispiel einer Seitenwelle eines Differentials.
Wie 1 entnommen werden kann, kann durch die elektrische Maschine 4 eine Drehbewegung erzeugt werden, die in Abhängigkeit des vorliegenden Zustands der Freilaufeinrichtung 5 in einem gekoppelten Zustand an den Abtrieb 6 übertragen werden kann oder es kann ein entkoppelter Zustand vorliegen, in dem die elektrische Maschine 4 von dem Abtrieb 6 entkoppelt ist.
Die Getriebevorrichtung 3 weist eine Steuerungsvorrichtung 7 auf, die zur Steuerung der elektrischen Maschine 4 ausgebildet ist. Die Steuerungsvorrichtung 7 ist insbesondere zur Drehzahlregelung und zur Drehmomentregelung der elektrischen Maschine 4 ausgebildet. Die Steuerung der elektrischen Maschine 4, die durch die Steuerungsvorrichtung 7 durchgeführt wird, kann in verschiedene Phasen unterteilt werden. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer solchen Steuerung bzw. Regelung des Betriebs der elektrischen Maschine 4.
Die Steuerung der elektrischen Maschine 4 basiert insbesondere darauf, dass funktionstechnisch eine Trennung zwischen der Einnahme des abgekoppelten Zustands und des gekoppelten Zustands realisiert wird. Das bedeutet, dass die Freilaufeinrichtung 5 nicht unkontrolliert in Abhängigkeit der vorliegenden Bewegungszustände verwendet wird, sondern die Übergänge zwischen den einzelnen Zuständen definiert ausgeführt und gegebenenfalls gehalten werden. Hierzu kann die Steuerungsvorrichtung 7 basierend auf Zustandswechselsignalen arbeiten, sodass ein Übergang von einem aktuellen Zustand in einen abweichenden Zustand, insbesondere von dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand oder von dem gekoppelten Zustand in den abgekoppelten Zustand ausschließlich dann ausgeführt wird, wenn ein entsprechendes Zustandswechselsignal erhalten wird.
Das Verfahren kann beispielsweise in einem Block 8 starten, in dem ein abgekoppelter Zustand vorliegt, d. h., dass die Freilaufeinrichtung 5 geöffnet ist. In Block 8 wird rein beispielhaft ein Zustandswechselsignal von der Steuerungsvorrichtung 7 erzeugt oder erhalten, das fordert, dass von dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand übergegangen werden soll. Der abgekoppelte Zustand ist in dem beispielhaften Zustandsdiagramm in 3 als Phase 9 gezeigt.
Hierzu wird in Block 10 zunächst eine Vorsynchronisierphase 11 (3) ausgeführt. In der Vorsynchronisierphase 11 wird eine Ziel-Drehzahl 12 festgelegt, insbesondere als definierter Offset relativ zu einer Ist-Drehzahl 13 des Abtriebs 6, d. h. der Ausgangsseite der Freilaufeinrichtung 5. Der Offset kann, wie dargestellt, positiv oder alternativ negativ sein, d. h., dass die Ziel-Drehzahl 12 grundsätzlich auch oberhalb der Ist-Drehzahl 13 liegen könnte. In der Vorsynchronisierphase 11 wird die Drehzahl 14 der elektrischen Maschine 4 bzw. der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung 5 entsprechend einer realisierten Kurve ansteigen, um sich der Ist-Drehzahl 13 des Abtriebs 6 anzunähern. Alternativ kann auch eine gefiltert Funktion, zum Beispiel ein PT1-Filter, verwendet werden, wie durch eine Kurve 15 dargestellt ist.
Die Vorsynchronisierphase 11 wird ausgeführt, bis die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung 5 bzw. die Drehzahl 14 der elektrischen Maschine 4 in der Drehzahlregelung eine Soll-Drehzahl 16 erreicht bzw. überschreitet. Die Soll-Drehzahl 16 kann wiederum in Abhängigkeit von der Ist-Drehzahl des Abtriebs 6 festgelegt werden und ist so zu wählen, dass diese unterhalb der Ziel-Drehzahl 12 liegt.
Mit Erreichen der Soll-Drehzahl 16 endet die Vorsynchronisierphase 11 und es schließt sich in 2 an den Block 10 ein Block 17 an, in dem eine Koppelphase 18 ausgeführt wird, die in 3 dargestellt ist. In Block 17 wird in der Koppelphase 18, insbesondere ausgehend von der Soll-Drehzahl 16, die Ziel-Drehzahl 12 erhöht. Wie in 3 dargestellt ist, kann die Ziel-Drehzahl 12 mittels eines linearen Drehzahlgradienten erhöht werden. Dadurch steigt auch die Drehzahl 14 der elektrischen Maschine 4 und somit auch die Drehzahl der Eingangsseite der Freilaufeinrichtung 5. Aufgrund des definiert festgelegten Drehzahlgradienten ist in der Koppelphase 18 ein kontrollierter Übergang aus dem abgekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand möglich. Die Drehzahldifferenz zwischen der Ist-Drehzahl 13 des Abtriebs 6 und der Drehzahl 14 kann insbesondere so gering gewählt werden, dass bei einem Übergang in den gekoppelten Zustand kein ruckartiges Schließen der Freilaufeinrichtung 5 auftritt, sodass die Akzeptanz durch den Benutzer verbessert werden kann.
Die Koppelphase 18 kann beendet werden, wenn ein Ist-Drehmoment 19 eine Drehmomentschwelle 20 übersteigt, z.B. 5Nm. Das Ist-Drehmoment 19 ist beispielsweise das externe Drehmoment, das von der elektrischen Maschine 4 bis zu der Freilaufeinrichtung 5 abgegeben wird. Bei der Betrachtung des Ist-Drehmoments 19 können die Schlepp- und Reibungsverluste in der elektrischen Maschine 4 sowie des Teilantriebsstrangs bis zu der Freilaufeinrichtung 5 kompensiert und um das Trägheitsmoment bereinigt sein. Bei Beenden der Koppelphase 18 kann von dem Block 17 auf einen Block 21 verzweigt werden. In dem Block 21 wird eine Übergangsphase 22 ausgeführt, in der die Drehzahlregelung beendet und eine Drehmomentregelung ausgeführt wird. Hierbei kann beispielsweise mit einem definierten Drehmomentgradienten auf ein Ziel-Drehmoment 23 geregelt werden, das zum Beispiel einem Fahrerwunschmoment entsprechen kann. Das Ziel-Drehmoment 23 ist beispielsweise in 4 dargestellt, die ebenfalls ein Zustandsdiagramm zeigt, das sich zum Beispiel an das Zustandsdiagramm von 3 anschließend kann. Ist das Ziel-Drehmoment 23 erreicht, kann das Ziel-Drehmoment 23 beispielsweise für den Antrieb des Kraftfahrzeugs 1 verwendet werden und mit dem entsprechenden Ziel-Drehmoment 23 gefahren werden. Der einfachen Darstellbarkeit wegen sind die Ist-Drehzahl 13 sowie das Ziel-Drehmoment 23 konstant, wobei diese jedoch auch zustandsabhängig variabel sein können.
An Block 21 in 2 kann sich ein Block 24 anschließen, in dem eine Haltephase bzw. ein Haltezustand 25 ausgeführt wird. Der Haltezustand 25 ist beispielsweise in 4 dargestellt. In dem Haltezustand 25 wird ein Soll-Drehmoment 26 definiert, das mindestens von der elektrischen Maschine 4 bereitgestellt und über die Freilaufeinrichtung 5 übertragen wird, ungeachtet des Ziel-Drehmoments 23, das sich beispielsweise aufgrund der Fahrstrategie bzw. eines Fahrerwunschs ergibt. Wie in der Darstellung in 4 gezeigt ist, verbleibt das Ist-Drehmoment 19 in dem Haltezustand 25 stets oberhalb des Soll-Drehmoments 26 bis ein Zustandswechselsignal empfangen wird, auch wenn das Ziel-Drehmoment 23 das Soll-Drehmoment 26 unterschreitet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Freilaufeinrichtung 5 definiert geschlossen bleibt und der gekoppelte Zustand aufrechterhalten bleibt und somit die Freilaufeinrichtung 5 nicht unkontrolliert geöffnet und geschlossen werden kann, was zu einem ruckartigen Verhalten führen könnte.
Wird ein Zustandswechselsignal erhalten, kann von dem Haltezustand 25 wieder in einen geöffneten Zustand übergegangen, insbesondere mittels einer Abkoppelphase 27, sodass in dem Diagramm in 2 von Block 24 auf Block 8 verzweigt wird. Das Zustandswechselsignal kann beispielsweise, wie dargestellt, ein Unterschreiten des Soll-Drehmoments 26 für eine bestimmte Zeitdauer betreffen. Anschließend kann beispielsweise die elektrische Maschine 4 abgelegt werden, wodurch sich die Freilaufeinrichtung 5 wieder öffnet und so über die Abkoppelphase 27 zurück in die Phase 9 übergegangen wird, in der der entkoppelte Zustand vorliegt. Anschließend kann das Verfahren bei Empfangen eines weiteren Zustandswechselsignals, das einen Übergang in den gekoppelten Zustand fordert, erneut durchgeführt werden. Wie der 2 ferner entnommen werden kann, kann auch aus allen übrigen Zuständen direkt in den abgekoppelten Zustand übergegangen werden, sofern ein entsprechendes Zustandswechselsignal empfangen wird, zum Beispiel um den Koppelvorgang abzubrechen.
Bezugszeichen

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebsstrang
3: Getriebevorrichtung
4: elektrische Maschine
5: Freilaufeinrichtung
6: Abtrieb
7: Steuerungsvorrichtung
8: Block
9: Phase
10: Block
11: Vorsynchronisierphase
12: Ziel-Drehzahl
13: Ist-Drehzahl
14: Drehzahl
15: Kurve
16: Soll-Drehzahl
17: Block
18: Koppelphase
19: Ist-Drehmoment
20: Drehmomentschwelle
21: Block
22: Übergangsphase
23: Ziel-Drehmoment
24: Block
25: Haltezustand
26: Soll-Drehmoment
27: Abkoppelphase

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Betriebs einer Getriebevorrichtung (3) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend eine mit einer elektrischen Maschine (4) gekoppelte Freilaufeinrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine (4) drehzahlabhängig mit einem Abtrieb (6) der Freilaufeinrichtung (5) zu koppeln oder von diesem zu entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (3), ausgehend von einem abgekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung, in einer Vorsynchronisierphase (11) betrieben wird, in der eine Drehzahlregelung der Drehzahl (14) der elektrischen Maschine (4) auf eine Ziel-Drehzahl (12) ausgeführt und bei Erreichen einer unterhalb der Ziel-Drehzahl (12) festgelegten Soll-Drehzahl (16) eine Koppelphase (18) ausgeführt wird, in der die Ziel-Drehzahl (12) erhöht und der Übergang in den gekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Drehzahl (12) in Abhängigkeit von der Drehzahl des Abtriebs (6) der Freilaufeinrichtung (5) festgelegt wird und die Soll-Drehzahl (16) kleiner als die Drehzahl des Abtriebs (6) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziel-Drehzahl (12) der elektrischen Maschine (4) gefiltert zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen der Soll-Drehzahl (16) die Veränderung der Ziel-Drehzahl (12) mittels eines linearen Gradienten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Koppelphase (18) in einer Übergangsphase (22) ab Erreichen einer definierten Drehmomentschwelle (20) die Drehzahlregelung beendet und eine Momentenregelung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Übergangsphase (22) ein von der elektrischen Maschine (4) über die Freilaufeinrichtung (5) übertragenes Drehmoment mittels eines Drehmomentgradienten bis auf ein Ziel-Drehmoment (23) erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem gekoppelten Zustand ein Haltezustand (25) ausgeführt wird, wobei mittels der elektrischen Maschine (4) unabhängig von einem Ziel-Drehmoment (23) ein Ist-Drehmoment (19) mittels der Freilaufeinrichtung (5) auf den Abtrieb (6) übertragen wird, das größer ist als ein festgelegtes Soll-Drehmoment (26).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines Zustandswechselsignals der abgekoppelte Zustand eingenommen wird.
Steuerungsvorrichtung (7) für eine Getriebevorrichtung (3) für ein Kraftfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (7) dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
Getriebevorrichtung (3), umfassend eine mit einer elektrischen Maschine (4) gekoppelte Freilaufeinrichtung (5), die dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine (4) drehzahlabhängig mit einem Abtrieb (6) der Freilaufeinrichtung (5) zu koppeln oder zu entkoppeln, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebevorrichtung (3) dazu ausgebildet ist, ausgehend von einem abgekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung (5) die elektrische Maschine (4) in einer Vorsynchronisierphase (11) zu betreiben, in der eine Drehzahlregelung der Drehzahl der elektrischen Maschine (4) auf eine Ziel-Drehzahl (12) ausgeführt und bei Erreichen einer unterhalb der Ziel-Drehzahl (12) festgelegten Soll-Drehzahl (16) eine Koppelphase (18) ausgeführt wird, in der die Ziel-Drehzahl (12) erhöht und der Übergang in den gekoppelten Zustand der Freilaufeinrichtung (5) durchgeführt wird.
Antriebsstrang (2), umfassend eine Steuerungsvorrichtung (7) nach Anspruch 9 und/oder eine Getriebevorrichtung (3) nach Anspruch 10.
Kraftfahrzeug (1), umfassend eine Steuerungsvorrichtung (7) nach Anspruch 9 und/oder eine Getriebevorrichtung (3) nach Anspruch 10 und/oder einen Antriebsstrang (2) nach Anspruch 11.