WO2009021914A1 - Verfahren zur durchführung einer schaltung im hybridbetrieb bei einem parallelen hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur durchführung einer schaltung im hybridbetrieb bei einem parallelen hybridfahrzeug Download PDF

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WO2009021914A1
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Johannes Kaltenbach
Stefan Wallner
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Definitions

  • the present invention relates to a method for performing a traction-interrupted hybrid operation in a parallel hybrid vehicle comprising an automated transmission according to the preamble of claim 1.
  • hybrid vehicles comprising a hybrid transmission are known. They comprise, in addition to the internal combustion engine, at least one electric motor or one electrical machine.
  • a generator is driven by the internal combustion engine, with the generator supplying electric power to the electric motor driving the wheels.
  • parallel hybrid vehicles are known in which an addition of the torques of the internal combustion engine and at least one connectable to the internal combustion engine electric machine.
  • the electric machines can be connected to the belt drive or to the crankshaft of the internal combustion engine. The torques generated by the internal combustion engine and / or the at least one electric machine are transmitted to the driven axle via a downstream transmission.
  • a drive train with an electrically adjustable hybrid transmission and an electrohydraulic control system a plurality of electric power units and a plurality of torque-transmitting mechanisms is known.
  • the torque-transmitting mechanisms can be selectively engaged by the electro-hydraulic control system to four forward gears, a neutral state, a low and high speed electrical operation, a to provide electrically variable low and high speed operating modes and a hill hold mode.
  • a hybrid drive for vehicles at least including a main engine, in particular an internal combustion engine, a generator, an electric motor and a, a sun gear, a ring gear, a planet carrier and planetary gears having planetary gear, which includes at least one output shaft. It is provided that for a first driving range of the vehicle for adding the torques, the drive shafts of the main motor and the electric motor are coupled to the sun gear of the planetary gear and for another driving range of one of the two motors for mechanically adding the rotational speeds according to the superposition principle frictionally on the ring gear the planetary gear is coupled.
  • the transmission input In vehicles comprising an automated transmission, before a gear can be designed, the transmission input must be load-free; Furthermore, before the new gear can be engaged, the transmission input to be synchronized.
  • a traction-interrupted circuit in hybrid vehicles with an automated transmission in hybrid operation takes place in that in a first step, a load reduction in the internal combustion engine and the electric machine is performed, and then the internal combustion engine is decoupled by opening a clutch from the drive train. After uncoupling of the internal combustion engine, the old gear is designed and the rotational speed of the electric machine brought to synchronous speed, then the new gear is engaged, the engine is coupled and the internal combustion engine and the electric machine, a load build-up is performed.
  • the present invention has for its object to provide a method for performing a traction-circuit in hybrid operation in a parallel hybrid vehicle comprising an automated transmission, through the implementation of which a faster compared to the prior art switching sequence is realized. Furthermore, the implementation of the method should result in a reduction of exhaust emissions, fuel consumption and noise.
  • a method for performing a traction-interrupted hybrid mode hybrid hybrid hybrid vehicle comprising an automated transmission, in which the internal combustion engine and the electric machine remain coupled to each other, wherein the load reduction before laying the old gear and the synchronization to the new gear by the operation of the electrical machine done.
  • the load is reduced by a load balance with the aid of the electric machine, such that the electric machine compensates for the torque of the internal combustion engine, whereby the transmission input shaft is free of torque.
  • the internal combustion engine is operated at a constant torque. However, if the torque of the internal combustion engine exceeds a threshold value (the electric machine would be overtaxed from this threshold value) or if the energy storage of the vehicle would be over-charged by the load balance by means of the electric machine, the torque of the internal combustion engine is lowered.
  • the old gear After completion of the load reduction, the old gear is designed and then the synchronization is performed by the electric machine is regulated to the connection speed or synchronous speed of the new gear.
  • This speed adjustment takes place in the context of an advantageous development of the invention in a speed control mode of the electric machine, wherein the torque of the internal combustion engine serves as a pre-control torque for the speed controller of the electric machine.
  • the new gear After synchronization, the new gear is engaged, and then in the event that the speed adjustment is performed in a speed control mode, the electric machine is brought into a torque-guided mode and the load is built up according to the driver's desired torque.
  • the electric machine and the internal combustion engine are guided to moments, which are preferably determined by a separate torque distribution strategy for electric machine and internal combustion engine.
  • a generator operation of the electric machine is possible during a circuit, so that the supply of electrical auxiliary consumers is ensured;
  • the energy storage of the vehicle can be charged without interruption and thus faster.
  • Another advantage of the method according to the invention is the achievable fast switching sequence, since the coupling, which removably connects the internal combustion engine to the electric machine, does not have to be actuated.
  • FIGURE shows an exemplary, schematic and simplified representation of the drive mechanism.
  • Strangs a parallel hybrid vehicle, comprising an automated transmission is exemplified in more detail.
  • the drive train of a parallel hybrid vehicle with an automated transmission comprises an internal combustion engine 1 and at least one electric machine 2 which are connected in series in this order, whereby the internal combustion engine 1 can be decoupled from the electric machine 2 and thus from the drive train by opening a clutch K1 is.
  • an automated transmission 3 is arranged, which in the illustrated exemplary illustration, which serves to illustrate the method according to the invention comprises an activating claw K_neu for the new gear to be engaged and a disengaging claw K_alt for the old gear each claw K_neu and K_alt or each gear is associated with a translation stage with the translation i_neu or i old.
  • the output of the automated transmission 3 is provided with the reference numeral 4.
  • a method for performing a traction-circuit in hybrid operation in a parallel hybrid vehicle with an automated transmission, in which the internal combustion engine 1 and the electric machine 2, in contrast to the known from the prior art method with each other via the closed clutch K1 remain coupled, the load reduction before laying out the old gear and the synchronization to the new gear by the operation of the electric machine 2 done.
  • the required load reduction takes place via a load balance with the aid of the electric machine 2, such that the electric machine 2 compensates for the torque of the internal combustion engine 1, whereby the transmission unit input shaft becomes torque-free.
  • the internal combustion engine 1 is operated at a constant torque; a moment intervention takes place according to the invention only if the moment of the internal combustion engine exceeds a threshold value or if the energy storage of the vehicle would be over-charged by the load balance by means of the electric machine 2.
  • the old gear is designed by opening the claw K_old, and thereafter, the synchronization is performed to the new gear by bringing the rotational speed of the electric machine 2 to the speed of connection or synchronous speed of the new gear.
  • This rotational speed adaptation preferably takes place in that the electric machine 2 is transferred from the torque-controlled mode into a speed control mode, the torque of the internal combustion engine serving as a pre-control torque for the speed controller of the electric machine.
  • the new gear is engaged by the claw K_neu is closed, and then the electric machine transferred to a torque-guided mode and the load is built according to the driver's desired torque.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug unfassend ein automatisiertes Getriebe vorgeschlagen, im Rahmen dessen der Verbrennungsmotor (1) und die elektrische Maschine (2) miteinander gekoppelt bleiben, wobei der Lastabbau vor dem Auslegen des alten Ganges und das Synchronisieren auf den neuen Gang durch den Betrieb der elektrischen Maschine (2) erfolgen.

Description

Verfahren zur Durchführung einer Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeuq
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug umfassend ein automatisiertes Getriebe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
Beispielsweise ist im Rahmen der DE102006019679 A1 ein Antriebsstrang mit einem elektrisch verstellbaren Hybridgetriebe und einem elektrohyd- raulischen Steuersystem, mehreren elektrischen Leistungseinheiten und mehreren Drehmomentübertragungsmechanismen bekannt. Hierbei können die Drehmomentübertragungsmechanismen durch das elektrohydraulische Steuersystem selektiv eingerückt werden, um vier Vorwärtsgänge, einen neutralen Zustand, eine elektrische Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl, eine elektrisch verstellbare Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl und eine Berghalte-Betriebsart bereitzustellen.
Aus der DE 102005057607 B3 ist ein Hybridantrieb für Fahrzeuge bekannt, zumindest beinhaltend einen Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, einen Generator, einen Elektromotor und ein, ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie Planetenräder aufweisendes Planetengetriebe, das mindestens eine Abtriebswelle beinhaltet. Hierbei ist vorgesehen, dass für einen ersten Fahrbereich des Fahrzeuges zur Addition der Drehmomente die Antriebswellen des Hauptmotors und des Elektromotors auf das Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt sind und für einen weiteren Fahrbereich einer der beiden Motoren zur mechanischen Addition der Drehzahlen entsprechend dem Überlagerungsprinzip kraftschlüssig auf das Hohlrad des Planetengetriebes koppelbar ist.
Bei Fahrzeugen umfassend ein automatisiertes Getriebe muss bevor ein Gang ausgelegt werden kann, der Getriebeeingang lastfrei sein; des weiteren muss bevor der neue Gang eingelegt werden kann, der Getriebeeingang synchronisiert werden.
Nach dem Stand der Technik erfolgt eine zugkraftunterbrochene Schaltung bei Hybridfahrzeugen mit einem automatisierten Getriebe im Hybridbetrieb dadurch, dass in einem ersten Schritt ein Lastabbau beim Verbrennungsmotor und bei der elektrischen Maschine durchgeführt wird, wobei anschließend der Verbrennungsmotor durch Öffnen einer Kupplung vom Antriebsstrang abgekoppelt wird. Nach dem Abkoppeln des Verbrennungsmotors wird der alte Gang ausgelegt und die Drehzahl der elektrischen Maschine auf Synchrondrehzahl gebracht, wobei anschließend der neue Gang eingelegt, der Verbrennungsmotor angekoppelt wird und beim Verbrennungsmotor und bei der elektrischen Maschine ein Lastaufbau durchgeführt wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug umfassend ein automatisiertes Getriebe anzugeben, durch dessen Durchführung ein im Vergleich mit dem Stand der Technik schnellerer Schaltablauf realisiert wird. Des weiteren soll die Durchführung des Verfahrens in einer Reduzierung der Abgasemissionen, des Kraftstoffverbrauchs und der Geräuschentwicklung resultieren.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Hybridbetrieb bei parallelen Hybridfahrzeugen umfassend ein automatisiertes Getriebe vorgeschlagen, im Rahmen dessen der Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine miteinander gekoppelt bleiben, wobei der Lastabbau vor dem Auslegen des alten Ganges und das Synchronisieren auf den neuen Gang durch den Betrieb der elektrischen Maschine erfolgen.
Gemäß der Erfindung erfolgt der Lastabbau über einen Lastausgleich mit Hilfe der elektrischen Maschine, derart, dass die elektrische Maschine das Moment des Verbrennungsmotors kompensiert, wodurch die Getriebeeingangswelle momentfrei wird. Während des Lastausgleichs wird der Verbrennungsmotor mit konstantem Moment betrieben. Wenn jedoch das Moment des Verbrennungsmotors einen Schwellenwert überschreitet (die elektrische Maschine wäre ab diesem Schwellenwert überfordert) oder wenn der Energiespeicher des Fahrzeugs durch den Lastausgleich mittels der elektrischen Maschine zu stark geladen würde, wird das Moment des Verbrennungsmotors abgesenkt.
Nach erfolgtem Lastabbau wird der alte Gang ausgelegt und anschließend wird die Synchronisierung durchgeführt, indem die elektrische Maschine auf die Anschlussdrehzahl bzw. Synchrondrehzahl des neuen Ganges geregelt wird. Diese Drehzahlanpassung erfolgt im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung in einem Drehzahlregelmodus der elektrischen Maschine, wobei das Moment des Verbrennungsmotors als Vorsteuermoment für den Drehzahlregler der elektrischen Maschine dient.
Nach erfolgter Synchronisierung wird der neue Gang eingelegt, wobei anschließend für den Fall, dass die Drehzahlanpassung in einem Drehzahlregelmodus durchgeführt ist, die elektrische Maschine in einen momentengeführ- ten Modus gebracht wird und die Last entsprechend dem Fahrerwunschmoment aufgebaut wird. Hierbei werden die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor auf Momente geführt, die vorzugsweise von einer separaten Momentverteilungsstrategie für elektrische Maschine und Verbrennungsmotor vorgegeben werden.
In vorteilhafter Weise ist während einer Schaltung ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine möglich, so dass die Versorgung elektrischer Nebenverbraucher gewährleistet ist; zudem kann der Energiespeicher des Fahrzeugs unterbrechungsfrei und dadurch schneller aufgeladen werden.
Dadurch dass der Verbrennungsmotor überwiegend mit konstantem Moment bzw. mit langsamen Momentänderungen (falls erforderlich) betrieben wird, entstehen in vorteilhafter Weise weniger Abgasemissionen, wobei gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die Geräuschentwicklung reduziert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erzielbare schnelle Schaltablauf, da die Kupplung, welche den Verbrennungsmotor mit der elektrischen Maschine lösbar verbindet, nicht betätigt werden muss.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figur, welche eine beispielhafte, schematische und vereinfachte Darstellung des Antriebs- Strangs eines parallelen Hybridfahrzeugs, umfassend ein automatisiertes Getriebe ist, beispielhaft näher erläutert.
Gemäß Figur 1 umfasst der Antriebsstrang eines parallelen Hybridfahrzeugs mit einem automatisierten Getriebe einen Verbrennungsmotor 1 und zumindest eine elektrische Maschine 2, die in dieser Reihenfolge hintereinander geschaltet sind, wobei der Verbrennungsmotor 1 durch Öffnen einer Kupplung K1 von der elektrischen Maschine 2 und somit vom Antriebsstrang abkoppelbar ist.
In Kraftflussrichtung nach der elektrischen Maschine 2 ist ein automatisiertes Getriebe 3 angeordnet, welches bei der gezeigten beispielhaften Darstellung, die der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, eine zuschaltende Klaue K_neu für den neuen einzulegenden Gang und eine abschaltende Klaue K_alt für den alten Gang umfasst, wobei jeder Klaue K_neu und K_alt bzw. jedem Gang eine Übersetzungsstufe mit der Übersetzung i_neu bzw. i alt zugeordnet ist. In der Figur ist der Abtrieb des automatisierten Getriebes 3 mit dem Bezugszeichen 4 versehen.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug mit einem automatisierten Getriebe vorgeschlagen, bei dem der Verbrennungsmotor 1 und die elektrische Maschine 2 im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren miteinander über die geschlossene Kupplung K1 gekoppelt bleiben, wobei der Lastabbau vor dem Auslegen des alten Ganges und das Synchronisieren auf den neuen Gang durch den Betrieb der elektrischen Maschine 2 erfolgen.
Hierbei erfolgt der erforderliche Lastabbau über einen Lastausgleich mit Hilfe der elektrischen Maschine 2, derart, dass die elektrische Maschine 2 das Moment des Verbrennungsmotors 1 kompensiert, wodurch die Getriebeein- gangswelle momentfrei wird. Vorzugsweise wird während des Lastausgleichs der Verbrennungsmotor 1 mit konstantem Moment betrieben; ein Momenteingriff erfolgt erfindungsgemäß nur dann, wenn das Moment des Verbrennungsmotors einen Schwellenwert überschreitet oder wenn der Energiespeicher des Fahrzeugs durch den Lastausgleich mittels der elektrischen Maschine 2 zu stark geladen würde.
Wenn der Lastabbau durchgeführt ist, wird der alte Gang ausgelegt, indem die Klaue K_alt geöffnet wird, wobei anschließend die Synchronisierung auf den neuen Gang durchgeführt wird, indem die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 auf die Anschlussdrehzahl bzw. Synchrondrehzahl des neuen Ganges gebracht wird. Diese Drehzahlanpassung erfolgt vorzugsweise dadurch, dass die elektrische Maschine 2 vom momentengeregelten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt wird, wobei das Moment des Verbrennungsmotors als Vorsteuermoment für den Drehzahlregler der elektrischen Maschine dient.
Nach erfolgter Synchronisierung wird der neue Gang eingelegt, indem die Klaue K_neu geschlossen wird, wobei anschließend die elektrische Maschine in einen momentengeführten Modus überführt und die Last entsprechend dem Fahrerwunschmoment aufgebaut wird.
Bezuqszeichen
1 Verbrennungsmotor
2 Elektrische Maschine
3 automatisiertes Schaltgetriebe
4 Abtrieb
K1 Kupplung
K_neu Klaue
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Claims

Patentan sprü ch e
1. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug unfassend ein automatisiertes Getriebe, dadurch geken n zei ch n et dass der Verbrennungsmotor (1) und die elektrische Maschine (2) miteinander gekoppelt bleiben, wobei der Lastabbau vor dem Auslegen des alten Ganges und das Synchronisieren auf den neuen Gang durch den Betrieb der elektrischen Maschine (2) erfolgen.
2. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung, nach Anspruch 1 , dadurch geken n zei ch n et, dass zum Lastabbau vor dem Auslegen des alten Ganges die elektrische Maschine (2) derart betrieben wird, dass sie das Moment des Verbrennungsmotors (1) kompensiert, wobei während des Lastausgleichs der Verbrennungsmotor (1) mit konstantem Moment betrieben wird und nur dann ein Momenteingriff am Verbrennungsmotor (1) erfolgt, wenn das Moment des Verbrennungsmotors (1) einen Schwellenwert überschreitet oder wenn der Energiespeicher des Fahrzeugs durch den Lastausgleich mittels der elektrischen Maschine (2) zu stark geladen würde.
3. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geken n zei ch n et, dass nach erfolgtem Lastabbau der alte Gang ausgelegt wird, wobei anschließend die Synchronisierung auf den neuen Gang durchgeführt wird, indem die Drehzahl der elektrischen Maschine (2) auf die Synchrondrehzahl des neuen Ganges gebracht wird.
4. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung, nach Anspruch 3, dadurch geken n zei ch n et, dass die Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine (2) dadurch erfolgt, dass die elektrische Maschine (2) vom momentengeregelten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt wird, in dem die Drehzahlanpassung durchgeführt wird, wobei das Moment des Verbrennungsmotors als Vorsteuermoment für den Drehzahlregler der elektrischen Maschine (2) dient.
5. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch net, dass nach erfolgter Synchronisierung der neue Gang eingelegt wird und die Last entsprechend dem Fahrerwunschmoment aufgebaut wird, wobei zum Lastaufbau für den Fall, dass die Drehzahlanpassung an die Synchrondrehzahl des neuen Ganges in einem Drehzahlregelmodus durchgeführt ist, die elektrische Maschine in einen momentengeführten Modus gebracht wird.
6. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung, nach Anspruch 5, dadurch geken n zei ch n et, dass zum Lastaufbau die elektrische Maschine (2) und der Verbrennungsmotor (1) auf Momente geführt werden, die von einer separaten Momentverteilungsstrategie vorgegeben werden.
7. Verfahren zur Durchführung einer zugkraftunterbrochenen Schaltung, nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass während einer Schaltung die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird.
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