WO2009021916A2 - Verfahren zur durchführung einer lastschaltung bei fahrzeugen mit elektrischem antrieb - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung bei Elektrofahrzeugen umfassend ein Lastschaltgetriebe bzw. bei Hybridfahrzeugen umfassend ein Hybridgetriebe im rein elektrischen Fahrbetrieb vorgeschlagen, im Rahmen dessen die zur Synchronisierung auf den neuen Gang erforderliche Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine in einem Drehzahlregelmodus durchgeführt wird.

Description

Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltunq bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung bei Elektrofahrzeugen umfassend ein Lastschaltgetriebe bzw. bei Hybridfahrzeugen umfassend ein Hybridgetriebe im rein elektrischen Fahrbetrieb 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 einer nach dem Stand der Technik durchgeführten Lastschaltung erfolgt die zur Synchronisierung auf den neuen Gang erforderliche Drehzahlanpassung des Motors mit Hilfe der beteiligten Schaltelemente und eines Motor- Momenteingriffes.
Beispielsweise wird bei einer Zug -Hochschaltung zunächst die Übertragungsfähigkeit des zuschaltenden Schaltelementes zur Lastübernahme erhöht und gleichzeitig die Übertragungsfähigkeit des abschaltenden Schaltelementes verringert, wobei nach erfolgter Lastübernahme durch das zuschaltende Schaltelement eine Drehzahlanpassung des Motors mit Hilfe der Schaltelemente und eines Motor-Momenteingriffes erfolgt. Bei einer rein elektrischen Lastschaltung wird die Drehzahl der elektrischen Maschine angepasst; des weiteren wird der Momenteingriff an der elektrischen Maschine durchgeführt. Anschließend wird das abschaltende Schaltelement vollständig geöffnet und das zuschaltende Schaltelement vollständig geschlossen. Nach dem Stand der Technik bleibt die elektrische Maschine bei derartigen Lastschaltungen während der Schaltung unter Vorgabe eines Fahrsollmomentes momentgeführt und es erfolgt ein Momenteingriff seitens der Schaltablaufsteuerung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung bei Elektrofahrzeugen umfassend ein Lastschaltgetriebe bzw. bei Hybridfahrzeugen umfassend ein Hybridgetriebe im rein elektrischen Fahrbetrieb anzugeben, durch dessen Durchführung die Schaltzeiten verkürzt und der Schaltkomfort erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Demnach wird vorgeschlagen, die zur Synchronisierung auf den neuen Gang erforderliche Drehzahlanpassung der elektrischem Maschine in einem Drehzahlregelmodus durchzuführen, wobei die elektrische Maschine drehzahlgeregelt auf die Zieldrehzahl bzw. die Anschlussdrehzahl (Synchrondrehzahl) des neuen Ganges geführt wird, so dass das zuschaltende Schaltelement synchronisiert wird.
Gemäß der Erfindung ist der Drehzahlverlauf derart gestaltet, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einem geringen Gradienten auf die Zieldrehzahl einläuft. Die zur elektrischen Maschine hin wirkenden Momente der Schaltelemente dienen in vorteilhafter Weise als Vorsteuerung für die Drehzahlregelung an der elektrischen Maschine.
Während dieser Drehzahlregelphase bestimmen die Momente an den Schaltelementen das Abtriebsmoment, da sie sich im Schlupf befinden und dem Fahrsollmoment nachgeführt werden. Wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine die Zieldrehzahl bzw. die Synchrondrehzahl des zuschaltenden Ganges erreicht, wird die Maschine wieder in den momentengeregelten Modus überführt und das zuschaltende Schaltelement vollständig geschlossen. Nach Abschluss der Lastschaltung ist die elektrische Maschine über den neuen Getriebegang mit dem Abtrieb des Getriebes gekoppelt.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption werden die Schaltzeiten verkürzt, da eine elektrische Maschine präzise und dynamisch drehzahlregelbar ist. Des weiteren wird durch den sanften Einlauf der Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Zieldrehzahl bzw. die Synchrondrehzahl des neuen Ganges ein besonders hoher Schaltkomfort gewährleistet, da die Änderung des dynamischen Moments der elektrischen Maschine, verursacht durch das Massenträgheitsmoment de Maschine, in dem Augenblick, in dem das zuschaltende Schaltelement ins Haften kommt, nur eine geringe Änderung erfährt.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Ablauf der Lastschaltung einfacher umzusetzen und abzustimmen ist, verglichen mit einer Lastschaltung mit einem Momenteingriff gemäß dem Stand der Technik.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Eine beispielhafte, schematische und vereinfachte Darstellung des Antriebsstrangs eines parallelen Hybridfahrzeugs; und Figur 2: Ein Diagramm, welches den Verlauf der Drehzahl des Elektromotors bei einer erfindungsgemäßen Zug-Hochschaltung veranschaulicht.
Bezugnehmend auf Figur 1 umfasst der Antriebsstrang eines parallelen Hybridfahrzeugs 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 Figur 1 ist der Abtrieb des Lastschaltgetriebes 3 mit dem Bezugszeichen 4 versehen.
In Kraftflussrichtung nach der elektrischen Maschine 2 ist ein Lastschaltgetriebe 3 angeordnet, welches bei der gezeigten beispielhaften vereinfachten Darstellung, die der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient, eine zuschaltende Kupplung K_neu für den neuen einzulegenden Gang und eine abschaltende Kupplung K_alt für den alten Gang umfasst, wobei jeder Kupplung bzw. jedem Gang eine Übersetzungsstufe mit der Übersetzung i_neu bzw. i alt zugeordnet ist. In Figur 1 ist der Abtrieb des Lastschaltgetriebes 3 mit dem Bezugszeichen 4 versehen.
Zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Verbrennungsmotor 1 entweder abgeschaltet oder befindet sich im Leerlauf, wobei die Kupplung K1 offen ist. Da die Lastschaltung gemäß der Erfindung bei offener Kupplung K1 durchgeführt wird, ist das Verfahren in vorteilhafter Weise auch bei reinen Elektrofahrzeugen, die ein Lastschaltgetriebe umfassen, anwendbar. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer Zug- Hochschaltung von i alt nach i_neu beschrieben.
Gemäß der Erfindung wird zunächst die Übertragungsfähigkeit der zuschaltenden Kupplung K_neu zur Lastübernahme erhöht und gleichzeitig die Übertragungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung K_alt verringert. Nach erfolgter Lastübernahme durch die Kupplung K_neu wird die elektrische Maschine 2 in einen Drehzahlregelmodus überführt und es wird in diesem Modus eine Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine 2 durchgeführt, wobei die elektrische Maschine 2 drehzahlgeregelt auf die Zieldrehzahl bzw. die Synchrondrehzahl des neuen Ganges geführt wird; gleichzeitig wird das abschaltende Schaltelement K_alt vollständig geöffnet.
In vorteilhafter Weise ist der Drehzahlverlauf bei der Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine 2 im Drehzahlregelmodus derart gestaltet, dass die Drehzahl mit einem geringen Gradient auf die Zieldrehzahl bzw. die Anschlussdrehzahl des neuen Ganges einläuft, wobei die zur elektrischen Maschine 2 hin wirkenden Momente der Kupplungen K_alt, K_neu als Vorsteuerung für die Drehzahlregelung dienen. Ein beispielhafter Verlauf der Solldrehzahl der elektrischen Maschine 2 n_EM als Funktion der Zeit t ist Gegenstand der Figur 2. Hierbei bezeichnet n_Gang_alt die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 bei eingelegtem alten Gang (d.h. bei geschlossener Kupplung K_alt); n_Gang_neu ist die Synchrondrehzahl des neuen Ganges bei der durchzuführenden Lastschaltung.
Wenn anschließend die Drehzahl die Synchrondrehzahl n_Gang_neu erreicht, wird die elektrische Maschine 2 in den momentengeregelten Modus überführt und die Kupplung K_neu vollständig geschlossen, so dass die elektrische Maschine 2 über den neuen Getriebegang mit dem Abtrieb des Getriebes gekoppelt ist.
Bei einer Zug-Rückschaltung wird zunächst die Übertragungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung K_alt reduziert, wobei sobald Schlupf an K_alt erkannt wird, die elektrische Maschine 2 vom momentgeführten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt wird. Anschließend wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 erhöht bis auf eine Drehzahl oberhalb der Synchrondrehzahl an der zuschaltenden Kupplung K_neu, da an K_neu eine positive Dreh- zahldifferenz erforderlich ist, damit diese Kupplung ein Zug-Moment übertragen kann.
In einem nächsten Schritt wird die Übertragungsfähigkeit der zuschaltenden Kupplung K_neu erhöht und die Übertragungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung K_alt weiter verringert, so dass eine kontinuierliche Lastübernahme durch K_neu realisiert wird. Nach erfolgter Lastübernahme durch die zuschaltende Kupplung K_neu wird die abschaltende Kupplung K_alt ganz geöffnet und die Drehzahl der elektrischen Maschine im Drehzahlregelmodus auf die Synchrondrehzahl an der zuschaltenden Kupplung K_neu geführt. Wenn die Synchrondrehzahl erreicht wird, wird die elektrische Maschine wieder in den momentgeregelten Modus überführt und die zuschaltende Kupplung K_neu ganz geschlossen.
Für den Fall einer Schub-Rückschaltung wird zunächst zur Lastübernahme die Übertragungsfähigkeit der zuschaltenden Kupplung K_neu erhöht, wobei gleichzeitig die Übertragungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung K_alt verringert wird. Nach der Lastübernahme durch K_neu wird die elektrische Maschine vom momentgeführten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt und die abschaltende Kupplung K_alt ganz geöffnet. Anschließend wird die elektrische Maschine drehzahlgeregelt auf die Synchrondrehzahl geführt, wobei vorzugsweise die Drehzahl mit einem geringen Gradienten auf die Zieldrehzahl einläuft. Wenn die Synchrondrehzahl erreicht wird, wird die elektrische Maschine wieder in den momentgeregelten Modus überführt und die zuschaltende Kupplung K_neu ganz geschlossen
Eine Schub-Hochschaltung und eine Zug-Rückschaltung sind im prinzipiellen Ablauf ähnlich, mit dem Unterschied, dass die Vorzeichen der Drehmomente verschieden sind und der Drehzahlverlauf in die andere Richtung geht. Demnach wird bei einer Schub-Hochschaltung zunächst die Übertragungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung K_alt kontinuierlich verringert, wobei so- bald Schlupf an K_alt erkannt wird, die elektrische Maschine vom momentgeführten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt wird, in dem die Drehzahl bis auf eine Drehzahl unterhalb der Synchrondrehzahl am zuschaltenden Schaltelement K_neu erniedrigt wird, da eine negative Drehzahldifferenz erforderlich ist, damit das zuschaltende Schaltelement Moment übertragen kann. Anschließend wird die Übertragungsfähigkeit des zuschaltenden Schaltelementes K_neu erhöht und die Übertragungsfähigkeit des abschaltenden Schaltelementes K_alt verringert, so dass eine kontinuierliche Lastübernahme durch K_neu realisiert wird.
Nach erfolgter Lastübernahme durch die zuschaltende Kupplung K_neu wird die abschaltende Kupplung K_alt ganz geöffnet und die Drehzahl der e- lekthschen Maschine im Drehzahlregelmodus auf die Synchrondrehzahl an der zuschaltenden Kupplung K_neu geführt. Wenn die Synchrondrehzahl erreicht wird, wird die elektrische Maschine wieder in den momentgeregelten Modus überführt und die zuschaltende Kupplung K_neu ganz geschlossen.
Bezuqszeichen
1 Verbrennungsmotor
2 elektrische Maschine
3 Lastschaltgetriebe
4 Abtrieb des Lastschaltgetriebes
K1 Kupplung
K_neu Kupplung
K_alt Kupplung n_EM Drehzahl der elektrischen Maschine n_Gang_alt Drehzahl der elektrischen Maschine bei eingelegtem alten
Gang n_Gang_neu Synchrondrehzahl des neuen Ganges i_alt Übersetzung i_neu Übersetzung

Claims

Patentan sprü ch e
1. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung bei Elektrofahrzeu- gen umfassend ein Lastschaltgetriebe bzw. bei Hybridfahrzeugen umfassend ein Hybridgetriebe im rein elektrischen Fahrbetrieb, dadurch geken n zei ch n et, dass die zur Synchronisierung auf den neuen Gang erforderliche Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine (2) in einem Drehzahlregelmodus durchgeführt wird.
2. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach Anspruch 1, dadurch geken n zei ch n et, dass der Drehzahlverlauf derart gestaltet ist, dass die Drehzahl (n_EM) der elektrischen Maschine (2) mit einem geringen Gradienten auf die Zieldrehzahl (n_Gang_neu) einläuft.
3. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach Anspruch 1 o- der 2, dadurch geken n zei ch n et, dass die zur elektrischen Maschine (2) hin wirkenden Momente der Schaltelemente (K_alt, K_neu) als Vorsteuerung für die Drehzahlregelung an der elektrischen Maschine (2) dienen.
4. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch geken n zei ch n et, dass, wenn die Drehzahl (n_EM) der elektrischen Maschine (2) die Zieldrehzahl bzw. die Synchrondrehzahl (n_Gang_neu) des zuschaltenden Ganges erreicht, die elektrische Maschine (2) in den momentengeregelten Modus überführt wird und das zuschaltende Schaltelement (K_neu) vollständig geschlossen wird.
5. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch geken n zei ch n et, dass für den Fall einer Zug-Hochschaltung die Übertragungsfähigkeit der zuschaltenden Kupplung (K_neu) zur Lastübernahme erhöht und gleichzeitig die Übertra- gungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung (K_alt) verringert wird, wobei nach erfolgter Lastübernahme durch das zuschaltende Schaltelement (K_neu) die elektrische Maschine (2) in einen Drehzahlregelmodus überführt wird und eine Drehzahlanpassung der elektrischen Maschine (2) durchgeführt wird, um die Synchrondrehzahl des zu schaltenden Ganges zu erreichen, so dass die elektrische Maschine (2) drehzahlgeregelt auf die Zieldrehzahl bzw. die Synchrondrehzahl des neuen Ganges geführt wird, wobei gleichzeitig das abschaltende Schaltelement (K_alt) vollständig geöffnet wird.
6. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass für den Fall einer Zug-Rückschaltung die Übertragungsfähigkeit des abschaltenden Schaltelementes (K_alt) verringert wird, wobei sobald Schlupf am abschaltenden Schaltelement (K_alt) erkannt wird, die elektrische Maschine (2) vom momentgeführten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt wird, wobei anschließend die Drehzahl der elektrischen Maschine (2) bis auf eine Drehzahl oberhalb der Synchrondrehzahl am zuschaltenden Schaltelement (K_neu) erhöht wird, wobei in einem nächsten Schritt die Übertragungsfähigkeit des zuschaltenden Schaltelementes (K_neu) erhöht und die Übertragungsfähigkeit des abschaltenden Schaltelementes (K_alt) weiter verringert wird, so dass eine kontinuierliche Lastübernahme durch das zuschaltende Schaltelement (K_neu) realisiert wird, wobei nach erfolgter Lastübernahme durch das zuschaltende Schaltelement (K_neu) das abschaltende Schaltelement (K_alt) ganz geöffnet und die Drehzahl der elektrischen Maschine (2) auf die Synchrondrehzahl am zuschaltenden Schaltelement (K_neu) geführt wird.
7. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass für den Fall einer Schub-Rückschaltung die Übertragungsfähigkeit des zuschaltenden Schaltelementes (K_neu) erhöht wird, wobei gleichzeitig die Übertragungsfähigkeit der abschaltenden Kupplung (K_alt) verringert wird, wobei nach der Lastübernahme durch das zuschaltende Schaltelement (K_neu) die elektrische Maschine (2) vom momentgeführten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt und das abschaltende Schaltelement (K_alt) ganz geöffnet wird und wobei anschließend die elektrische Maschine (2) drehzahlgeregelt auf die Synchrondrehzahl geführt wird, wobei gleichzeitig das abschaltende Schaltelement (K_alt) vollständig geöffnet wird.
8. Verfahren zur Durchführung einer Lastschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass für den Fall einer Schub-Hochschaltung zunächst die Übertragungsfähigkeit des abschaltenden Schaltelementes (K_alt) kontinuierlich verringert wird, wobei sobald am abschaltenden Schaltelement (K_alt) Schlupf erkannt wird, die elektrische Maschine (2) vom momentgeführten Modus in einen Drehzahlregelmodus überführt wird, in dem die Drehzahl bis auf eine Drehzahl unterhalb der Synchrondrehzahl am zuschaltenden Schaltelement (K_neu) erniedrigt wird, wobei anschließend die Übertragungsfähigkeit des zuschaltenden Schaltelementes (K_neu) erhöht und die Übertragungsfähigkeit des abschaltenden Schaltelementes (K_alt) verringert wird, so dass eine kontinuierliche Lastübernahme durch (K_neu) realisiert wird und wobei nach erfolgter Lastübernahme durch das zuschaltende Schaltelement (K_neu) das abschaltende Schaltelement (K_alt) ganz geöffnet wird und die Drehzahl der elektrischen Maschine (2) im Drehzahlregelmodus auf die Synchrondrehzahl am zuschaltenden Schaltelement (K_neu) geführt wird.
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