WO2010009943A1 - Verfahren und vorrichtung zum anfahren eines hybridfahrzeuges - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes (1) und ein zweites Antriebaggregat (2) aufweist, wobei das erste Antriebsaggregat (1 ) auf einem ersten Teilgetriebe (T2) eines zwei Teilgetriebe (T1, S1; T2; S2) aufweisenden Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist. Um bei einem Anfahrversuch mit dem ersten Antriebsaggregat (1) ein Zurückrollen beim Anfahren des Hybridfahrzeuges zu verhindern, wird beim Anfahren des Hybridfahrzeuges mit dem ersten Antriebsaggregat (1) das zweite Antriebsaggregat (2) gestartet, ohne dass die an einem das Doppelkupplungsgetriebe enthaltenden Antriebsstrang (3) anliegende Spannung unterbrochen wird.

Description

Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes und ein zweites Antriebaggregat aufweist, wobei das erste Antriebsaggregat auf einem ersten Teilgetriebe eines zwei Teilgetriebe aufweisenden Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsstruktur weisen einen Verbrennungsmotor und ein zweites Antriebsaggregat auf, welches beispielsweise ein Elektromotor sein kann. So kann das Antriebsmoment während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges von beiden Antriebsaggregaten aufgebracht werden.
Aus der US 2007/0028718 A1 ist ein Doppelkupplungsgetriebe für ein Hybridfahrzeug bekannt, wobei das Doppelkupplungsgetriebe zwei Getriebeeingangswellen besitzt, auf denen jeweils ein Teil der Getriebegänge angeordnet sind. Ist ein Gang eingelegt, kann auf der inaktiven Welle bereits der folgende Gang geschaltet werden. Durch Umkuppeln der beiden Wellen mit Hilfe zweier Kupplungen kann damit der Gang schnell gewechselt werden. Bei einem Torque Split Hybridfahrzeug ist der Elektromotor an eine der beiden Getriebeeingangswellen des Doppelkupplungsgetriebes angebunden.
Beim Anfahren mit dem Elektromotor reicht das Antriebsmoment, insbesondere bei voll beladenem Fahrzeug am Berg oder an einem Bordstein, nicht aus, obwohl ein Gang in diesem Teilgetriebe eingelegt ist und der Antriebsstrang verspannt ist. Da auf einen niederen Gang zurückgeschaltet werden muss, kann das anliegende Antriebsmoment nicht aufrechterhalten werden, was zu einem unakzeptablen Zurückrollen des Fahrzeuges führt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist gegenüber den bekannten Lösungsansätzen den Vorteil auf, dass das Antriebsdrehmoment des ersten Antriebsaggregates als Startdrehmoment für das zweite Antriebsaggregat genutzt wird, wodurch dieses von Antriebsdrehmoment des ersten Antriebaggregates geschleppt wird, was zum Start des zweiten Antriebaggregates führt. Die nun vorliegenden Antriebsmomente des ersten und des zweiten Antriebsaggregates werden zusammen den Rädern zugeführt. Das gemeinsame Antriebsmoment reicht nun aus, um das Fahrzeug vorwärts zu bewegen, ohne ein Zurückrollen des Fahrzeuges zu verursachen, da auf ein Öffnen des Antriebsstranges verzichtet wird.
Durch den erfindungsgemäßen Schaltablauf in dem Doppelkupplungsgetriebe wird bei einem konstanten Moment am Rad der Start des zweiten Antriebsaggregats ermöglicht, indem das von dem ersten Antriebsaggregat bereitgestellte Antriebsmoment auf das zweite Teilgetriebe umgeleitet wird. Ein Zurückrollen des Fahrzeuges bei einem gewünschten Vortrieb, z.B. bei betätigtem Fahrpedal, wird verhindert, ohne die Funktionalität des Fahrens mit dem ersten Antriebsaggregat einzuschränken. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das zweite Teilgetriebe in einen Gang geschaltet, dessen Übersetzungsverhältnis größer ist als das Übersetzungsverhältnis, welches der Gang des ersten Teilgetriebes aufweist. Der Gang mit dem großen Übersetzungsverhältnis erlaubt gemeinsam mit den vom ersten und zweiten Antriebsaggregat bereit gestellten
Antriebsmomenten eine Fahrfunktion, wie sie vom Fahrzeugnutzer gewünscht wird, ohne Verzögerung und ohne ein unerwartetes Zurückrollen.
Vorteilhafterweise ist dem zweiten Teilgetriebe eine Kupplung vorgeschaltet, welche schlupfend eingestellt wird, wobei ein erster Teil des von dem ersten Antriebsaggregat gelieferten maximalen Antriebsmoments an die Räder weitergeleitet wird, während ein zweiter Teil des maximalen Antriebsmomentes zum Start des zweiten Antriebsaggregates verwendet wird. Mit diesem konstruktiv einfachen Mittel wird ein zuverlässiges Anfahren des Hybridfahrzeuges möglich.
Nach dem Start des zweiten Antriebsaggregates werden über die Kupplung das Antriebsmoment des ersten und des zweiten Antriebsaggregates über das zweite Teilgetriebe an die Räder weitergeleitet. Da nun ein ausreichendes Antriebmoment vorhanden ist, wird ein komfortables Fahren des
Hybridfahrzeuges in jeder Situation gewährleistet, auch bei Extremsituationen wie das Anfahren an einem Berg oder einem Bordstein.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung weist eine Vorrichtung zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges ein erstes und ein zweites Antriebaggregat auf, wobei das erste Antriebsaggregat auf einem ersten Teilgetriebe eines zwei Teilgetriebe aufweisenden Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist. Um bei einem Anfahrversuch mit dem ersten Antriebsaggregat ein Zurückrollen beim Anfahren des Hybridfahrzeuges zu verhindern, sind Mittel vorhanden, welche beim Anfahren des Hybridfahrzeuges mit dem ersten Antriebsaggregat das zweite Antriebsaggregat starten, ohne dass die an einem das Doppelkupplungsgetriebe enthaltenden Antriebsstrang anliegende Spannung unterbrochen wird.
Durch den Start des zweiten Antriebsaggregates wird sowohl von diesem als auch vom ersten Antriebsaggregat ein Antriebsmoment bereitgestellt, so dass ausreichend Energie zum Anfahren des Fahrzeuges zur Verfügung steht.
In einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Mittel eine erste Kupplung auf, welche einem ersten Teilgetriebe auf seiner radabgewandten Seite vorgeschaltet ist und eine zweite Kupplung auf, welche einem zweiten Teilgetriebe auf seiner radabgewandten Seite zugeordnet ist. Durch eine Schaltung der an sich im Antriebsstrang vorhandenen Kupplungen ist es komfortable und einfach möglich, das Antriebsmoment des ersten Antriebsaggregates auf das zweite Teilgetriebe umzulenken, ohne den Antriebsstrang zu öffnen, was bedeutet, dass immer ein konstantes Antriebsmoment an den Rädern anliegt.
Um das Antriebsmoment des ersten Antriebsaggregates sowohl über das erste Teilgetriebe als auch über das zweite Teilgetriebe an die Räder leiten zu können, greift das erste Antriebsaggregat zwischen der ersten Kupplung und dem ersten Teilgetriebe in den Antriebsstrang ein.
Das zweite Antriebaggregat greift zwischen der ersten und der zweiten Kupplung in den Antriebsstrang ein. Dadurch kann dass zweite Antriebsaggregat bei geschlossener erster Kupplung durch das Antriebsmoment des ersten Antriebaggregates, welches seine maximale Antriebsleistung bereitstellt, aktiviert werden.
Vorteilhafterweise ist das erste Antriebsaggregat ein Elektromotor und das zweite Antriebsaggregat ein Verbrennungsmotor. Durch diese Anordnung wird es möglich, die Funktionalität des elektrischen Fahrens beizubehalten. Das elektrische Fahren ermöglicht sowohl eine nutzerfreundliche Fahrfunktion als auch eine Kraftstoffersparnis. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Figur 1 : Prinzipdarstellung eines Torque-Split-Hybridfahrzeuges mit einem
Doppelkupplungsgetriebe nach dem Stand der Technik
Figur 2a: erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel - Ausgangszustand
Figur 2b: erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel - Schließen der
Kupplung und Einlegen eines Ganges
Figur 2c: erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel - Schließen der
Kupplung mit Schlupfmoment
Figur 2d: erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel - Starten des Verbrennungsmotors
Figur 2e: erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel - Anfahren mit Elektromotor und Verbrennungsmotor
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt ein bekanntes Torque-Split-Hybridfahrzeug mit einem Doppelkupplungsgetriebe. Ein Elektromotor 1 und ein Verbrennungsmotor 2 führen an einen Antriebsstrang 3, der den Elektromotor 1 und den Verbrennungsmotor 2 mit den Rädern 4 verbindet. Der Antriebsstrang 3 weist zwei Zweige auf, wobei der erste Zweig eine erste Kupplung C1 und die erste Getriebeeingangswelle T1 des Doppelkupplungsgetriebes umfasst. Weiterhin schließt sich nach der ersten Getriebeeingangswelle T1 eine Klauenkupplung S1 an, die mit den Rädern 4 verbunden ist.
Der zweite Zweig des Antriebsstranges 3 enthält eine zweite Kupplung C2, welche auf die zweite Getriebeeingangswelle T2 des Doppelkupplungsgetriebes führt. Die zweite Getriebeeingangswelle T2 ist mit einer zweiten Klauenkupplung S2 verbunden, die ebenfalls an die Räder 4 führt.
Auf der ersten Getriebeeingangswelle T1 befinden sich die ungeraden Gänge, wie z.B. 1 , 3, 5, 7, während auf der zweiten Getriebeeingangswelle T2 die geraden Gänge 2, 4, 6 angeordnet sind. Ist ein Gang eingelegt, kann auf der inaktiven Welle bereits der folgende Gang geschaltet werden. Durch Umkuppeln der beiden Getriebeeingangswellen T1 , T2 mit Hilfe der Kupplungen C1 und C2 wird der Gang schnell gewechselt.
Der Verbrennungsmotor 2 ist zwischen der ersten und der zweiten Kupplung C1 , C2 angeordnet. Der Elektromotor 1 ist an eine der beiden Getriebeeingangswellen T1 , T2 angebunden. Im vorliegenden Fall erfolgt die Anbindung an die zweite Getriebeeingangswelle T2, welche die geraden Gänge trägt. Durch diese Anordnung kann in bestimmten Betriebszuständen der Verbrennungsmotor 2 in einem anderen Gang, z.B. einem ungeraden Gang, betrieben werden als der Elektromotor 1 , der in einem geraden Gang eingelegt ist. Dadurch wird der Elektromotor 1 in einem wirkungsgradgünstigen Bereich betrieben, der sich vom wirkungsgradoptimierten Bereich des Verbrennungsmotors 2 unterscheidet.
Mit der zweiten Getriebeeingangswelle 12, an welche der Elektromotor 1 angebunden ist, kann rein elektrisch gefahren werden. Bei stehendem Fahrzeug kann der Verbrennungsmotor 2 nur bei der Neutralstellung, d.h. ohne eingelegten Gang der zweiten Getriebeeingangswelle T2 und geschlossener zweiter Kupplung C2 gestartet werden.
Soll elektrisch gefahren werden, ist an der zweiten Getriebeeingangswelle T2 ein Gang eingelegt und der Antriebsstrang 3 ist verspannt. Das Antriebsmoment des Elektromotors 1 wird bei geschlossener zweiter Klauenkupplung S2 an die Räder 4 geleitet. In diesem Zustand kann ein elektrischer Anfahrversuch scheitern, was beispielsweise an einer Steigung mit einem voll beladenen Fahrzeug auftreten kann.
Der Verbrennungsmotor 2 kann nicht gestartet werden, da keine ausreichend hohe Drehzahl zum Start des Verbrennungsmotors 2 vorhanden ist. Um einen niedrigeren Gang einzulegen, muss der 2. Gang ausgelegt werden. Dazu darf die zweite Klauenkupplung S2 kein Antriebsmoment übertragen und muss also geöffnet sein. Dies bedeutet, dass der Antriebsstrang 3 geöffnet werden muss und das vom Elektromotor 1 erzeugte Antriebsmoment nicht auf die Räder 4 übertragen werden kann, was zum Zurückrollen des Hybridfahrzeuges führt.
Mit Hilfe der Figuren 2a bis 2e soll nun ein erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel für einen Schaltablauf in einem Doppelkupplungsgetriebe eines Torque-Split-Hybridfahrzeug erläutert werden.
Figur 2a zeigt den Ausgangszustand. Das Hybridfahrzeug fährt rein elektrisch. Dazu sind die Kupplungen C1 und C2 geöffnet. Das Antriebsmoment, welches der Elektromotor 1 erzeugt, wird über die zweite Getriebeeingangswelle T2, auf welcher der zweite Gang geschaltet ist, über die geschlossene Klauenkupplung S2 an die Räder 4 weitergeleitet. In diesem Moment ist der Antriebsstrang 3 verspannt und ein konstantes Antriebsmoment liegt an den Rädern 4 an. Trotzdem bewegt sich das Fahrzeug nicht, da dass vom Elektromotor 1 ausgegebene Antriebsmoment für einen Anfahrvorgang nicht ausreicht. Diese Situation kann bei einem Anfahrversuch des voll beladenen Hybridfahrzeuges an einem Berg oder an einem Bordstein auftreten.
Um das Hybridfahrzeug trotzdem ohne ein Zurückrollen weiter zu bewegen, wird die zweite Kupplung C2 geschlossen. Das von dem Elektromotor 1 gelieferte Antriebsmoment verteilt sich, wie in Figur 2b dargestellt ist, einmal über die zweite Getriebeeingangswelle T2 und die zweite Klauenkupplung S2 auf die Räder 4 sowie über die geschlossene zweite Kupplung C2 in Richtung Verbrennungsmotor 2. Da die erste Getriebeeingangswelle T1 noch inaktiv ist, wird der erste Gang eingelegt und die erste Klauenkupplung S1 geschlossen.
Wie in Figur 2c gezeigt, wird anschließend die erste Kupplung C1 soweit geschlossen, dass sie das Antriebsmoment, welches von dem Elektromotor 1 übertragen wird, schlupfend stellt. Sobald das Antriebsmoment des Elektromotors 1 vollständig über die erste Kupplung C1 geleitet wird, ist die Klauenkupplung S2 momentenfrei und kann geöffnet werden. Somit wird der zweite Gang eingelegt und das zweite Teilgetriebe T2 in einen neutralen Zustand versetzt. Die zweite Getriebeeingangswelle T2 ist somit inaktiv und überträgt kein Antriebsmoment mehr direkt auf die Räder 4. Das Antriebsmoment wird nun auf die erste Getriebeeingangswelle T1 umgeleitet.
Sobald dies geschehen ist, wird von dem Elektromotor 1 das maximale Antriebsmoment gefordert. Die erste Kupplung C1 schlupft und überträgt nur einen Teil des von dem Elektromotor 1 bereitgestellten maximalen Antriebsmomentes. Dabei wird dieser Teil des Antriebsmomentes so bemessen, dass das resultierende Vortriebsmoment an den Rädern 4 denselben Wert erreicht, den es zu Beginn des Vorganges, wie er in Figur 2a dargestellt ist, bereits hatte. Dadurch wird sichergestellt, dass die Fahrzeugreaktion, die der Fahrer erfährt, während des gesamten Vorganges konstant bleibt. Der verbleibende Teil des von dem Elektromotor 1 erzeugten maximalen Antriebsmomentes wirkt auf den Verbrennungsmotor 2 ein und schleppt diesen hoch, wodurch ein Start des Verbrennungsmotors 2 ermöglicht wird (Figur 2d).
Figur 2e zeigt, dass wenn der Verbrennungsmotor 2 läuft, die erste Kupplung C1 geschlossen wird. Ab diesem Moment werden die von dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 1 bereitgestellten Antriebsmomente zusammen über die erste Getriebeeingangswelle T1 , welche in den ersten Gang geschaltet ist, auf die Räder 4 übertragen, da die entsprechende Klauenkupplung S1 geschlossen ist. Das Hybridfahrzeug fährt nun auch an der Bordsteinkante oder am Berg zuverlässig an, ohne zurückzurollen.
Die Erfindung ist auch anwendbar, wenn im Gegensatz zu dem beschriebenen Beispiel der Elektromotor 1 an der ersten Getriebeeingangswelle T1 angreift, welches die ungeraden Gänge trägt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes (1 ) und ein zweites Antriebaggregat (2) aufweist, wobei das erste Antriebsaggregat (1 ) auf einem ersten Teilgetriebe (T2) eines zwei Teilgetriebe (T1 , S1 ; T2; S2) aufweisenden Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren des Hybridfahrzeuges mit dem ersten Antriebsaggregat (1 ) das zweite
Antriebsaggregat (2) gestartet wird, ohne dass die an einem das Doppelkupplungsgetriebe enthaltenden Antriebsstrang (3) anliegende Spannung unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das von dem ersten Antriebsaggregat (1 ) bereitgestellte Antriebsmoment auf das zweite Teilgetriebe (T1 , S1 ) umgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Teilgetriebe (T1 , S1 ) in einen Gang geschaltet wird, dessen
Übersetzungsverhältnis größer ist als das Übersetzungsverhältnis, welches der Gang des erstes Teilgetriebes (T2, S2) aufweist.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass dem zweiten Teilgetriebe (T 1 ; S1 ) eine Kupplung (C1 ) vorgeschaltet ist, welche schlupfend eingestellt wird, wobei ein erster Teil des von dem ersten Antriebsaggregat (1 ) gelieferten maximalen Antriebsmoments an die Räder (4) weitergeleitet wird, während ein zweiter Teil des maximalen Antriebsmomentes zum Start des zweiten Antriebsaggregates (2) verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Start des zweiten Antriebsaggregates (2) über die Kupplung (C1 ) das Antriebsmoment des ersten (1 ) und des zweiten Antriebsaggregates (2) über das zweite Teilgetriebe (T1 ; S1 ) an die Räder (4) weitergeleitet werden.
6. Vorrichtung zum Anfahren eines Hybridfahrzeuges, welches ein erstes (1 ) und ein zweites Antriebaggregat (2) aufweist, wobei das erste Antriebsaggregat (1) auf einem ersten Teilgetriebe (T2, S2) eines zwei Teilgetriebe (T1 , S1 ; T2, S2) aufweisenden Doppelkupplungsgetriebes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (C1 , C2) vorhanden sind, welche beim Anfahren des Hybridfahrzeuges mit dem ersten Antriebsaggregat (1 ) das zweite Antriebsaggregat (2) starten, ohne dass die an einem das Doppelkupplungsgetriebe enthaltenden Antriebsstrang (3) anliegende Spannung unterbrochen wird.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel eine erste Kupplung (C2) aufweisen, welche einem ersten Teilgetriebe (T2, S2) auf seiner radabgewandten Seite vorgeschaltet ist und eine zweite Kupplung (C1 ) umfassen, welche einem zweiten Teilgetriebe (T1 ,
S1) auf seiner radabgewandten Seite zugeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (1 ) zwischen der ersten Kupplung (C2) und dem ersten Teilgetriebe (T2, S2) in den Antriebsstrang (3) eingreift.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat (2) zwischen der ersten (C2) und der zweiten Kupplung (C1 ) in den Antriebsstrang (3) eingreift.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (1 ) ein Elektromotor und das zweite Antriebsaggregat (2) ein Verbrennungsmotor ist.
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