WO2013007232A1 - Verfahren zur steuerung einer trennkupplung in einem hybridischen antriebsstrang und antriebsstrang - Google Patents

Verfahren zur steuerung einer trennkupplung in einem hybridischen antriebsstrang und antriebsstrang Download PDF

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WO2013007232A1
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internal combustion
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Willi Ruder
Martin Dilzer
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • Y10S903/902—Prime movers comprising electrical and internal combustion motors

Definitions

  • the invention relates to a hybrid powertrain and a method for controlling a friction clutch of a hybrid powertrain of a motor vehicle with an engine coupled by means of a freewheel with a transmission input shaft of a transmission for transmitting the engine torque and an internal combustion engine starting and / or the motor vehicle driving electric machine, which friction clutch from a starting torque for starting the internal combustion engine by means of the electric machine and a thrust torque acting on the internal combustion engine in overrun operation of the drive train transmits transmitted torque to the internal combustion engine.
  • Hybrid powertrains are well known in mass production applications.
  • an electric machine in addition to a transmission input shaft driving an internal combustion engine, an electric machine is provided which serves as a generator in the overrun phase of the drive train and also in an electromotive mode, the internal combustion engine and / or the motor vehicle with the hybrid powertrain alone or in conjunction with the internal combustion engine supports supportive.
  • a friction clutch is effective as a separating clutch, which decouples them from each other.
  • a freewheel is arranged between the crankshaft of the internal combustion engine and the transmission input shaft of the transmission, which is arranged in the direction of a torque transmission from the internal combustion engine to the transmission blocking and overrolling in the thrust direction.
  • the friction clutch is at least partially closed for this purpose. Furthermore, the friction clutch is closed when, for example, when the motor vehicle is stationary, the internal combustion engine is to be started in a cold or warm start by means of the electric machine or during a motor vehicle traveling or sailing solely by means of the electric motor.
  • a starting torque is transmitted via the friction clutch, which is formed exclusively by the electric machine and / or by the kinetic energy of the motor vehicle.
  • the summation torque is therefore a proportion of thrust torque and starting torque together and can the required transmission torque, the start of the internal combustion engine Be
  • the object of the invention is therefore to propose an improved method for controlling a friction clutch in a hybrid powertrain and a hybrid powertrain with a smaller sized friction clutch.
  • the object is achieved by a method for controlling a friction clutch of a hybrid powertrain of a motor vehicle with an engine coupled by means of a freewheel with a transmission input shaft of a transmission for transmitting the engine torque and an electric machine which starts the engine and / or the motor vehicle, which friction clutch from a starting torque to the start of the internal combustion engine by means of the electric motor and acting on the engine thrust torque in overrun of the drive train formed summation torque to the internal combustion engine, solved, wherein the voltage applied to the friction clutch summation torque is limited to a predetermined transferable via the friction clutch transmission torque.
  • the friction clutch can be designed for the actually required transmission torque and thus for a lower transmission capacity, whereby costs can be saved.
  • the friction clutch is depending on friction values of the Reibeläge the clutch disc and contact forces of a clutch actuator by specifying an actuator travel of the clutch travel closed only so far until the necessary transmission torque is transmitted. Higher torque components of the total torque are hidden by a slipping operation of the friction clutch.
  • the friction clutch advantageously closes completely only when the coefficients of friction assume a minimum, calculated value and the calculated tolerance values are at the limit values.
  • the clutch actuator is self-locking, for example, designed as a spindle actuator with a self-locking thread pitch of the spindle.
  • the control of the friction clutch by means of a control device that outputs a Aktorweg for the clutch actuator from a predetermined transmission torque by means of a characteristic.
  • the characteristic curve is clamped by the coefficient of friction and the Aktorweg and is adapted as needed, for example, regularly and / or after a number of coupling operations.
  • An adaptation of the characteristic curve can be carried out, for example, by determining the Y-axis section in the form of a touch point, in which the friction clutch is just beginning to transmit moment, and a slope in the form of an actuator travel determined at a given moment.
  • a drive train for carrying out the proposed method with a by means of a freewheel with a transmission input shaft of a transmission for transmitting the engine torque coupled engine and the internal combustion engine starting and / or the motor vehicle driving electric machine, a friction clutch, to which one from a Starting torque for starting the internal combustion engine by means of the electric motor and a force acting on the engine thrust torque in the overrun mode of the drive train formed summed torque applied, solved, the friction clutch is designed while maintaining a safety margin to a predetermined summation torque limiting transmission torque. Due to the limited transmission torque, the friction clutch can be designed for smaller moments to be transmitted. It is understood that in this case corresponding security surcharges, taking into account the tolerances of the individual coupling components, are provided.
  • FIG. 1 shows a partial section through a hybrid powertrain 1 of a motor vehicle with an internal combustion engine, of which only the crankshaft 2 is shown, the transmission input shaft 3 of the transmission, not shown, the friction clutch 4 and the electric machine 5.
  • the crankshaft 2 is about the torsional vibration damper 7 with the intermediate shaft 8 meshes and initiates the torque of the internal combustion engine via the input part 9 of the freewheel 10 in the transmission input shaft 3 a.
  • the electrical machine accommodated on the housing 6 by means of the stator 11 is connected in a rotationally fixed manner to the output part 14 of the freewheel 10 by means of the rotor 13. Furthermore, the rotor 13 is rotatably connected to the input part 15 of the friction clutch 4.
  • the output part of the friction clutch 4 is formed by the clutch disc 16 which is rotatably connected to the intermediate shaft 8.
  • the clutch actuator 17 displaces the pressure plate 19 by means of the plate spring 18 axially and clamped by means of the leaf springs 20 rotatably and axially displaceable on the supported by the bearing 12 rotatably relative to the housing member 22 received support member 21 supported pressure plate 19 against the axially fixed counter pressure plate 23, so that the Friction linings 24 of the clutch disc 16 are braced and by forming a frictional engagement with pressure plate 19 and counter-pressure plate 23, the transmission torque from the rotor 13 and the transmission input shaft 3, bypassing the overrun in this torque direction freewheel 10 on the intermediate shaft and from there via the torsional vibration damper 7 on the crankshaft. 2 is transmitted.
  • the start of the internal combustion engine takes place with the motor vehicle on the friction clutch 4 by applying the starting torque by the electric machine 5, wherein the friction clutch is just closed to the extent that the starting torque of the internal combustion engine is transmitted.
  • the internal combustion engine can be started when the motor vehicle is moving by passing the kinetic energy applied when the transmission is engaged, which is provided, for example, by a sailing operation or sole drive of the electric machine 5, to the crankshaft 2 via the friction clutch 4.
  • thrust torque can be transmitted from the transmission input shaft 3 to the rotor 13 and at the moment of transferring frictional clutch 4, which serves to obtain electrical energy or a thrust braking of the motor vehicle by means of the internal combustion engine.
  • the friction clutch 4 is just closed or slipping operated so far that only the predetermined transmission torque is transmitted.
  • the transmission torque is thereby designed so that both the starting torque and a desired thrust torque are transmitted securely, moreover, the friction clutch is used for their self-protection as overload protection, so that at larger upcoming thrust moments overloading of the friction clutch is prevented by setting slip.
  • the friction clutch can be adapted to the maximum required moments and designed accordingly. In this way, a design attributable to peak moments, whereby the friction clutch can be dimensioned smaller despite life-long design.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hybridischen Antriebsstrang (1) und ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung (4) eines hybridischen Antriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer mittels eines Freilaufs (10) mit einer Getriebeeingangswelle (3) eines Getriebes zur Übertragung des Motormoments gekoppelten Brennkraftmaschine und einer die Brennkraftmaschine startenden und/oder das Kraftfahrzeug antreibenden Elektromaschine (5), welche Reibungskupplung (4) ein aus einem Anlassmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine (5) und einem auf die Brennkraftmaschine (5) wirkenden Schubmoment im Schubbetrieb des Antriebsstrangs (1) gebildetes Summenmoment auf die Brennkraftmaschine überträgt. Um die Reibungskupplung (4) sicher betreiben zu können und eine Überdimensionierung der Reibungskupplung (4) infolge hoher Summenmomente zu vermeiden, wird ein an der Reibungskupplung (4) anliegendes Moment auf ein vorgegebenes, über die Reibungskupplung übertragbares Übertragungsmoment begrenzt.

Description

Verfahren zur Steuerung einer Trennkupplung in einem hybridischen Antriebsstranq und Antriebsstrang
Die Erfindung betrifft einen hybridischen Antriebsstrang und ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung eines hybridischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer mittels eines Freilaufs mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes zur Übertragung des Motormoments gekoppelten Brennkraftmaschine und einer die Brennkraftmaschine startenden und/oder das Kraftfahrzeug antreibenden Elektromaschine, welche Reibungskupplung ein aus einem Anlassmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine und einem auf die Brennkraftmaschine wirkenden Schubmoment im Schubbetrieb des Antriebsstrangs gebildetes Übertragungsmoment auf die Brennkraftmaschine überträgt.
Hybridische Antriebsstränge sind hinreichend aus Serienanwendungen bekannt. Hierbei wird neben einer eine Getriebeeingangswelle antreibenden Brennkraftmaschine eine Elektromaschine vorgesehen, die in der Schubphase des Antriebsstrangs als Generator dient und zudem in einer elektromotorischen Betriebsart die Brennkraftmaschine und/oder das Kraftfahrzeug mit dem hybridischen Antriebsstrang alleinig oder in Verbindung mit der Brennkraftmaschine unterstützend antreibt. Zwischen der Brennkraftmaschine und der Elektromaschine ist dabei eine Reibungskupplung als Trennkupplung wirksam, die diese voneinander abkoppelt.
In einem speziellen hybridischen Antriebsstrang ist zwischen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und der Getriebeeingangswelle des Getriebes ein Freilauf angeordnet, der in Richtung einer Momentenübertragung von der Brennkraftmaschine auf das Getriebe sperrend und in Schubrichtung überrollend angeordnet ist. Um ein Schubmoment beispielsweise zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs zusätzlich zur gegebenenfalls vorgenommenen Rekuperation der Elektromaschine auf die Brennkraftmaschine übertragen zu können, wird hierzu die Reibungskupplung zumindest partiell geschlossen. Weiterhin wird die Reibungskupplung geschlossen, wenn beispielsweise bei stehendem Kraftfahrzeug die Brennkraftmaschine im Kaltoder Warmstart mittels der Elektromaschine oder während eines ausschließlich mittels der E- lektromaschine fortbewegten oder segelnden Kraftfahrzeugs gestartet werden soll. Hierzu wird über die Reibungskupplung ein Anlassmoment übertragen, das ausschließlich von der Elektromaschine und/oder von der kinetischen Energie des Kraftfahrzeugs gebildet wird. Das Summenmoment setzt sich daher anteilig aus Schubmoment und Anlassmoment zusammen und kann das erforderliche Übertragungsmoment, das zum Start der Brennkraftmaschine be-
|Bestätigungskopie| ziehungsweise einer Schubmomentabstützung nötige Moment bei standardmäßig geschlossener Reibungskupplung weit übertreffen, so dass die Komponenten der Reibungskupplung wie beispielsweise zwischen Anpressplatte und Gehäuse angeordnete Blattfedern, Vernietungen, die Kupplungsscheibe und dergleichen entsprechend hoch dimensioniert werden müssen. Insbesondere bei sich ändernden Belagreibwerten der Reibbeläge der Kupplungsscheibe können dabei besonders hohe, in dieser Höhe unnötige Momente übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung in einem hybridischen Antriebsstrang und einen hybridischen Antriebsstrang mit geringer dimensionierter Reibungskupplung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung eines hybridischen Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer mittels eines Freilaufs mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes zur Übertragung des Motormoments gekoppelten Brennkraftmaschine und einer die Brennkraftmaschine startenden und/oder das Kraftfahrzeug antreibenden Elektromaschine, welche Reibungskupplung ein aus einem Anlassmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine und einem auf die Brennkraftmaschine wirkenden Schubmoment im Schubbetrieb des Antriebsstrangs gebildetes Summenmoment auf die Brennkraftmaschine überträgt, gelöst, wobei das an der Reibungskupplung anliegende Summenmoment auf ein vorgegebenes, über die Reibungskupplung übertragbares Übertragungsmoment begrenzt wird. Durch die Begrenzung des übertragbaren Moments kann die Reibungskupplung auf das tatsächlich nötige Übertragungsmoment und damit für eine geringere Übertragungskapazität ausgelegt werden, wodurch Kosten gespart werden können. Die Reibungskupplung wird dabei abhängig von Reibwerten der Reibeläge der Kupplungsscheibe und Anpresskräften eines Kupplungsaktors durch Vorgabe eines Aktorwegs des Kupplungswegs nur soweit geschlossen, bis das notwendige Übertragungsmoment übertragen wird. Höhere Momentenanteile des Summenmoments werden dabei durch einen schlupfenden Betrieb der Reibungskupplung ausgeblendet. Die Reibungskupplung schließt dabei vorteilhafterweise nur dann vollständig, wenn die Reibwerte einen minimalen, kalkulierten Wert einnehmen und die kalkulierten Toleranzwerte an den Grenzwerten liegen.
Um Verlustenergien während des Haltens der Reibungskupplung zu vermeiden, ist der Kupplungsaktor selbsthemmend beispielsweise als Spindelaktor mit einer selbsthemmenden Gewindesteigung der Spindel ausgebildet. Die Steuerung der Reibungskupplung erfolgt mittels eines Steuergeräts, das aus einem vorgegebenen Übertragungsmoment mittels einer Kennlinie einen Aktorweg für den Kupplungsaktor ausgibt. Die Kennlinie wird dabei von dem Reibwert und dem Aktorweg aufgespannt und wird in vorteilhafter Weise bedarfsweise, beispielsweise regelmäßig und/oder nach einer Anzahl von Kupplungsvorgängen adaptiert. Eine Adaption der Kennlinie kann beispielsweise durch Bestimmen des Y-Achsenabschnitts in Form eines Tastpunkts, bei dem die Reibungskupplung gerade beginnt Moment zu übertragen, und einer Steigung in Form eines bei vorgegebenem Moment ermittelten Aktorwegs erfolgen.
Im Weiteren wird die Aufgabe durch einen Antriebsstrang zur Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens mit einer mittels eines Freilaufs mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes zur Übertragung des Motormoments gekoppelten Brennkraftmaschine und einer die Brennkraftmaschine startenden und/oder das Kraftfahrzeug antreibenden Elektromaschine, einer Reibungskupplung, an welcher ein aus einem Anlassmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine und einem auf die Brennkraftmaschine wirkenden Schubmoment im Schubbetrieb des Antriebsstrangs gebildetes Summenmoment anliegt, gelöst, wobei die Reibungskupplung unter Einhaltung eines Sicherheitszuschlags auf ein vorgegebenes das Summenmoment begrenzendes Übertragungsmoment ausgelegt ist. Durch das begrenzte Übertragungsmoment kann die Reibungskupplung auf kleinere zu übertragende Momente ausgelegt werden. Es versteht sich, dass hierbei entsprechende Sicherheitszuschläge, die Toleranzen der einzelnen Kupplungskomponenten berücksichtigen, vorgesehen sind.
Die Erfindung wird anhand der einzigen Figur näher erläutert. Diese zeigt einen Teilschnitt durch einen hybridischen Antriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, von der lediglich die Kurbelwelle 2 dargestellt ist, der Getriebeeingangswelle 3 des nicht näher dargestellten Getriebes, der Reibungskupplung 4 und der Elektromaschine 5. Die Kurbelwelle 2 ist über den Drehschwingungsdämpfer 7 mit der Zwischenwelle 8 verzahnt und leitet das Drehmoment der Brennkraftmaschine über das Eingangsteil 9 des Freilaufs 10 in die Getriebeeingangswelle 3 ein. Die mittels des Stators 11 an dem Gehäuse 6 aufgenommene Elektromaschine ist mittels des Rotors 13 mit dem Ausgangsteil 14 des Freilaufs 10 drehfest verbunden. Weiterhin ist der Rotor 13 drehfest mit dem Eingangsteil 15 der Reibungskupplung 4 verbunden. Das Ausgangsteil der Reibungskupplung 4 ist durch die Kupplungsscheibe 16 gebildet, die drehfest mit der Zwischenwelle 8 verbunden ist. Der Kupplungsaktor 17 verlagert die Anpressplatte 19 mittels der Tellerfeder 18 axial und verspannt die mittels der Blattfedern 20 drehfest und axial verlagerbar an dem mittels der Lagerung 12 verdrehbar gegenüber dem Gehäusebauteil 22 aufgenommenen Stützteil 21 abgestützte Anpressplatte 19 gegen die axial feste Gegendruckplatte 23, so dass die Reibbeläge 24 der Kupplungsscheibe 16 verspannt werden und durch Ausbildung eines Reibeingriffs mit Anpressplatte 19 und Gegendruckplatte 23 das Übertragungsmoment vom Rotor 13 beziehungsweise der Getriebeeingangswelle 3 unter Umgehung des in dieser Drehmomentrichtung überrollten Freilaufs 10 auf die Zwischenwelle und von dort über den Drehschwingungsdämpfer 7 auf die Kurbelwelle 2 übertragen wird.
Der Start der Brennkraftmaschine erfolgt bei stehendem Kraftfahrzeug über die Reibungskupplung 4 durch Aufbringen des Anlassmoments durch die Elektromaschine 5, wobei die Reibungskupplung gerade soweit geschlossen wird, dass das Startmoment der Brennkraftmaschine übertragen wird. Weiterhin kann ein Start der Brennkraftmaschine bei fahrendem Kraftfahrzeug erfolgen, indem die bei eingelegter Übersetzung des Getriebes anliegende kinetische Energie, die beispielsweise durch einen Segelbetrieb oder alleinigen Antrieb der Elektromaschine 5 bereitgestellt wird, über die Reibungskupplung 4 auf die Kurbelwelle 2 geleitet wird. Schließlich kann von der Getriebeeingangswelle 3 auf den Rotor 13 und bei Moment ü- bertragender Reibungskupplung 4 Schubmoment übertragen werden, das der Gewinnung e- lektrischer Energie beziehungsweise einer Schubabbremsung des Kraftfahrzeugs mittels der Brennkraftmaschine dient. In beiden Fällen wird die Reibungskupplung 4 gerade soweit geschlossen beziehungsweise schlupfend betrieben, dass lediglich das vorgegebene Übertragungsmoment übertragen wird. Das Übertragungsmoment wird dabei so ausgelegt, dass sowohl das Anlassmoment als auch ein gewünschtes Schubmoment sicher übertragen werden, darüber hinaus die Reibungskupplung zu ihrem Selbstschutz als Überlastschutz dient, so dass bei größeren anstehenden Schubmomenten eine Überlastung der Reibungskupplung durch Einstellung von Schlupf verhindert wird. Durch die Vorgabe des Übertragungsmoments kann die Reibungskupplung auf die maximal erforderlichen Momente angepasst und entsprechend ausgelegt werden. Auf diese Weise kann eine Auslegung auf Spitzenmomente entfallen, wodurch die Reibungskupplung trotz lebensdauerfester Auslegung geringer dimensioniert werden kann. Bezuqszeichenliste
Antriebsstrang
Kurbelwelle
Getriebeeingangswelle
Reibungskupplung
Elektromaschine
Gehäuse
Drehschwingungsdämpfer
Zwischenwelle
Eingangsteil
Freilauf
Stator
Lagerung
Rotor
Ausgangsteil
Eingangsteil
Kupplungsscheibe
Kupplungsaktor
Tellerfeder
Anpressplatte
Blattfeder
Stützteil
Gehäusebauteil
Gegendruckplatte
Reibbelag

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung einer Reibungskupplung (4) eines hybridischen Antriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeugs mit einer mittels eines Freilaufs (10) mit einer Getriebeeingangswelle (3) eines Getriebes zur Übertragung des Motormoments gekoppelten Brennkraftmaschine und einer die Brennkraftmaschine startenden und/oder das Kraftfahrzeug antreibenden Elektromaschine (5), welche Reibungskupplung (4) ein aus einem Anlassmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine (5) und einem auf die Brennkraftmaschine wirkenden Schubmoment im Schubbetrieb des Antriebsstrangs gebildetes Summenmoment auf die Brennkraftmaschine überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass das an der Reibungskupplung (4) anliegende Summenmoment auf ein vorgegebenes, über die Reibungskupplung (4) übertragbares Ü- bertragungsmoment begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (4) mittels eines selbsthemmenden Kupplungsaktors (17) betätigt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ü- bertragung des Übertragungsmoments diesem mittels einer Kennlinie ein Aktorweg zugeordnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kennlinie bedarfsweise adaptiert wird.
5. Antriebsstrang (1 ) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer mittels eines Freilaufs (10) mit einer Getriebeeingangswelle (3) eines Getriebes zur Übertragung des Motormoments gekoppelten Brennkraftmaschine und einer die Brennkraftmaschine startenden und/oder das Kraftfahrzeug antreibenden E- lektromaschine (5) und einer Reibungskupplung (4), an welcher ein aus einem Anlassmoment zum Start der Brennkraftmaschine mittels der Elektromaschine (5) und einem auf die Brennkraftmaschine wirkenden Schubmoment im Schubbetrieb des Antriebsstrangs (1) gebildetes Summenmoment anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibungskupplung (4) unter Einhaltung eines Sicherheitszuschlags auf ein vorgegebenes das Summenmoment begrenzendes Übertragungsmoment ausgelegt ist.
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