WO2022048858A1 - Kraftfahrzeug mit mindestens zwei antriebsmotoren und mit einem automatikgetriebe, das eine feste und eine leistungsverzweigte übersetzungsstufe aufweist - Google Patents

Kraftfahrzeug mit mindestens zwei antriebsmotoren und mit einem automatikgetriebe, das eine feste und eine leistungsverzweigte übersetzungsstufe aufweist Download PDF

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WO2022048858A1
WO2022048858A1 PCT/EP2021/071963 EP2021071963W WO2022048858A1 WO 2022048858 A1 WO2022048858 A1 WO 2022048858A1 EP 2021071963 W EP2021071963 W EP 2021071963W WO 2022048858 A1 WO2022048858 A1 WO 2022048858A1
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curvature
gear ratio
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PCT/EP2021/071963
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Sebastian Liebert
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • Motor vehicle with at least two drive motors and with an automatic transmission that has a fixed and a power-split gear ratio
  • the invention relates to a motor vehicle with at least two drive motors, with at least one drive motor being an electric machine, with a high-voltage battery, with an automatic transmission that has at least one fixed gear ratio and at least one power-split gear ratio for adjusting the ratio starting from the at least one fixed gear ratio, and with a electronic control unit.
  • Transmissions that are suitable for hybridization are, for example, power-shift automatic transmissions that provide the various fixed gear ratios via friction-locking shifting elements.
  • at least one shifting element is operated with slip during the gear change.
  • the Friction work during slip operation is converted into heat, which has to be transported away from the friction-locking shifting elements via a sufficient flow of cooling oil.
  • the frictionally engaged shifting elements generate corresponding drag losses in the open state.
  • the switching elements are usually controlled hydraulically. In order for them to be able to transmit power when closed, the friction plates of the shifting elements must be permanently pressed against one another with a correspondingly high hydraulic pressure.
  • the hydraulic pump required for this is used both for cooling and for actuating the switching elements. However, it requires a certain amount of power to operate, which reduces the overall efficiency.
  • an automatic transmission is provided with an internal combustion engine, with at least two fixed gear ratios, with three transmission shafts, with an epicyclic gear, with two shifting elements and with a variator.
  • a first side of the variator can be coupled in a torque-transmitting manner to a first gear shaft and a second side of the variator can be coupled to the planetary gear via a second gear shaft to adjust the transmission ratio.
  • the second side of the variator is in 3-shaft operation together with the internal combustion engine and an output of the automatic transmission, which means that the second side of the variator has a gear ratio-adjusting effect on the internal combustion engine via the planetary gear.
  • the variator enables a continuous translation adjustment.
  • the variator is preferably formed by two electric machines.
  • one of the electric machines is operated as a generator and the other electric machine is operated as a motor.
  • the invention relates to a motor vehicle with at least two drive motors, with at least one drive motor being an electric machine, with a high-voltage battery and with an automatic transmission that has at least one fixed transmission stage (fixed gear) and at least one power-split transmission stage (E-CVT) for the transmission ratio adjustment based on the at least has a fixed gear ratio. For example, leaving a single fixed gear in the power-split transmission stage (E-CVT) is also relevant.
  • the invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine, with at least one electric machine, with an automatic transmission that has at least two fixed gear ratios and a variator for adjusting the ratio between the two fixed gear ratios, the variator comprising two electric machines, for example.
  • An electric machine can also suffice.
  • the variator consists of the electric machine and a high-voltage battery.
  • the motor vehicle according to the invention also includes an electronic control unit with a speed control module that can be activated during a gear ratio change.
  • the speed control module is designed in such a way that a target speed is calculated in advance, by means of which both the speed gradient and the speed curvature can be limited, the target speed of the at least one drive motor being continuously compared with a maximum permitted speed gradient and with a maximum permitted rotational speed curvature .
  • the invention has, for example, a variator formed by two electric machines. During the gear ratio change, a first electric machine is operated as a generator and a second electric machine is operated as a motor. However, the first electric machine can also be operated as a motor before a gear ratio adjustment.
  • the switching elements are preferably form-fitting switching elements (e.g. claws). This has the advantage that the switching elements can be held or secured in the closed position with little force. In this way, the energy consumption for maintaining the fixed gear ratios can be reduced and the overall efficiency can thus be increased. In addition, there are (almost) no drag losses when positive-locking shifting elements are open.
  • the first shifting element is provided for engaging the first fixed gear ratio and the second shifting element is provided for engaging the second fixed gear ratio.
  • each fixed gear ratio is assigned a preferably separate switching element, by means of which the gear ratio is engaged and, in particular, kept closed.
  • several shifting elements can also be provided for engaging a fixed gear ratio and/or individual shifting elements for engaging a plurality of fixed gear ratios.
  • the variator can be used to switch between two fixed gear ratios by continuously adjusting the ratio (E-CVT) while maintaining traction at the same time.
  • E-CVT ratio
  • power only flows through the variator when shifting between the fixed gear ratios, which usually has a poorer efficiency compared to a purely mechanical power transmission.
  • the gear ratio is engaged, no power flows through the variator.
  • the corresponding shifting elements provide the power transmission of the fixed gear ratios, the automatic transmission can thereby have a high level of efficiency.
  • the first electric machine of the variator can be coupled to the transmission shaft in a torque-transmitting manner at least at times in order to feed torque into the transmission or to withdraw it.
  • the second electric machine of the variator can be coupled at least at times via the shaft to the epicyclic gear in a ratio-adjusting manner.
  • the second side of the variator has a ratio-adjusting effect on the internal combustion engine via the planetary gear, in particular by the second side of the variator being in 3-shaft operation together with the internal combustion engine and an output of the automatic transmission.
  • Essential to the invention according to the present application is therefore a speed control module that is designed in such a way that a target speed is calculated in advance, by means of which both the speed gradient and the speed curvature can be limited, with the target speed of the at least one drive motor being continuously compared with a maximum permissible speed gradient and is compared to a maximum allowable speed warp.
  • the invention is based on the following considerations:
  • frictional or combined frictional shifting elements have hitherto been used, which can be used to assist in synchronizing the desired gear even at greater differential speeds. This occurs through low-level frictional torques, which are imperceptible to the driver but have a stabilizing effect on the speed control task.
  • the speed control task in power-split operation must be managed exclusively by the combustion engine and electric machine.
  • the internal combustion engine has the decisive disadvantage compared to the electric machine that it can adjust its torque depending on its possible operating points with greatly varying torque gradients.
  • the maximum possible adjustable torque gradient is decisive for the dynamics of the speed control task, i.e. for the adjustment time of the speed of the combustion engine between two gear ratios of the transmission.
  • target speed desired speed curve
  • a target speed pre-calculation is therefore proposed which is able to limit both the speed gradient and its derivative (speed curvature). This precalculation must continuously monitor the actual target speed of the internal combustion engine or the electric machine and determine the target speeds for the next magazine based on the maximum permissible speed gradient and maximum permissible speed curvature.
  • a speed controller with a very precise pre-control can now be set up, which already operates the controlled system very well controlled without controller intervention.
  • This property allows operation with comparably large dead times in the control circuit and thus, for example, the control of the combustion engine and electric machine via a vehicle bus such as CAN or Flexray.
  • the actual speed controller "only" corrects the error between the controlled system and the pre-control and is therefore able to regulate the differential speeds required for positive shifting elements.
  • DHT Dedicated Hybrid Transmission
  • the electric machine here the first electric machine of the variator
  • form-fit shifting elements for gear formation and power transmission in DHT drives offers the opportunity for maximum efficiency in power transmission and minimum power requirements due to demand-oriented actuation.
  • positive-locking shifting elements also harbor challenges.
  • classic manual transmissions or similar automated systems the power transmission is completely interrupted before the form-fit shifting elements are actuated. This freedom from load allows positive-locking switching elements to be opened or disengaged without affecting the drive and with comparatively little effort.
  • FIGS. 13 and 13 schematically shows relevant speed curves for regulation by means of the speed control module (DRM) from FIGS. 13 and 13, which is essential to the invention
  • FIG. 15 shows a schematic of an exemplary embodiment of the speed control module (DRM) according to FIG. 13, which is essential to the invention.
  • DRM speed control module
  • a gear change command follows in an electronic control unit SG as a result of a corresponding input signal.
  • FIG. 2 shows the most important components of the invention, which also apply to Figures 4, 6, 8, 10 and 12:
  • a hybrid vehicle is shown schematically, which has an automatic transmission, an internal combustion engine VM, a first electric machine EMA, a second electric machine EMB, a high-voltage battery HVS and an electronic control unit SG.
  • the automatic transmission includes an epicyclic gear UG in the form of a power-split planetary gear, a variator, which includes the two electric machines EMA and EMB, and a first shifting element K1, which is provided for engaging a first fixed gear ratio G1 (also called fixed gear G1 below), and a second switching element B2, which is provided for engaging a second fixed gear ratio G2.
  • the automatic transmission comprises two transmission shafts, namely an input shaft in the form of a drive shaft, by means of which the automatic transmission is coupled in a torque-transmitting manner to the internal combustion engine VM, and an output shaft in the form of an output shaft, by means of which the automatic transmission is coupled in a torque-transmitting manner to the wheels R of the motor vehicle.
  • the automatic transmission can also have three or more fixed gear ratios, in which case it would also have a correspondingly larger number of shifting elements that are provided for engaging further gear ratios.
  • Individual shifting elements can also be provided for a number of gear ratios and/or a combination of a number of shifting elements for a gear ratio.
  • the planetary gear UG has the carrier 1 , the ring gear 2 and the sun 3 .
  • the planetary gear UG is coupled in a torque-transmitting manner both to the input shaft and to the output shaft.
  • the planetary gear UG includes a shaft via which it can be coupled in a torque-transmitting manner to the input shaft by means of the first shifting element K1, which forms a clutch here, and with the second shifting element B2, which forms a brake here, can be coupled in a torque-transmitting manner.
  • the shaft has a speed-adjusting effect on the internal combustion engine VM.
  • the switching elements K1, B2 can be provided for any torque-transmitting functions.
  • the switching elements K1, B2 are each designed as a claw clutch. That is, they are positive-locking switching elements and require only a small amount of pressure to be held in the closed position.
  • the switching elements K1, B2 can be any other suitable switching elements, for example non-positive switching elements.
  • the variator functionality for gear ratio adjustment is made available by the fact that the first electric machine EMA is operated as a generator and the second electric machine EMB is operated as a motor. This allows kinetic Energy and electrical energy converted into one another and thus the speeds of the two electric machines EMA, EMB are decoupled from each other.
  • the shifting of the automatic transmission from a first transmission stage (fixed gear) G1 to a second fixed transmission stage (fixed gear) G2 takes place according to the shifting sequence that is illustrated with reference to FIGS. 3, 5, 7, 9, 11 and 13.
  • the first fixed gear ratio G1 is engaged, that is to say the first shifting element K1 is closed and the second shifting element B2 is open. Furthermore, the variator is decoupled; i.e. the electric machines are not coupled in a torque-transmitting manner either to the input shaft or to the output shaft. All speeds nG1 are the same.
  • the first electric machine EMA can be operated as a generator in order to charge the high-voltage battery HVS.
  • the variator is coupled in a torque-transmitting manner to the output shaft and is coupled in a torque-transmitting manner to the planetary gear UG via the shaft.
  • the second electric machine EMB is operated as a motor with the output or with the ring gear 2 or with the wheels R and is fed by the high-voltage storage device HVS.
  • the internal combustion engine VM can be switched off.
  • the first shifting element K1 is now relieved via the output shaft by superimposing torque (K1 shown in dashed lines).
  • state 3 which is shown activated in FIG. 5, the switching element K1 is then switched off, as shown in FIG. 6 with the open K1.
  • state 4 follows, namely the preferably electrical and continuous transmission ratio adjustment in a power-split transmission stage (E-CVT). This is shown in FIG. 8 using the speed shift on the sun 3 .
  • the translation of the second translation step (fixed gear) G2 is accordingly set by a continuous translation adjustment of the variator or the electrical machine EMA.
  • the brake B2 is still open.
  • the second switching element B2 is closed as soon as the differential speed has been reduced to zero or has fallen below a specific limit value. As a result, the second switching element B2 takes over the load from the variator and the variator can be decoupled (see FIG. 10, dashed electric machine EMB). The brake B2 is not yet loaded (dashed B2).
  • state 6 and directly connected thereto state 7 or again 1 is reached, in which the new switching element B2 can be loaded (completely closed B2 in FIG. 12).
  • FIG 13 shows the “state 4” according to the invention with the speed control module DRM.
  • the time range T between the points in time t1 to t4 is considered for controlling the speed n.
  • the speed change phase of the upshift begins at time t1 and ends at time t4.
  • the speed gradient is observed.
  • the speed curvature is observed.
  • a second sub-observation period B between t2 and t3 and a third sub-observation period C between t3 and t4 result between the individual points in time.
  • the functionality of the speed control module DRM according to the invention shown in FIG. 15 is used to determine the setpoint speed y using the target speed x_target and to calculate other required variables or parameters.
  • x target target speed
  • dy_limits maximum allowed speed gradient (positive and negative)
  • dy 2 _limits maximum allowed speed curvature (positive and negative)
  • dy_br_limits maximum allowed deceleration speed gradient (positive and negative)
  • dx/dt derivation of a signal according to time (gradient formation )
  • Ay gradient of the target speed (change of y within a time step At)
  • AAy Curvature of commanded speed (change of Ay within a
  • the target speed x_target changes abruptly at time t1 due to the changed ratio of the fixed gear G2 to be newly engaged compared to that of the old fixed gear G1.
  • the speed controller usually has to implement a speed change of at least 300 rpm up to 2500 rpm or more. So that the variance of the operating point of the speed controller is reduced, according to the invention, a gradient limitation of the 1st order is generated in partial observation period B, a gradient limitation of the 2nd order in partial observation period A, and in partial observation period C a braking function fA with gradient limitation over the time range T is continuous signal, the target speed y.
  • the speed gradient of the setpoint speed y of the internal combustion engine VM for example, which, based on the effective mass moments of inertia, is converted into the required total change in the internal combustion engine torque can be converted and vice versa is thus limited in advance to the working range of the combustion engine (dy imits).
  • the maximum permitted curvature dy 2 _limits of the target speed y of the internal combustion engine VM can be converted into the required torque gradient of the internal combustion engine VM analogous to the calculation of the speed gradient of the target speed y and vice versa. Therefore, the curvature AAy of the speed n over time that can be represented by the internal combustion engine VM can also be calculated in advance and can be included in the profile of the target speed y.
  • the actual rotational speed y_actual of the internal combustion engine VM represents an exemplary curve which can be set on the basis of a suitable controller in connection with the pilot control via the target rotational speed y and its time derivative.
  • the braking function fA determines the target speed change dy_br_limits allowed for the current magazine based on the information on the maximum permissible speed curvature dy 2 _limits, the current increment, the target speed of the previous calculation step and the current gradient of the target speed.
  • the time range T is determined by the deceleration function fA.
  • the currently expected deceleration time ( t - 14 ) is determined in the root term based on the difference between target and set speed, as well as the representable speed curvature.
  • the overall function shown arranges the deceleration function fA directly after the 1st order gradient limitation, the 2nd order gradient limitation comes third.
  • This arrangement has the advantage that the setpoint speed y complies with the required limits for speed gradients and speed curvature under all circumstances.
  • the braking function can be arranged in the third place to limit the gradient of the setpoint speed.
  • this variant harbors the risk that the limit values of the setpoint speed in terms of gradient and curvature cannot be complied with under all circumstances.
  • sub-observation period B has to be skipped, i.e. the maximum speed gradient is not reached, and a jump has to be made directly from sub-observation period A to sub-observation period C.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren, wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine ist, mit einem Hochvoltspeicher und mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe zur Übersetzungsverstellung ausgehend von der mindestens einen festen Übersetzungsstufe aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst weiterhin eine elektronische Steuereinheit mit einem Drehzahlregel-Modul, das während eines Übersetzungswechsels aktivierbar ist. Das Drehzahlregel-Modul ist derart ausgestaltet ist, dass eine Soll- Drehzahl vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient als auch die Drehzahlkrümmung limitierbar sind, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl des mindestens einen Antriebsmotors mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung verglichen wird.

Description

Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren und mit einem Automatikgetriebe, das eine feste und eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe aufweist
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren, wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine ist, mit einem Hochvoltspeicher, mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe zur Übersetzungsverstellung ausgehend von der mindestens einen festen Übersetzungsstufe aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit.
Automatikgetriebe für Kraftfahrzeuge sind bekannt. Ferner sind Automatikgetriebe für Hybridelektrofahrzeuge bekannt, die neben einem Verbrennungsmotor zusätzlich mindestens eine Elektromaschine für den Antrieb haben. Aktuelle Automatikgetriebe für Hybridelektrofahrzeuge (Hybridgetriebe) basieren in der Regel auf bestehenden Automatikgetrieben. Die Elektromaschine für die Elektrifizierung wird üblicherweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe positioniert (sogenannter P2-Hybrid). Diese Art von Hybridisierung bringt für das Getriebe an sich jedoch keine Vorteile.
Getriebe, die sich zum Hybridisieren eignen, sind beispielsweise lastschaltbare Automatikgetriebe, die die verschiedenen festen Übersetzungsstufen über reibschlüssige Schaltelemente bereitstellen. In diesen Getrieben wird während des Gangwechsels zumindest ein Schaltelement unter Schlupf betrieben. Die Reibarbeit während des Schlupfbetriebs wird dabei in Wärme umgewandelt, die von den reibschlüssigen Schaltelementen über einen ausreichenden Kühlölstrom abtransportiert werden muss. Des Weiteren erzeugen die reibschlüssigen Schaltelemente im offenen Zustand entsprechende Schleppverluste. Die Schaltelemente werden in der Regel hydraulisch angesteuert. Damit sie im geschlossenen Zustand Kraft übertragen können, müssen die Reiblamellen der Schaltelemente dauerhaft mit einem entsprechend hohen Hydraulikdruck aneinander gepresst werden. Die hierzu notwendige Hydraulikpumpe wird sowohl zur Kühlung also auch zur Betätigung der Schaltelemente eingesetzt. Für ihren Betrieb braucht sie jedoch eine gewisse Leistung, wodurch der Gesamtwirkungsgrad sinkt.
Gemäß dem Gegenstand der DE 10 2017 217 133 A1 ist ein Automatikgetriebe mit einem Verbrennungsmotor, mit mindestens zwei festen Übersetzungsstufen, mit drei Getriebewellen, mit einem Umlaufgetriebe, mit zwei Schaltelementen und mit einem Variator vorgesehen. Dabei ist eine erste Seite des Variators mit einer ersten Getriebewelle drehmomentübertragend koppelbar und eine zweite Seite des Variators über eine zweite Getriebewelle mit dem Umlaufgetriebe übersetzungsverstellend koppelbar. Das bedeutet, dass die zweite Seite des Variators sich zusammen mit dem Verbrennungsmotor und einem Abtrieb des Automatikgetriebes in einem 3-Wellen-Betrieb befindet, wodurch die zweite Seite des Variators über das Umlaufgetriebe eine übersetzungsverstellende Wirkung auf den Verbrennungsmotor hat. Der Variator ermöglicht hierbei eine kontinuierliche Übersetzungsverstellung. Somit können unabhängig von den festen Übersetzungsstufen weitere Übersetzungen eingestellt werden, insbesondere beliebige Zwischenzustände zwischen den festen Übersetzungsstufen. Vorzugsweise wird ist der Variator durch zwei Elektromaschinen gebildet. Hierbei werden eine der Elektromaschinen generatorisch und die andere Elektromaschine motorisch betrieben. Indem mechanische Energie vorübergehend in elektrische Energie gewandelt wird, lassen sich die Drehzahlen der beiden Elektromaschinen entkoppeln und damit eine Variatorfunktionalität mit den beiden Elektromaschinen bereitstellen. Das Umlaufgetriebe kann ein Planetengetriebe sein. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hybrid-Kraftfahrzeug mit einem Automatikgetriebe eingangs genannter Art hinsichtlich seiner Übersetzungsverstellung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind die Gegenstände der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren, wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine ist, mit einem Hochvoltspeicher und mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe (Festgang) und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe (E-CVT) zur Übersetzungsverstellung ausgehend von der mindestens einen festen Übersetzungsstufe aufweist. Beispielsweise ist auch das Verlassen eines einzigen Festganges in die leistungsverzweigte Übersetzungsstufe (E-CVT) relevant.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einer Elektromaschine, mit einem Automatikgetriebe, das mindestens zwei feste Übersetzungsstufen und einen Variator zur Übersetzungsverstellung zwischen den zwei festen Übersetzungsstufen aufweist, wobei der Variator beispielsweise zwei Elektromaschinen umfasst. Es kann auch eine Elektromaschine genügen. In diesem Fall besteht der Variator aus der Elektromaschine und einem Hochvoltspeicher.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst weiterhin eine elektronische Steuereinheit mit einem Drehzahlregel-Modul, das während eines Übersetzungswechsels aktivierbar ist. Das Drehzahlregel-Modul ist derart ausgestaltet ist, dass eine Soll-Drehzahl vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient als auch die Drehzahlkrümmung limitierbar ist, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl des mindestens einen Antriebsmotors mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung verglichen wird. Die Erfindung weist beispielsweise einen Variator auf, der durch zwei Elektromaschinen gebildet wird. Während der Übersetzungsänderung werden eine erste Elektromaschine generatorisch und eine zweite Elektromaschine motorisch betrieben. Jedoch kann die erste Elektromaschine vor einer Übersetzungsverstellung auch motorisch betrieben werden.
Vorzugsweise sind die Schaltelemente formschlüssige Schaltelemente (z. B. Klauen). Dies hat den Vorteil, dass die Schaltelemente mit geringer Kraft in geschlossener Position gehalten bzw. gesichert werden können. Somit kann der Energieverbrauch zum Aufrechterhalten der festen Übersetzungsstufen gesenkt und damit der Gesamtwirkungsgrad erhöht werden. Außerdem ergeben sich im geöffneten Zustand formschlüssiger Schaltelemente (nahezu) keine Schleppverluste.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Schaltelement zum Einlegen der ersten festen Übersetzungsstufe und das zweite Schaltelement zum Einlegen der zweiten festen Übersetzungsstufe vorgesehen. Das bedeutet, jeder festen Übersetzungsstufe ist ein vorzugsweise separates Schaltelement zugeordnet, mittels dessen die Übersetzungsstufe einlegt und insbesondere geschlossen gehalten wird. Alternativ können auch mehrere Schaltelemente zum Einlegen einer festen Übersetzungsstufe und/oder einzelne Schaltelemente zum Einlegen mehrerer fester Übersetzungsstufen vorgesehen sein.
Auf diese Weise kann durch den Variator zwischen zwei festen Übersetzungsstufen durch kontinuierliche Übersetzungsverstellung geschaltet werden (E-CVT) und gleichzeitig die Zugkraft aufrechterhalten werden. Dabei fließt nur während des Schaltens zwischen den festen Übersetzungsstufen eine Leistung über den Variator, der gegenüber einer rein mechanischen Kraftübertragung üblicherweise einen schlechteren Wirkungsgrad aufweist. Insbesondere fließt bei eingelegter fester Übersetzungsstufe keine Leistung über den Variator. Indem die entsprechenden Schaltelemente die Kraftübertragung der festen Übersetzungsstufen bereitstellen, kann das Automatikgetriebe hierdurch einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Schaltverfahren kann die erste Elektromaschine des Variators zumindest zeitweise mit der Getriebewelle drehmomentübertragend gekoppelt sein, um ein Drehmoment in das Getriebe einzuspeisen oder zu entziehen.
Ferner kann die zweite Elektromaschine des Variators zumindest zeitweise über die Welle mit dem Umlaufgetriebe übersetzungsverstellend gekoppelt sein. Das heißt, dass die zweite Seite des Variators über das Umlaufgetriebe eine übersetzungsverstellende Wirkung auf den Verbrennungsmotor hat, insbesondere indem sich die zweite Seite des Variators zusammen mit dem Verbrennungsmotor und einem Abtrieb des Automatikgetriebes in einem 3- Wellen-Betrieb befindet.
Grundsätzlich wird zur Erläuterung des konzeptionellen Getriebeaufbaus auch auf die DE 102017 217 133 A1 verwiesen.
Erfindungswesentlich gemäß der vorliegenden Anmeldung ist also ein Drehzahlregel-Modul, das derart ausgestaltet ist, dass eine Soll-Drehzahl vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient als die Drehzahlkrümmung limitierbar ist, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl des mindestens einen Antriebsmotors mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung verglichen wird.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Im Gegensatz zu klassischen Drehzahlregelaufgaben von Antriebsmotoren, muss im Powersplit-Betrieb, also bei einem Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren, wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine ist und mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe zur Übersetzungsverstellung aufweist, parallel zur Drehzahlregelaufgabe auch das Getriebeausgangsdrehmoment von den beiden Antriebsmotoren, insbesondere einem/dem Verbrennungsmotor und einem/der Elektromaschine entsprechend dem Fahrerwunsch (z.B. durch die Fahrpedalstellung übermittelt) gestellt werden.
Hinzu kommt der Einsatz formschlüssiger Schaltelemente, der nur sehr kleine Drehzahlfenster zulässt, um aus einem Powersplit-Gang (also einer leistungsverzweigten Übersetzungsstufe) heraus einen Festgang (also eine feste Übersetzungsstufe) schädigungsfrei und unmerklich für den Fahrer einzulegen.
Im Stand der Technik kommen bisher reibschlüssige oder kombiniert reibschlüssige Schaltelemente zum Einsatz, welche beim Synchronisieren des gewünschten Ganges bereits bei größeren Differenzdrehzahlen unterstützend eingesetzt werden können. Dies geschieht durch Reibmomente in geringer Höhe, welche für den Fahrer unmerklich aber für die Drehzahlregelaufgabe stabilisierend wirken.
Für den Einsatz formschlüssiger Schaltelemente muss die Drehzahlregelaufgabe im Powersplit-Betrieb also ausschließlich von Verbrennungsmotor und Elektromaschine bewältigt werden. Der Verbrennungsmotor hat den entscheidenden Nachteil gegenüber der Elektromaschine, dass er sein Drehmoment in Abhängigkeit seiner möglichen Betriebspunkte mit stark variierenden Drehmomentgradienten verstellen kann. Der maximal mögliche stellbare Drehmomentgradient ist jedoch entscheidend für die Dynamik der Drehzahlregelaufgabe, also für die Verstelldauer der Drehzahl des Verbrennungsmotors zwischen zwei Übersetzungsstufen des Getriebes.
Um während der Drehzahlregelung im Powersplit-Betrieb die volle Dynamik von Elektromaschine und Verbrennungsmotor nutzen zu können, bedarf es daher einer Vorausberechnung des gewünschten Drehzahlverlaufs (Solldrehzahl) von Verbrennungsmotor und Elektromaschine über der Zeit. Hierfür ist eine klassische Drehzahlgradienten-Limitierung nicht ausreichend, da Verbrennungsmotor und Elektromaschine ihr Drehmoment nicht sprungartig ändern können. Es wird daher eine Soll-Drehzahl-Vorausberechnung vorgeschlagen, die in der Lage ist, sowohl den Drehzahlgradienten, als auch dessen Ableitung (Drehzahlkrümmung) zu begrenzen. Diese Vorausberechnung muss dafür kontinuierlich die tatsächliche Zieldrehzahl des Verbrennungsmotors bzw. der Elektromaschine beobachten und anhand vom maximal erlaubten Drehzahlgradienten, sowie maximal erlaubter Drehzahlkrümmung die Solldrehzahlen für den nächsten Zeitschrift ermitteln.
Eine klassische zweistufige Limitierung von Drehzahlgradient und Drehzahlkrümmung führt dabei zum Überschwingen, was aus Gründen der Drehzahlregelaufgabe zu vermeiden ist. Daher wird vorgeschlagen, die zweistufige Limitierung von Drehzahlgradient und Drehzahlkrümmung um eine Abbremsfunktion zu erweitern. Hierfür wird kontinuierlich ermittelt, wieviel Drehzahlgradient gerade noch erlaubt ist, um mit der aktuell erlaubten Drehzahlkrümmung (entspricht Drehmomentgradient) und bei der aktuell vorliegenden Änderungsrate der Zieldrehzahl exakt tangential auf den Zieldrehzahlverlauf zu treffen. Damit kann der Drehzahlgradient bei Annäherung an die Zieldrehzahl kontinuierlich reduziert werden, wodurch der erlaubte Drehmomentgradient von Verbrennungsmotor und von der Elektromaschine eingehalten wird. Ein Überschwingen der neuen Führungsgröße (= Solldrehzahlen für Verbrennungsmotor und Elektromaschine) wird damit vermieden und die Drehzahlregelung kann die volle Dynamik des Antriebssystems ausnutzen.
Anhand der neuen Führungsgröße und ihrer zeitlichen Ableitungen 1. und 2. Ordnung kann jetzt ein Drehzahlregler mit einer sehr präzisen Vorsteuerung aufgebaut werden, welche die Regelstrecke bereits ohne Reglereingriff sehr gut gesteuert betreibt. Diese Eigenschaft erlaubt den Betrieb mit vergleichbar großen Totzeiten im Regelkreis und damit zum Beispiel die Ansteuerung von Verbrennungsmotor und Elektromaschine über einen Fahrzeugbus wie zum Beispiel CAN oder Flexray. Der eigentliche Drehzahlregler korrigiert „nur noch“ den Fehler zwischen Regelstrecke und Vorsteuerung und ist dadurch in der Lage die für formschlüssige Schaltelemente erforderlichen Differenzdrehzahlen einzuregeln.
DHT (Dedicated Hybrid Transmission) sind die derzeit häufigsten Hybridgetriebe, die nur in Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor und mit mindestens einer Elektromaschine zum Einsatz kommen. Die Elektromaschine (hier erste Elektromaschine des Variators) wird dabei zum Teil des Getriebes, wobei seine Anbindung auf verschiedenen Getriebewellen erfolgen kann.
Der Einsatz formschlüssiger Schaltelemente zur Gangbildung und Kraftübertragung in DHT-Antrieben bietet die Chance maximaler Effizienz bei der Kraftübertragung und minimalem Leistungsbedarfs aufgrund bedarfsorientierter Aktuierung. Gleichzeitig bergen formschlüssige Schaltelemente aber auch Herausforderungen in sich. In klassischen Handschaltgetrieben oder ähnlichen automatisierten Systemen wird vor der Betätigung der formschlüssigen Schaltelemente die Kraftübertragung vollständig unterbrochen. Diese Lastfreiheit erlaubt das Öffnen bzw. Auslegen von formschlüssigen Schaltelementen ohne Rückwirkung auf den Antrieb und mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 Zustand 1 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,
Fig. 2 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 1 des gesamten Schaltablaufs,
Fig. 3 Zustand 2 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang, Fig. 4 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 2 des gesamten Schaltablaufs,
Fig. 5 Zustand 3 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,
Fig. 6 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 3 des gesamten Schaltablaufs,
Fig. 7 Zustand 4 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,
Fig. 8 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 4 des gesamten Schaltablaufs,
Fig. 9 Zustand 5 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,
Fig. 10 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 5 des gesamten Schaltablaufs,
Fig. 11 Zustand 6 und 7 des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,
Fig. 12 schematisch die wesentlichen Komponenten eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs bzw. Getriebes und ihre Zustände bei Zustand 6 und 7 des gesamten Schaltablaufs, Fig. 13 den wesentlichen erfindungsgemäßen Zwischenschritt zwischen Zustand 3 und 5, d.h. eine spezielle verfahrenstechnische Ausgestaltung eines Zustands 4 (siehe auch Fig. 7 und 8), des gesamten Schaltablaufs bei einem Gangwechsel mit dem erfindungsgemäßen Automatikgetriebe von einem ersten Festgang in einen zweiten Festgang,
Fig. 14 schematisch relevante Drehzahlverläufe zur Regelung mittels des erfindungswesentlichen Drehzahlregel-Moduls (DRM) aus Fig. 13 und
Fig. 15 schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungswesentlichen Drehzahlregel-Moduls (DRM) gemäß Fig. 13.
Fig. 1 zeigt den Ausgangszustand, Zustand 1 , bei eingelegtem ersten Gang (Festgang G1 ) vor einem Gangwechselbefehl. Es folgt durch ein entsprechendes Eingangssignal ein Gangwechselbefehl in einer elektronischen Steuereinheit SG.
Fig. 2 zeigt die wichtigsten Komponenten der Erfindung, die auch für die Figuren 4, 6, 8, 10 und 12 gelten:
In Fig. 2 ist schematisch ein Hybridfahrzeug gezeigt, das ein Automatikgetriebe, einen Verbrennungsmotor VM, eine erste Elektromaschine EMA, eine zweite Elektromaschine EMB, einen Hochvoltspeicher HVS und eine elektronische Steuereinheit SG aufweist.
Das Automatikgetriebe umfasst ein Umlaufgetriebe UG in Form eines leistungsverzweigenden Planetengetriebes, einen Variator, der die beiden Elektromaschinen EMA und EMB umfasst, sowie ein erstes Schaltelement K1 , das zum Einlegen einer ersten festen Übersetzungsstufe G1 (im Folgenden auch Festgang G1 genannt) vorgesehen ist, und ein zweites Schaltelement B2, das zum Einlegen einer zweiten festen Übersetzungsstufe G2 vorgesehen ist.
Die Anzahl von zwei Übersetzungsstufen dient hier nur der besseren Anschaulichkeit; in der Praxis kann auch eine höhere Anzahl von Übersetzungsstufen verwendet werden. Ferner umfasst das Automatikgetriebe zwei Getriebewellen, nämlich eine Eingangswelle in Form einer Antriebswelle, mittels der das Automatikgetriebe mit dem Verbrennungsmotor VM drehmomentübertragend gekoppelt ist, und eine Ausgangswelle in Form einer Abtriebswelle, mittels der das Automatikgetriebe mit den Rädern R des Kraftfahrzeugs drehmomentübertragend gekoppelt ist.
Das Automatikgetriebe kann auch drei oder mehr feste Übersetzungsstufen aufweisen, dann hätte es auch eine entsprechende größere Anzahl an Schaltelementen, die zum Einlegen weiterer Übersetzungsstufen vorgesehen sind. Auch können einzelne Schaltelemente für mehrere Übersetzungsstufen und/oder eine Kombination mehrerer Schaltelemente für eine Übersetzungsstufe vorgesehen sein.
Das Planetengetriebe UG weist den Träger 1 , das Hohlrad 2 und die Sonne 3 auf. Das Umlaufgetriebe UG ist sowohl mit der Eingangswelle als auch mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend gekoppelt. Des Weiteren umfasst das Umlaufgetriebe UG eine Welle, über die es mittels des ersten Schaltelements K1 , das hier eine Kupplung bildet, mit der Eingangswelle drehmomentübertragend koppelbar ist sowie mit dem zweiten Schaltelement B2, das hier eine Bremse bildet, drehmomentübertragend koppelbar ist. Die Welle hat dabei einen drehzahleinstellenden Effekt auf den Verbrennungsmotor VM. In einer alternativen Ausführungsform können die Schaltelemente K1 , B2 für beliebige drehmomentübertragende Funktionen vorgesehen sein.
Die Schaltelemente K1 , B2 sind jeweils als Klauenkupplung ausgebildet. Das heißt, sie sind formschlüssige Schaltelemente und erfordern lediglich einen geringen Druck, um in geschlossener Stellung gehalten zu werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Schaltelemente K1 , B2 beliebige andere geeignete Schaltelemente sein, beispielsweise kraftschlüssige Schaltelemente.
Die Variatorfunktionalität zur Übersetzungsverstellung wird dadurch bereitgestellt, dass die erste Elektromaschine EMA generatorisch und die zweite Elektromaschine EMB motorisch betrieben werden. Hierdurch können kinetische Energie und elektrische Energie ineinander gewandelt und damit die Drehzahlen der beiden Elektromaschinen EMA, EMB voneinander entkoppelt werden.
Das Schalten des Automatikgetriebes von einer ersten Übersetzungsstufe (Festgang) G1 in eine zweite feste Übersetzungsstufe (Festgang) G2 erfolgt gemäß dem Schaltablauf, der anhand der Figuren 3, 5, 7, 9 11 und 13 dargestellt ist.
Gemäß den Figuren 1 und 2 ist die erste feste Übersetzung G1 eingelegt, das heißt, das erste Schaltelement K1 ist geschlossen und das zweite Schaltelement B2 ist geöffnet. Ferner ist der Variator entkoppelt; d.h. die Elektromaschinen sind weder mit der Eingangswelle noch mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend gekoppelt. Alle Drehzahlen nG1 sind gleich. Die erste Elektromaschine EMA kann generatorisch betrieben werden, um den Hochvoltspeicher HVS zu laden.
Um in die zweite feste Übersetzung G2 zu schalten, wird nun gemäß Fig. 3 das Schaltelement K1 des aktuellen (alten) Festganges G1 entlastet.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, wird der Variator mit der Ausgangswelle drehmomentübertragend gekoppelt sowie über die Welle mit dem Umlaufgetriebe UG drehmomentübertragend gekoppelt. Mit anderen Worten wird die zweite Elektromaschine EMB mit dem Abtrieb bzw. mit dem Hohlrad 2 bzw. mit den Rädern R motorisch betrieben und vom Hochvoltspeicher HVS gespeist. Der Verbrennungsmotor VM kann abgeschaltet sein bzw. werden.
Mittels des Variators wird nun über die Ausgangswelle das erste Schaltelement K1 durch eine Drehmomentüberlagerung entlastet (K1 gestrichelt dargestellt).
An diesem Punkt setzt der Kem der Erfindung ein, der anhand der Figuren 13 und 14 nochmal erläutert wird.
Gemäß Zustand 3, der in Fig. 5 aktiviert dargestellt ist, wird anschließend das Schaltelement K1 ausgelegt, wie in Fig. 6 mit der offenen K1 gezeigt wird. Es folgt gemäß Fig. 7 der Zustand 4, nämlich die vorzugsweise elektrische und kontinuierliche Übersetzungsverstellung in einer leistungsverzweigten Übersetzungsstufe (E-CVT). Dies wird in Fig. 8 anhand der Drehzahlverschiebung an der Sonne 3 dargestellt. Nach dem Öffnen des ersten Schaltelements K1 wird demnach durch eine kontinuierliche Übersetzungsverstellung des Variators bzw. der elektrischen Maschine EMA die Übersetzung der zweiten Übersetzungsstufe (Festgang) G2 eingestellt. Die Bremse B2 ist dabei noch geöffnet.
Das bedeutet, es stellt sich ein 3-Wellen-Betrieb ein, wodurch die Differenzdrehzahl an dem zweiten Schaltelement B2 abgebaut wird.
Fig. 9 zeigt den Zustand 5, in dem das Schaltelement B2 für den neuen Festgang G2 geschlossen wird.
Dabei ist in Fig. 10 zu sehen, dass das zweite Schaltelement B2 geschlossen wird, sobald die Differenzdrehzahl auf Null gesenkt wurde bzw. einen bestimmten Grenzwert unterschritten hat. Hierdurch übernimmt das zweite Schaltelement B2 die Last vom Variator und der Variator kann entkoppelt werden (siehe Fig. 10, gestrichelte Elektromaschine EMB). Die Bremse B2 ist noch nicht belastet (gestrichelte B2).
In Fig. 11 ist Zustand 6 und unmittelbar damit verbunden Zustand 7 bzw. wieder 1 erreicht, in dem das neue Schaltelement B2 belastet werden kann (vollständig geschlossene B2 in Fig. 12).
Mit Fig. 12 ist der Schaltablauf eines Gangwechsels (G1 =>G2) beendet.
Zusammenfassung des gesamten Schaltablaufs mit dem erfindungsgemäßen Zwischenzustand ausgehend vom aktuellen Festgang (hier G1 ):
- Entlasten des alten Schaltelements K1 durch die Antriebsmaschinen (Zustand 2).
- Öffnen des alten Schaltelements K1 (Zustand 3)
(Wechsel in einen E-CVT-Modus). - Drehzahlanpassung zur Übersetzungsverstellung (nG1 =>nG2) im Getriebe über den E-CVT-Modus (Zustand 4) durch die erfindungsgemäße Aktivierung des Drehzahlregel-Moduls DRM.
- Einlegen der neuen Schaltelements (B2) (Zustand 5).
- Belasten des neuen Schaltelements (B2) (Zustand 6)
- „Ablegen“ der E-Maschinen EMA und EMB (Zustand 7=Zustand 1 ) => neuer Festgang G2.
Fig. 13 zeigt den erfindungsgemäßen „Zustand 4“ mit dem Drehzahlregel- Modul DRM.
Fig. 14 zeigt drei relevante Verläufe der Drehzahl n bei einer beispielhaften
Hochschaltung (negativer Zieldrehzahlsprung x_Ziel zum Zeitpunkt t1 ) mit
Beschleunigung (steigende Zieldrehzahl x_Ziel vor und nach t1 ). Folgende
Verläufe sind dargestellt:
- durchgezogene Linie: Zieldrehzahl x_Ziel
- gestrichelte Linie: Solldrehzahl y
- strichpunktierte Linie: Istdrehzahl y_ist
Für die Regelung der Drehzahl n wird der Zeitbereich T zwischen den Zeitpunkten t1 bis t4 betrachtet. Zum Zeitpunkt t1 beginnt die Drehzahländerungsphase der Hochschaltung und zum Zeitpunkt t4 wird sie beendet. Zu einem Zeitpunkt t2 wird der Drehzahlgradient betrachtet. Zu einem Zeitpunkt t3 wird die Drehzahlkrümmung betrachtet. Es ergeben sich zwischen den einzelnen Zeitpunkten ein erster Teilbetrachtungszeitraum A zwischen t1 und t2, ein zweiter Teilbetrachtungszeitraum B zwischen t2 und t3 und ein dritter Teilbetrachtungszeitraum C zwischen t3 und t4.
Für die Ermittlung der Solldrehzahl y anhand der Zieldrehzahl x_Ziel und für die Berechnung weiterer erforderlicher Variablen oder Parameter wird die in Fig. 15 dargestellte Funktionalität des erfindungsgemäßen Drehzahlregel-Moduls DRM angewandt. Hierbei gilt: x Ziel = Zieldrehzahl
At Sampletime/Schrittweite dy_limits = maximal erlaubter Drehzahlgradient (positiv und negativ) dy2_limits = maximal erlaubte Drehzahlkrümmung (positiv und negativ) dy_br_limits = maximal erlaubter Abbrems-Drehzahlgradient (positiv und negativ) dx/dt = Ableitung eines Signals nach der Zeit (Gradientenbildung)
1/z = Signalrückführung (Wert des vorangegangenen Zeitschrittes) y = Solldrehzahl n
Ay = Gradient der Solldrehzahl (Änderung von y innerhalb eines Zeitschrittes At)
AAy = Krümmung der Solldrehzahl (Änderung von Ay innerhalb eines
Zeitschrittes At) y_ist = Istdrehzahl n
Die Zieldrehzahl x_Ziel ändert sich zum Zeitpunkt t1 sprungartig aufgrund der geänderten Übersetzung des neu einzulegenden Festganges G2 gegenüber der des alten Festganges G1 . Bei einer solchen Schaltung hat der Drehzahlregler in der Regel eine Drehzahländerung von mindestens 300 U/min bis hin zu 2500 U/min oder mehr zu realisieren. Damit die Varianz des Arbeitspunktes des Drehzahlreglers reduziert wird, erzeugt erfindungsgemäß im Teilbetrachtungszeitraum B eine Gradienten-Limitierung 1. Ordnung, im Teilbetrachtungszeitraum A eine Gradienten-Limitierung 2. Ordnung sowie im Teilbetrachtungszeitraum C eine Abbremsfunktion fA mit Gradienten-Limitierung ein über den Zeitbereich T stetiges Signal, die Solldrehzahl y.
Der Drehzahlgradient der Solldrehzahl y des Verbrennungsmotors VM beispielsweise, welcher anhand wirkender Massenträgheitsmomente in die erforderliche Gesamtänderung des verbrennungsmotorischen Drehmomentes umgerechnet werden kann und umgekehrt, wird somit im Voraus auf den Arbeitsbereich des Verbrennungsmotors beschränkt (dy imits).
Die maximal erlaubte Krümmung dy2_limits der Solldrehzahl y des Verbrennungsmotors VM kann analog der Berechnung des Drehzahlgradienten der Solldrehzahl y in den erforderlichen Drehmomentgradienten des Verbrennungsmotors VM umgerechnet werden und umgekehrt. Daher kann auch die vom Verbrennungsmotor VM darstellbare Krümmung AAy der Drehzahl n über der Zeit im Voraus berechnet werden und in den Verlauf der Solldrehzahl y einfließen.
Die Istdrehzahl y_ist des Verbrennungsmotors VM stellt einen beispielhaften Verlauf dar, welcher sich aufgrund eines geeigneten Reglers in Verbindung mit der Vorsteuerung über die Solldrehzahl y und ihre zeitliche Ableitung einstellen kann.
Die Abbremsfunktion fA ermittelt die für den aktuellen Zeitschrift erlaubte Solldrehzahländerung dy_br_limits anhand der Informationen zur maximal erlaubten Drehzahlkrümmung dy2_limits, der aktuellen Schrittweite, der Solldrehzahl des vorangegangenen Berechnungsschrittes und des aktuellen Gradienten der Zieldrehzahl.
Mit anderen Worten ist die Gradienten-Limitierung 1. Ordnung im Teilbetrachtungszeitraum B derart ausgestaltet, dass die von den Antriebsmotoren VM und EMA und/oder EMB maximal stellbaren Drehmomente nicht überschritten werden; d.h. beispielsweise: y'=dy/dt= MIN ((M_VM, M_EMA)/J) (MIN=Minimalauswahl; J=Trägheitsmoment). Die Gradienten- Limitierung 2. Ordnung im Teilbetrachtungszeitraum A ist derart ausgestaltet, dass die von den Antriebsmotoren VM und EMA und/oder EMB maximal stellbaren Drehmomentgradienten nicht überschritten werden; d.h. beispielsweise: y"= MIN ((dM_VM/dt, dM_EMA/dt)/J). Durch die Abbremsfunktion fA wird der Zeitbereich T bestimmt.
Für die Abbremsfunktion fA gilt folgender Zusammenhang:
Figure imgf000019_0001
Dabei wird im Wurzelterm die aktuell erwartete Abbremsdauer ( t — 14 ) anhand der Differenz von Ziel- und Solldrehzahl, sowie der darstellbaren Drehzahlkrümmung ermittelt.
Anhand der Abbremsdauer und der maximal erlaubten Drehzahlkrümmung dy2_limits ergibt sich wiederum der aktuell noch erlaubte Drehzahlgradient der Solldrehzahl.
Die dargestellte Gesamtfunktion ordnet die Abbremsfunktion fA direkt nach der Gradienten-Limitierung 1. Ordnung an, die Gradienten-Limitierung 2. Ordnung kommt an dritter Stelle. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die Solldrehzahl y unter allen Umständen die geforderten Grenzen für Drehzahlgradienten und Drehzahlkrümmung einhält.
In einer Variante der Gesamtfunktion kann die Abbremsfunktion an dritter Stelle zur Limitierung vom Gradienten der Solldrehzahl angeordnet werden. Diese Variante birgt jedoch die Gefahr, dass die Grenzwerte der Solldrehzahl in Gradient und Krümmung nicht unter allen Umständen eingehalten werden kann.
In Abhängigkeit der Höhe des Drehzahlsprunges von x_Ziel kann es dazu führen, dass der Teilbetrachtungszeitraum B übersprungen werden muss, also der maximale Drehzahlgradient nicht erreicht wird, und direkt aus dem Teilbetrachtungszeitraum A in den Teilbetrachtungszeitraum C gesprungen werden muss.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebsmotoren (VM, EMA, EMB), wobei mindestens ein Antriebsmotor eine Elektromaschine (EMA) ist, mit einem Hochvoltspeicher (HVS), mit einem Automatikgetriebe, das mindestens eine feste Übersetzungsstufe (G1 ) und mindestens eine leistungsverzweigte Übersetzungsstufe (E-CVT) zur Übersetzungsverstellung ausgehend von der mindestens einen festen Übersetzungsstufe (G1 ) aufweist, und mit einer elektronischen Steuereinheit (SG), die ein Drehzahlregel-Modul (DRM) enthält, das während eines Übersetzungswechsels aktivierbar ist und derart ausgestaltet ist, dass eine Soll-Drehzahl (y) vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient (Ay) als auch die Drehzahlkrümmung (AAy) limitierbar sind, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl (x_Ziel) des mindestens einen Antriebsmotors (VM, EMA, EMB) mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten (dy imits) und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung (dy2_limits) verglichen wird.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Limitierung von Drehzahlgradient (Ay) und Drehzahlkrümmung (AAy) um eine Abbremsfunktion (fA) erweitert ist, wobei kontinuierlich ermittelt wird, wieviel Drehzahlgradient (dy_br_lim its) gerade noch erlaubt ist, um mit der Solldrehzahl (y) unter Einhaltung der aktuell erlaubten Drehzahlkrümmung (dy2_lim its) und bei der aktuell vorliegenden Änderungsrate (dx/dt) der Zieldrehzahl (x_Ziel) exakt tangential auf den Zieldrehzahlverlauf (x) zu treffen.
3. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehzahlregel-Modul (DRM) die Gradienten-Limitierung (C) der Abbremsfunktion (fA) direkt an die Gradienten-Limitierung (B) erster Ordnung anschließt und die Gradienten-Limitierung (A) zweiter Ordnung an die Gradienten-Limitierung (C) anschließt.
4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Drehzahlregel-Modul (DRM) die Gradienten-Limitierung (C) der Abbremsfunktion (fA) direkt an die Gradienten-Limitierung (A) zweiter Ordnung anschließt und die Gradienten-Limitierung (A) an die Gradienten-Limitierung (B) erster Ordnung anschließt.
5. Automatikgetriebe für ein Kraftahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Umlaufgetriebe (UG), mit mindestens einem Schaltelemente (K1 und/oder B2), mit mindestens einer Elektromaschine (EMA) als einen Antriebsmotor, die Teil eines Variators ist, und mit Aktuatoren, die von der elektronischen Steuereinheit (SG) ansteuerbar sind, wobei die Steuereinheit (SG) ein Drehzahlregel-Modul (DRM) enthält, das während eines Übersetzungswechsels aktivierbar ist und derart ausgestaltet ist, dass eine Soll- Drehzahl (y) vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient (Ay) als die Drehzahlkrümmung (AAy) limitierbar sind, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl (x_Ziel) des mindestens einen Antriebsmotors (VM, EMA, EMB) mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten (dy imits) und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung (dy2_lim its) verglichen wird.
6. Elektronische Steuereinheit (SG) für ein Kraftfahrzeug oder ein für ein Automatikgetriebe nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einem Drehzahlregel-Modul (DRM) zur Ansteuerung der mindestens zwei Antriebsmotoren (VM, EMA, EMB) und der Schaltelemente (K1 , B2) derart, dass eine Soll-Drehzahl (y) vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient (Ay) als die Drehzahlkrümmung (AAy) limitierbar sind, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl (x_Ziel) des mindestens einen Antriebsmotors (VM, EMA, EMB) mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten (dyjimits) und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung (dy2Jimits) verglichen wird.
7. Verfahren zum Schalten eines Automatikgetriebes in einem Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mittels der elektronischen Steuereinheit (SG) nach Vorliegen eines Gangwechselbefehls eine Soll-Drehzahl (y) vorausgerechnet wird, durch die sowohl der Drehzahlgradient (Ay) als die Drehzahlkrümmung (AAy) limitierbar sind, wobei kontinuierlich die Zieldrehzahl (x_Ziel) des mindestens einen Antriebsmotors (VM, EMA, EMB) mit einem maximal erlaubten Drehzahlgradienten (dy imits) und mit einer maximal erlaubten Drehzahlkrümmung (dy2_lim its) verglichen wird.
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