DE102008032142B4

DE102008032142B4 - Anordnung zur Anfahrsteuerung bei einem Hybridfahrzeug

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Publication number: DE102008032142B4
Application number: DE102008032142.7A
Authority: DE
Inventors: Ihab S. Soliman; Deepak Aswani; Andrew John Silveri
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2007-08-09
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2021-07-08
Anticipated expiration: 2028-07-09
Also published as: CN101362461A; GB2451734B; US7678013B2; GB2451734A; GB0813817D0; US20090042689A1; CN101362461B; DE102008032142A1

Abstract

Anordnung zur Steuerung eines Fahrzeuganfahrvorganges, gekennzeichnet durch:einen ersten Radsatz (34 ,35), der antreibbar an einen eine Kurbelwelle aufweisenden Verbrennungsmotor (14) gekoppelt ist,ein Getriebe (16), das einen antreibbar an die Kurbelwelle gekoppelten Eingang (20) und einen Ausgang (32) aufweist, wobei das Getriebe (16) in einem aktuellen Gang betrieben werden kann,eine antreibbar an einen Getriebeeingang 20 gekuppelte CISG-Elektromaschine (18), die als integrierter Starter/Generator wirkt,eine Eingangskupplung (40, 41) zum abwechselnden Schließen und Öffnen einer Antriebsverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Getriebeeingang (20), undeine antreibbar an einen zweiten Radsatz (26, 27) gekoppelte Elektromaschine (22), sowieein Steuergerät (66), das dahingehend ausgebildet ist, eine an dem ersten Radsatz (34 ,35) und dem zweiten Radsatz (26, 27) zu erzeugende gewünschte Größe an Raddrehmoment zu bestimmen, eine Größe an Kurbelwellendrehmoment zu bestimmen, eine vorausbestimmte Größe an Drehmomentkapazität der Eingangskupplung (40, 41) zu erzeugen, einen Kurbelwellendrehzahlfehler zu bestimmen, eine Änderung der Größe an Drehmoment an der Kurbelwelle zu bestimmen, mittels derer der Kurbelwellendrehzahlfehler verringert wird, den Verbrennungsmotor (14) ohne Beeinflussung der CISG-Elektromaschine (18) zur Erzeugung eines gewünschten Verbrennungsmotordrehmoments zu betreiben, dessen Größe anhand der Änderung der Größe an Drehmoment an der Kurbelwelle und der Größe an gewünschtem Kurbelwellendrehmoment bestimmt wird, und die Elektromaschine (22) zur Erzeugung der gewünschten Größe an Drehmoment an dem zweiten Radsatz (26, 27) zu betreiben.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug (hybrid electric vehicle), der über einen Verbrennungsmotor und eine oder mehrere Elektromaschinen verfügt, und insbesondere auf ein Steuern von an die Antriebsräder übertragenem Drehmoment beim Beschleunigen des Fahrzeugs von einem Zustand aus, in dem sich das Fahrzeug im Stillstand oder beinahe im Stillstand befindet, was als Fahrzeuganfahrvorgang bezeichnet wird.
Bekannte Lastschaltgetriebe weisen Zahnradmechanismen auf, mittels derer unter Einsatz von zwei Eingangskupplungen im Vorwärtsantrieb und Rückwärtsantrieb mehrere Übersetzungsverhältnisse bewirkt werden können. Lastschaltgetriebe ermöglichen eine kontinuierliche Kraftübertragung mittels synchronisierter Kupplungs-/Kupplungs-Schaltungen.
Lastschaltgetriebe weisen Zahnradsätze auf, die in einer Zweivorgelegewellekonfiguration (dual layshaft configuration) zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle des Getriebes angeordnet sind. Eine erste Eingangskupplung überträgt Drehmoment zwischen der Getriebeantriebswelle und einer ersten, den geradzahligen Gängen zugeordneten Vorgelegewelle, und eine zweite Eingangskupplung überträgt Drehmoment zwischen der Getriebeantriebswelle und einer zweiten, den ungeradzahligen Gängen zugeordneten Vorgelegewelle. Gangwechsel werden durch das Getriebe wie folgt herbeigeführt: abwechselndes Einrücken der ersten Eingangskupplung und Betrieb in einem aktuellen Gang, Ausrücken der zweiten Eingangskupplung, wodurch im Getriebe ein Kraftweg für den Betrieb im Zielgang vorbereitet wird, Ausrücken der ersten Kupplung, Einrücken der zweiten Kupplung und Vorbereiten eines weiteren Kraftwegs im Getriebe für den Betrieb im nächsten Gang.
Bei einem Fahrzeuganfahrvorgang eines einen Antriebsstrang mit Lastschaltgetriebe aufweisenden konventionellen Fahrzeugs werden der Verbrennungsmotor und das Getriebe zur Erzielung einer annehmbaren Fahrzeuganfahrleistung gleichzeitig in koordinierter Weise gesteuert. Da ein Fahrzeug mit Lastschaltgetriebe keinen Drehmomentwandler aufweist, kann das Bereitstellen einer gleichmäßigen und annehmbaren Fahrzeuganfahrleistung Steuerungsprobleme aufwerfen, die u.U. nicht ganz leicht zu meistern sind. Um bei dieser Art von Fahrzeug während eines Fahrzeuganfahrzustandes ein gewünschtes Fahrzeugansprechverhalten zu erzielen, ist eine sorgfältige Steuerung der Drehmomentkapazität der Getriebekupplung und des Kupplungsschlupfs in Koordination mit dem Verbrennungsmotordrehmoment erforderlich. Dabei können Probleme auftreten, wie beispielsweise ein Abwürgen des Motors, ein übermäßiger Kupplungsschlupf, eine verringerte Lebensdauer der Kupplung, ein Gefühl des Fahrers, dass das Fahrpedal nicht reagiert (sog. „dead pedal feel“) und ein unbeständiges Fahrzeugansprechverhalten.
Auch bei Hybridfahrzeugen HEV (hybrid electric vehicles), bei denen eine oder mehrere Elektromaschinen, wie z.B. ein Elektromotor oder ein integrierter Starter-Generator ISG (integrated starter-generator), in Serie oder parallel zu dem Verbrennungsmotor angeordnet sind, können Lastschaltgetriebe zum Einsatz kommen. Anders als bei konventionellen Fahrzeugen mit Lastschaltgetriebe sind bei Hybridfahrzeugen mit Lastschaltgetriebe mehrere Antriebspfade und mehrere Kraftquellen vorgesehen, nämlich ein Verbrennungsmotor und Elektromaschinen, die während eines Fahrzeuganfahrvorganges eingesetzt werden können.
Die nicht vorveröffentlichten Dokumente DE 10 2008 020 373 A1 bzw. DE 10 2008 019 391 A1 beschreiben jeweils eine Anfahrvorgangsteuerung bei einem Hybridfahrzeug, bei dem der erforderliche Kupplungschlupfausgleich unter expliziter Einflussnahme eines mit dem Verbrennungsmotor verbundenen CISG-Elektromotors („Crank-mounted Integrated Starter Generator“) erfolgt, wobei zusätzlich auch ein ERAD-Motor angesteuert werden kann. Eine derartige, auf die CISG-Elektromaschine zurückgreifende Drehmomentsteuerung kann zu negativen Rückkopplungen aufgrund des zusätzlich auf die Kupplung aufgebrachten Drehmoments und damit zu zusätzlichem Kupplungsverschleiß führen.
Der Erfindung liegt die Schaffung eines technisch anspruchsvolleren Anfahrsteuerungssystems für ein Fahrzeug mit Lastschaltgetriebe zu Grunde, um damit die komplexen Abläufe und zusätzlichen Antriebsstrangbetriebsmodi eines Hybridfahrzeugs bei Anforderung des Fahrzeugführers nach einem Fahrzeuganfahrvorgang gut in den Griff zu bekommen und dabei die Lebensdauer der Kupplung zu verlängern.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels einer Anfahrsteueranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen erläutert.
Gemäß der erfindungsgemäß vorgesehenen Anordnung und dem erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahren zur Steuerung eines Fahrzeuganfahrvorganges bei einem Hybridfahrzeug werden zusätzliche Antriebspfade und Drehmomentaktuatoren genutzt, um die Fahrzeuganfahrleistung zu verbessern und Probleme und Unzulänglichkeiten zu überwinden, die bei einem konventionellen Fahrzeug mit einem Lastschaltgetriebe auftreten.
Die erfindungsgemäße Steuerstrategie unterstützt mittels einer verbesserten Steuerung des Lastschaltgetriebes ein Mischen des Drehmoments bei einer Verwendung mehrerer Antriebspfade zur Bereitstellung von Antriebsleistung während eines Anfahrvorgangs. Weiterhin übernimmt die Steuerung eine Koordination der Kupplungsdrehmomentkapazität, wenn die zusätzlichen Drehmomentaktuatoren Antriebsunterstützung liefern, wodurch die Lebensdauer der Kupplung verbessert wird, da die Kupplungslast entsprechend verringert wird. Die Steuerung unterstützt mehrere Hybridfahrzeugantriebsstrangbetriebsmodi und Übergänge zwischen diesen Betriebsarten, wobei der Betrieb bei Nichtverwendung der zusätzlichen Drehmomentaktuatoren automatisch so gesteuert wird wie bei einem konventionellen Fahrzeug mit Lastschaltgetriebe. Die Steuerung kann bei jeder beliebigen Hybridfahrzeugantriebsstrangarchitektur angewandt werden, bei der ein Lastschaltgetriebe mit Eingangskupplungen, bei denen es sich um Nass- oder Trockenkupplungen handeln kann, vorgesehen ist.
Ein Verfahren zur Steuerung des Anfahrvorgangs eines Fahrzeugs unter Einsatz einer erfindungsgemäßen Anfahrsteueranordnung kann bei einem Antriebsstrang angewandt werden, der einen ersten Leistungspfad zum Antreiben eines ersten Radsatzes mit folgenden Komponenten aufweist: einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe mit einem antreibbar an eine Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelten Eingang, einen aktuellen Gang, eine dem aktuellen Gang zugeordnete Eingangskupplung und einen an den ersten Radsatz gekoppelten Ausgang, sowie einen zweiten Leistungspfad mit einer Elektromaschine zum Antreiben eines zweiten Radsatzes.
Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bestimmen einer gewünschten Größe an Raddrehmoment, das an dem ersten Radsatz zu erzeugen ist, Verwenden des an dem ersten Radsatz zu erzeugenden Raddrehmoments zur Bestimmung einer Größe an Kurbelwellendrehmoment, Erzeugen einer vorausbestimmten Größe an Drehmomentkapazität an der Eingangskupplung, Bestimmen eines Kurbelwellendrehzahlfehlers, Bestimmen einer Veränderung in der Größe des Drehmoments an der Kurbelwelle, durch die der Kurbelwellendrehzahlfehler reduziert wird, und Betreiben des Verbrennungsmotors zum Erzeugen eines gewünschten Verbrennungsmotordrehmoments, dessen Größe anhand der Änderung der Größe des Drehmoments an der Kurbelwelle und der Größe des gewünschten Kurbelwellendrehmoments bestimmt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm einer Fahrzeugantriebsstranganordnung, bei der die Steuerung zum Einsatz kommen kann;
2 ein schematisches Diagramm mit einer Darstellung weiterer Einzelheiten der Fahrzeugantriebsstranganordnung gemäß 1;
3 ein schematisches Diagramm der Fahrzeuganfahrsteuerungsanordnung;
4 ein Diagramm zur Darstellung der Schritte des Fahrzeuganfahrsteuerungsverfahrens;
5A einen Graphen zur Darstellung der Veränderung im Zeitablauf der gewünschten Raddrehmomente während des Fahrzeuganfahrbetriebes, die durch ein Ausführen des Steuerungsalgorithmus herbeigeführt wird;
5B einen Graphen zur Darstellung der Veränderung der gewünschten Drehmomentkapazität der erfindungsgemäßen Eingangskupplung im Zeitablauf während des Fahrzeuganfahrbetriebes;
5C einen Graphen zur Darstellung der Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit im Zeitablauf während des Fahrzeuganfahrbetriebes;
5D einen Graphen zur Darstellung der Veränderung der Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl, der gewünschten Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl und der Kupplungsabtriebsdrehzahl im Zeitablauf während des Fahrzeuganfahrbetriebes;
5E einen Graphen zur Darstellung der Veränderung des Verbrennungsmotordrehmoments und des gewünschten Kurbelwellendrehmoments im Zeitablauf während des Fahrzeuganfahrbetriebsmodus;
5F einen Graphen zur Darstellung der Veränderung des Getriebeausgangsdrehmoments und des (weiter unten näher erläuterten) ERAD-Drehmoments im Zeitablauf während des Fahrzeuganfahrbetriebes, und
6 ein schematisches Diagramm zur Darstellung von Einzelheiten eines Lastschaltgetriebes.

Ein Fahrzeugantriebsstrang weist, wie aus den 1 und 2 ersichtlich, folgende Komponenten auf: einen Verbrennungsmotor 14, wie z.B. einen Diesel- oder Benzinmotor, ein Getriebe 16, wie z.B. ein Lastschaltgetriebe mit einer nasslaufenden Doppelkupplung (dual wet clutch pwershift transmission) oder ein anderes Mehrganggetriebe ohne Drehmomentwandler, eine Elektromaschine 18, wie z.B. eine antreibbar an einen Getriebeeingang 20 gekuppelten integrierten Starter/Generator ISG, und eine zusätzliche Elektromaschine 22, wie z.B. einen Elektromotor. Die Elektromaschine 18 kann als Starter/Generator wirken.
Die Elektromaschine 22, die auch als elektrische Hinterachsantriebseinheit ERAD (electric rear axle drive unit) bezeichnet wird, ist an den Achsantrieb einer Hinterachse 24 angeschlossen und stellt entweder in einem elektrischen oder einem (seriell-parallelen) Hybridantriebsmodus zusätzliche Antriebsfähigkeit zur Verfügung. Bei Anwendungen in Fahrzeugen mit Frontantrieb könnte die Elektromaschine 22 auch an den Achsantrieb einer Vorderachse am Abtrieb des Getriebes angeschlossen sein und würde dann als elektrische Vorderachsantriebseinheit EFAD (electric front axle drive unit) bezeichnet werden. Die Leistungsausgabe durch die Elektromaschine 22 treibt über einen ERAD-Zahnradsatz 28 und eine Achsantriebseinheit 30 in Form eines Zwischenrad-Ausgleichsgetriebes Fahrzeugräder 26, 27 an. In gleicher Weise ist ein Getriebeabtrieb 32 über einen ein Zwischenrad-Ausgleichsgetriebe aufweisenden Achsantrieb 36 (mechanisch) antreibbar an Fahrzeugräder 34, 35 gekoppelt.
Der Antriebsstrang 12 kann in verschiedenen Hauptmodi betrieben werden, darunter: (1) Elektroantrieb, bei dem die ERAD-Vorrichtung 28 als Elektromotor oder als elektrischer Generator wirkt; (2) Elektroantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor 14 betrieben wird und Verbrennungsenergie erzeugt, die CISG-Einheit 18 als Generator elektrische Energie erzeugt und die ERAD-Einheit 22 abwechselnd Antriebsmoment liefert und elektrische Energie erzeugt; (2a) serieller Hybridantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor 14 betrieben wird und die ERAD-Einheit 22 als Elektromotor wirkt oder als Generator elektrische Energie erzeugt; (3) Verbrennungsmotorantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor 14 in Betrieb ist und die ERAD-Einheit 22 abgeschaltet ist; (4) paralleler Hybridantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor 14 oder die ERAD-Einheit 22 oder beide betrieben werden; (5) Verbrennungsmotorstartbetrieb, bei dem die CISG-Einheit 18 als Elektromotor wirkt und den Verbrennungsmotor durch Antreiben des Verbrennungsmotorschwungrads startet; (6) Verbrennungsmotorhalt, bei dem der Verbrennungsmotor 14 abgeschaltet ist. Während des Betriebs in parallel- hybridem Antriebsmodus kann der Antriebsstrang in mehreren Untermodi betrieben werden, u.a.: (4.1) in einem Parallel-Hybrid-Antrieb 1, bei dem die CISG-Einheit 18 abgeschaltet ist und die ERAD-Einheit 22 als Elektromotor oder Generator wirkt, und (4.2) in einem Parallel-Hybrid-Antrieb 2, bei dem die CISG-Einheit 18 als Generator wirkt und die ERAD-Einheit 22 abwechselnd abgeschaltet und als Elektromotor oder als Generator wirkt.
Aus 2 sind folgende Komponenten ersichtlich: Eingangskupplungen 40, 41, durch welche die Antriebswelle 20 des Getriebes 16 wahlweise abwechselnd mit geradzahligen Gängen 42 und ungeradzahligen Gängen 43 verbunden wird; ein elektronisches Getriebesteuermodul TCM (transmission control module) 44, das die Eingangskupptungen und den Getriebezustand steuert, indem es Befehlssignale an Regelkreise sendet, durch welche die Eingangskupplungen und Getriebeschaltgabeln und -synchronisiervorrichtungen betätigt werden; ein elektronisches Motorsteuermodul ECM (engine control module) 46, das den Betrieb des Verbrennungsmotors 14 steuert; ein integriertes Startsteuergerät ISC (integrated Starter controller) 46, welches den Betrieb der CISG-Einheit und der ERAD-Einheit steuert. Ein Fahrzeugsteuersystem VCS (vehicle control system), das nicht dargestellt ist, sendet Steuerbefehle an das TCM und das ECM. Das VCS, das TCM 44 und das ECM 46 weisen jeweils einen Mikroprozessor auf, auf den von einem elektronischen Speicher aus zugegriffen werden kann, der in Computercodes ausgedrückte Steueralgorithmen enthält, die wiederholt mit häufigen Intervallen ausgeführt werden.
Zur Erfüllung eines Antriebswunsches eines Fahrers des Fahrzeugs stehen zwei Antriebspfade zur Verfügung, nämlich ein mechanischer und ein elektrischer Pfad. In dem mechanischen Antriebspfad kann der Verbrennungsmotor 14 die Räder 34, 35 durch Übertragung von Drehmoment über das Getriebe 16 mit Fahrzeugantriebsleistung beaufschlagen, während im elektrischen Antriebspfad die ERAD-Einheit 22 die Räder 26, 27 direkt mit Antriebsleistung beaufschlagen kann.
Die Fahrzeuganfahrsteuerung verwendet eine drehmomentbasierte Steuerart zur Steuerung der Drehmomentkapazität der Getriebeeingangskupplungen 40, 41 und des Verbrennungsmotorkurbelwellendrehmoments gemäß eines vom Fahrzeugführer während eines Anfahrzustands erzeugten effektiven Antriebswunsches.
In dem Steuerungssystemdiagramm gemäß 3 und in dem Flussdiagramm gemäß 4 sind die Schritte eines Algorithmus zur Steuerung des Anfahrvorgangs unter Verwendung des in den 1 und 2 dargestellten Antriebsstrangs 12 dargestellt. Der Wunsch des Fahrzeugführers nach Raddrehmoment wird durch den Grad repräsentiert, bis zu dem er ein Verbrennungsmotorfahrpedal 50 heruntergedrückt hat, wobei der Grad des Heruntergedrücktseins des Fahrpedals gewöhnlich als Fahrpedalstellung pps (accelerator pedal position) bezeichnet wird. Ein von einem pps-Sensor erzeugtes elektronisches Signal 51, das die Fahrpedalstellung repräsentiert, sowie ein von einem Wellendrehzahlsensor erzeugtes elektronisches Signal, das die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit 52 repräsentiert, werden als Eingangsdaten von einer Fahrerwunschbestimmungsfunktion 54 empfangen, die im elektronischen Speicher auf eine von den beiden Eingangsvariablen indexierte Funktion zugreift, um die Größe des gewünschten Raddrehmoments T_{W_DES} zu erzeugen.
Bei 56 werden das gewünschte Vorderachsendrehmoment T_{W_FA} - das den Vorderrädern 34, 35 über den mechanischen Antriebspfad, der den Verbrennungsmotor 14, das Getriebe 16 und den Achsantrieb 36 umfasst, zur Verfügung zu stellen ist - sowie das gewünschte Hinterachsendrehmoment T_{W_RA} - das den Hinterrädern 26, 27 über den elektrischen Antriebspfad, der die ERAD-Einheit 22, den ERAD-Zahnradsatz 28 und den Achsantrieb 30 umfasst, zur Verfügung zu stellen ist - unter Berücksichtigung des gewünschten Raddrehmoments so bestimmt, dass die Summe der verteilten Antriebsdrehmomente gleich dem gewünschten Raddrehmoment T_{W_DES} ist. Bei der Strategie zur Verteilung der Antriebsleistung können weitere Faktoren, wie z.B. Fahrzeugstabilität und Dynamikbegrenzungen, Energieverwaltungs- und Energieeffizienzkriterien, und Drehmomentfähigkeiten der verschiedenen Kraftquellen berücksichtigt werden.
Bei 58 wird unter Berücksichtigung des Gangs des ERAD-Getriebes, der Antriebsverteilung 56 und der Hinterachsantriebsdrehmomentanforderung T_{W_RA}. das gewünschte ERAD-Drehmoment T_{ERAD_DES} bestimmt. Bei 58 wird ein das gewünschte ERAD-Drehmoment repräsentierender Befehl auf einem Kommunikationsbus 60 an die ISC 18 Steuerschnittstelle gesendet, wobei der Befehl die ERAD-Einheit 22 dazu veranlasst, das gewünschte ERAD-Drehmoment T_{ERAD_DES}, das dem gewünschten Hinterachsendrehmoment T_{W_RA} entspricht, zu erzeugen.
Analog wird bei 59 anhand der Antriebsverteilung 56, des endgültigen Antriebsverhältnisses des mechanischen Leistungspfades und der Vorderachsenantriebsanforderung T_{W_FA} das gewünschte Getriebeausgangsdrehmoment T_{O_FA} bestimmt. Bei 59 wird ein das gewünschte Getriebeausgangsdrehmoment T_{O_FA} repräsentierender Befehl an 62 gesendet, wo die Drehmomentkapazität der Getriebeeingangskupplungen 40, 41 bestimmt wird, und an 64, wo das Verbrennungsmotorkurbelwellendrehmoment bestimmt wird. Die bei 62 und 64 angewandten Verfahren werden weiter unten ausführlicher beschrieben.
Anschließend wird die Steuerung von einem Lastschaltgetriebefahrzeug-Anfahrmodushandhabungssteuergerät 66 übernommen, das Eingangssignale empfängt, welche die Stellung eines Getriebegangwählhebels PRNDL, die Kurbelwellendrehzahl ω_CRK des Verbrennungsmotors 14 , die Fahrzeuggeschwindigkeit VS 52 und den Hybridfahrzeugantriebsstrangbetriebsmodus repräsentieren. Unter der Voraussetzung, dass das gewünschte Getriebeausgangsdrehmoment T_{O_FA} gleich oder größer ist als eine vorausbestimmte Größe ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, wodurch angezeigt wird, dass das Fahrzeug in einem Fahrzeuganfahrmodus betrieben wird, und unter der Voraussetzung dass der Antriebspfad, der das Getriebe 16 beinhaltet, während des Anfahrvorgangs verwendet wird, aktiviert das Steuergerät 66 ein Fahrzeuganfahrmodussteuergerät 68.
Nach Ausgabe eines Befehls 67 durch das Steuergerät 66, durch den das Anfahrmodussteuergerät 68 aktiviert wird, wird die Steuerung bei 62 fortgesetzt, wo eine Steuerung mit offener Regelschleife anhand des aktuellen Getriebegangs, dessen Übersetzungsverhältnisses und des gewünschten Getriebeausgangsdrehmoments T_{O_FA} die gewünschte Eingangskupplungsdrehmomentkapazität während des Fahrzeuganfahrvorganges T_{CL_CAP_LCH} ermittelt. Während der Aktivierung des Anfahrmodussteuergeräts 68 durch das Steuergerät 66 wird die gewünschte Kupplungsdrehmomentkapazität bei dem Anfahrvorgang T_{CL_CAP_LCH} auf dem Kommunikationsbus 60 als endgültiger Eingangskupplungsdrehmomentkapazitätsbefehl 92 T_{CL_CAP_DES} an das TCM 44 gesendet.
Bei 70 bestimmt das Fahrzeuganfahrsteuergerät 68 anhand einer im elektronischen Speicher hinterlegten und durch die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit VS 52 und die Fahrpedalstellung 51 indexierten Funktion 71 den gewünschten Schlupf der erfindungsgemäßen Eingangskupplung 40, 41 CL_SLIP _DES. Die erfindungsgemäße Eingangskupplung 40, 41 ist die Kupplung, die dem Gang zugeordnet ist, in dem das Getriebe während des Fahrzeuganfahrvorgangs betrieben wird.
Bei 72 wird anhand des gewünschten Kupplungsschlupfs CL_{SLIP_DES} und der aktuellen Kupplungsabtriebsdrehzahl, d.h. ω_CL am Getriebeantrieb 21, bei der Summierverbindung 74 die gewünschte Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl ω_{CRK_DES} am Getriebeeingang 20 bestimmt. Ein die aktuelle Kupplungsabtriebsdrehzahl repräsentierendes Signal ω_CL wird auf dem Kommunikationsbus 60 von dem TCM 44 zur Summierverbindung 74 geführt. Die gewünschte Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl ω_CRK _DES und die aktuelle Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl ω_CRK werden als Eingangsdaten in die Summierverbindung 78 eingegeben.
Anschließend schreitet die Steuerung zu 64 fort, wo das von der Verbrennungsmotorkurbelwelle und der Getriebeantriebswelle 20 transportierte Drehmoment T_{CRK_OL} in einem offenen Regelkreis unter Berücksichtigung des gewünschten Getriebeausgangsdrehmoments T_{O_FA}, des aktuellen Getriebegangs, des aktuellen Übersetzungsverhältnisses und der erwarteten, mit der Kurbelwellenbeschleunigung während des Anfahrvorgangs verbundenen Trägheitsverluste bestimmt wird.
An einer Summierverbindung 78 wird die Größe des Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahlfehlers ω_{CRK_ERR}, d.h. die Differenz zwischen der gewünschten Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl ω_{CRK_DES} am Getriebeeingang 20 und der aktuellen Kurbelwellendrehzahl ω_CRK, bestimmt und als Variable in einen PID-Regler 80 oder einen ähnlichen Regler mit geschlossener Regelschleife eingegeben. Ein die aktuelle Kurbelwellendrehzahl ω_CRK repräsentierendes Signal wird auf dem Kommunikationsbus 60 von dem ECM 46 zur Summierverbindung 78 geführt. Zur Steuerung des Schlupfs der erfindungsgemäßen Eingangskupplungen 40, 41 während des Fahrzeuganfahrvorgangs, bestimmt der Regler 80 ein gewünschtes Änderungs- oder Deltakurbelwellendrehmoment ΔT_{CRK_CL}, durch das der Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahlfehler ω_{CRK_ERR} minimiert wird.
Das gewünschte Deltakurbelwellendrehmoment ΔT_{CRK_CL} wird zu einer Summierverbindung 82 gesendet, wo es zur Größe des von der Verbrennungsmotorkurbelwelle und der Getriebeantriebswelle 20 transportierten Drehmoments hinzu addiert wird. Die an der Summierverbindung 82 erzeugte Summe wird als Eingabe bei 76 verwendet, wo das Steuergerät einen Befehl T_ENG _DES ausgibt, der auf dem Kommunikationsbus 60 zu dem ECM 46 geführt wird, das auf den Befehl hin die Anpassung des Verbrennungsmotordrehmoments in der Weise vornimmt, dass das gewünschte Kurbelwellendrehmoment T_ENG _DES erzeugt wird.
Anschließend kehrt die Steuerung zu 66 zurück, um zu bestimmen, ob die Lastschaltgetriebefahrzeug-Anfahrmodussteuerung 68 basierend auf den aktuellen Bedingungen zu deaktivieren ist. Wenn der aktuelle Kupplungsschlupf CL_SLIP minimal ist, die Kurbelwellendrehzahl ω_CRK über der Kupplungsabtriebsdrehzahl ω_CL liegt und die Fahrzeuggeschwindigkeit VS über einem Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenzwert liegt, wird die Fahrzeuganfahrmodussteuerung 68 verlassen, indem das Steuergerät 66 Befehlssignale 67 und 86 ausgibt.
Nachdem bei 88 die erfindungsgemäße Eingangskupplung 40, 41 gleichmäßig ohne Kupplungsschlupf eingerückt wurde, aktiviert das Steuergerät 66 bei 90 einen Sperrmodus, und es wird ein Befehl T_{CL_CAP_LOCKED} erzeugt und auf den Kommunikationsbus 60 als endgültiger Eingangskupplungsdrehmomentkapazitätsbefehl 92 T_{CL_CAP_DES} zu dem TCM 44 übertragen. Nach dem vollständigen Einrücken der erfindungsgemäßen Eingangskupplung 40, 41 veranlasst ein bei 90 ausgegebener Befehl T_{CL_CAP_LOCKED} die Eingangskupplung dazu, bei einer Kupplungsdrehmomentkapazität, die deutlich über der aktuellen Größe des Kurbelwellendrehmoments liegt, vollständig einzurücken oder gesperrt zu werden, wodurch gewährleistet wird, dass im Getriebe kein Schlupf auftritt.
Bei Abwesenheit einer oder mehrerer der zu einem Verlassen der Fahrzeuganfahrsteuerung erforderlichen Bedingungen kehrt die Steuerung zurück zu 59, wo die nachfolgenden Schritte der Steuerstrategie wiederholt werden.
In 4 sind unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern, die in der Abfolge der Schritte unter Bezugnahme auf 3 beschrieben werden, die Schritte der Fahrzeuganfahrsteuerung aufgeführt.
Die Graphen der 5A bis 5F zeigen die Veränderungen im Zeitablauf von Variablen und Parametern des Antriebsstrangs, die durch das Ausführen des Steueralgorithmus verwendet oder erzeugt werden. Beispielsweise bezieht sich 5A auf die Raddrehmomente. Bei 100 drückt der Fahrzeugführer während des Leerlaufmodus das Fahrpedal herunter, während keine der Eingangskupplungen 40, 41 eingerückt ist, wodurch ein Fahrzeuganfahrzustand ausgelöst wird, der bei 102 beginnt. Das gewünschte Raddrehmoment 104 T_W _DES und das gewünschte Vorderachsendrehmoment 106 T_{W_FA} weichen in ihrer Größe um die Größe des gewünschten Hinterachsendrehmoments 108 T_{W_RA} voneinander ab. Bei 110 wird das Hinterachsendrehmoment herausgenommen, so dass zum Antrieb des Fahrzeugs während des Fahrzeuganfahrmodus nur das Vorderachsendrehmoment verbleibt.
5B zeigt die Veränderung der gewünschten Drehmomentkapazität der erfindungsgemäßen Eingangskupplung. Bei 102 erfolgt die Steuerung der Kupplungsdrehmomentkapazität 112 TCL_{CAP_DES} während des Fahrzeuganfahrmodus basierend auf dem gewünschten Getriebeabtriebsdrehmoment T_{O_FA}. Am Ende des Anfahrmodus wird die Kupplungsdrehmomentkapazität bei 114 rampenförmig erhöht, um das Getriebe gleichmäßig einzurücken. Nach dem Einrücken der Kupplung am Ende des Anfahrmodus wird die Drehmomentkapazität der Eingangskupplung erhöht und bei 116 konstant gehalten, um die Kupplung vollständig zu sperren und ein Schleifen der Kupplung auszuschließen
Die in 5C dargestellte Fahrzeuggeschwindigkeit 118 beträgt im Leerlaufmodus null und steigt während des Anfahrmodus an.
In 5D sind die Veränderung der tatsächlichen Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl 120, der gewünschten Verbrennungsmotorkurbelwellendrehzahl 122 und der Kupplungsabtriebsdrehzahl 124 dargestellt. Der gewünschte Schlupf der erfindungsgemäßen Eingangskupplung ist durch die Differenz 126 zwischen der gewünschten Kurbelwellendrehzahl 122 und der Kupplungsabtriebsdrehzahl 124 dargestellt. In dem Maße, wie die tatsächliche Kurbelwellendrehzahl 120 so gesteuert wird, dass sie die gewünschte Kurbelwellendrehzahl 122 erreicht, veranlasst die Steuerung den tatsächlichen Kupplungsschlupf, sich dem gewünschten Kupplungsschlupf anzunähen. Wenn die gewünschte und die tatsächliche Kurbelwellendrehzahl übereinstimmen, wird der gewünschte Kupplungsschlupf erreicht, wobei es jedoch sein kann, dass die Kupplung schleift. Die Stellen, an denen die tatsächliche Kurbelwellendrehzahl von der gewünschten Kurbeiweliendrehzahl abweicht, sind in 5E durch gestrichelte vertikale Linien dargestellt.
In 5E sind die Veränderung des Verbrennungsmotordrehmoments, das bei 64 so gesteuert wird, dass es einem gewünschten gesteuerten Kurbelwellendrehmoment 128 entspricht, dargestellt, sowie ein gewünschtes Deltakurbeiwellendrehmoment 129 ΔT_{CRK_CL}, dessen Größe bei 80 bestimmt wird.
5F zeigt die Veränderung des Getriebeausgangsdrehmoments 132 T_{TRANS_OUT} und des ERAD-Drehmomentes 134 T_ERAD. Das Ansteigen 136 des Getriebeausgangsdrehmoments ist auf die in 5B dargestellte Zunahme der Kupplungsdrehmomentkapazität 112 zurückzuführen.
Die effektive Antriebsanforderung für den Getriebeantriebspfad entspricht dem gewünschten Getriebeausgangsdrehmoment während eines Fahrzeuganfahrzustandes nach Bestimmung der Verteilung des Antriebs zwischen dem mechanischen und dem elektrischen Pfad. Durch diesen Ansatz wird eine ggf. von der ERAD-Einheit während eines Fahrzeuganfahrzustandes bereitgestellte Fahrzeugantriebsunterstützung ausgeglichen, da die Gesamtfahrzeugantriebsanforderung sowohl durch den mechanischen als auch durch den elektrischen Antriebspfad erfüllt werden kann.
6 zeigt Einzelheiten eines Lastschaltgetriebes 16, das eine erste Eingangskupplung 40 aufweist, durch die eine Antriebswelle 20 des Getriebes 16 wahlweise abwechselnd mit den geradzahligen Gängen 42 verbunden wird, die einer ersten Vorgelegewelle 244 zugeordnet sind, und eine zweite Eingangskupplung 41, durch die der Antrieb 20 wahlweise abwechselnd mit den ungeradzahligen Gängen 43 verbunden wird, die einer zweiten Vorgelegewelle 249 zugeordnet sind.
Die Vorgelegewelle 244 trägt Zahnkränze 260, 262, 264, die jeweils auf einer Welle 244 gelagert sind, sowie Kupplungselemente 266, 268, die an der Welle 244 gesichert sind. Die Zahnkränze 260, 262 und 264 sind jeweils dem zweiten, vierten bzw. sechsten Gang zugeordnet. Das Kupplungselement 266 weist eine Hülse 270 auf, die nach links bewegt werden kann, um in den Zahnkranz 260 einzugreifen und diesen antreibbar an die Welle 244 zu kuppeln. Das Kupplungselement 268 weist eine Hülse 272 auf, die nach links bewegt werden kann, um in den Zahnkranz 262 einzugreifen und diesen antreibbar an die Welle 244 zu kuppeln, und die nach rechts bewegt werden kann, um in den Zahnkranz 264 einzugreifen und diesen antreibbar an die Welle 244 zu kuppeln.
Die Vorgelegewelle 249 trägt Zahnkränze 274, 276, 278, die jeweils auf der Welle 249 gelagert sind, sowie Kupplungselemente 280, 282, die an der Welle 249 gesichert sind. Die Zahnkränze 274, 276 und 278 sind jeweils dem ersten, dritten bzw. fünften Gang zugeordnet. Das Kupplungselement 280 weist eine Hülse 284 auf, die nach links bewegt werden kann, um in den Zahnkranz 274 einzugreifen und diesen antreibbar an die Welle 249 zu kuppeln. Das Kupplungselement 282 weist eine Hülse 286 auf, die nach links bewegt werden kann, um in den Zahnkranz 276 einzugreifen und diesen antreibbar an die Welle 249 zu kuppeln, und die nach rechts bewegt werden kann, um in den Zahnkranz 278 einzugreifen und diesen antreibbar an die Welle 249 zu kuppeln.
Eine mit 32 bezeichnete Getriebeabtriebswelle trägt Zahnräder 288, 290, 292, die jeweils an der Welle 32 befestigt sind. Das Zahnrad 288 steht in Eingriff mit den Zahnkränzen 260 und 274. Das Zahnrad 290 steht in Eingriff mit den Zahnkränzen 262 und 276. Das Zahnrad 292 steht in Eingriff mit den Zahnkränzen 264 und 278.
Bei den Kupplungselementen 266, 268, 280 und 282 kann es sich um Synchronisiervorrichtungen oder Klauenkupplungen oder eine Kombination aus diesen handeln. Obwohl vorstehend der Betrieb des Getriebes 16 nur unter Bezugnahme auf einen Vorwärtsantrieb beschrieben wurde, kann das Getriebe durch Verwendung eines Rückwärtsgangzwischenrades in einem der unteren Leistungspfade und eines Rückwärtskupplungselements zum Einrücken eines Rückwärtsantriebs auch einen Rückwärtsantrieb bewirken. Bei Wahl eines Rückwärtsfahrbetriebs wäre eine der Eingangskupplungen 40, 41 eingerückt.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Lastschaltgetriebe beschrieben wurde, kann die auch Erfindung bei jedem beliebigen konventionellen Handschaltgetriebe, automatisierten Handschaltgetriebe oder Automatikgetriebe, bei dem in einem Kraftpfad zwischen dem Motor und der Getriebeantriebswelle kein Drehmomentwandler angeordnet ist, zu Anwendung kommen.

Claims

Anordnung zur Steuerung eines Fahrzeuganfahrvorganges, gekennzeichnet durch: einen ersten Radsatz (34 ,35), der antreibbar an einen eine Kurbelwelle aufweisenden Verbrennungsmotor (14) gekoppelt ist, ein Getriebe (16), das einen antreibbar an die Kurbelwelle gekoppelten Eingang (20) und einen Ausgang (32) aufweist, wobei das Getriebe (16) in einem aktuellen Gang betrieben werden kann, eine antreibbar an einen Getriebeeingang 20 gekuppelte CISG-Elektromaschine (18), die als integrierter Starter/Generator wirkt, eine Eingangskupplung (40, 41) zum abwechselnden Schließen und Öffnen einer Antriebsverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Getriebeeingang (20), und eine antreibbar an einen zweiten Radsatz (26, 27) gekoppelte Elektromaschine (22), sowie ein Steuergerät (66), das dahingehend ausgebildet ist, eine an dem ersten Radsatz (34 ,35) und dem zweiten Radsatz (26, 27) zu erzeugende gewünschte Größe an Raddrehmoment zu bestimmen, eine Größe an Kurbelwellendrehmoment zu bestimmen, eine vorausbestimmte Größe an Drehmomentkapazität der Eingangskupplung (40, 41) zu erzeugen, einen Kurbelwellendrehzahlfehler zu bestimmen, eine Änderung der Größe an Drehmoment an der Kurbelwelle zu bestimmen, mittels derer der Kurbelwellendrehzahlfehler verringert wird, den Verbrennungsmotor (14) ohne Beeinflussung der CISG-Elektromaschine (18) zur Erzeugung eines gewünschten Verbrennungsmotordrehmoments zu betreiben, dessen Größe anhand der Änderung der Größe an Drehmoment an der Kurbelwelle und der Größe an gewünschtem Kurbelwellendrehmoment bestimmt wird, und die Elektromaschine (22) zur Erzeugung der gewünschten Größe an Drehmoment an dem zweiten Radsatz (26, 27) zu betreiben.
Anordnung nach Anspruch 1 mit einem zweiten Radsatz (26, 27), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (66) dahingehend ausgebildet ist, eine an dem zweiten Radsatz (26, 27) zu erzeugende gewünschte Größe an Raddrehmoment zu bestimmen und die Elektromaschine (22) zur Erzeugung der gewünschten Größe an Drehmoment an dem zweiten Radsatz (26, 27) zu betreiben.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (66) dahingehend ausgebildet ist, die Drehmomentkapazität der Eingangskupplung (40, 41) längs eines rampenförmigen Anstiegs bis auf eine Drehmomentkapazität zu erhöhen, die gleich dem Drehmoment an der Kurbelwelle ist, und die Drehmomentkapazität der Eingangskupplung (40, 41) weiter bis zu einer Drehmomentkapazität zu erhöhen, die größer ist als das Drehmoment an der Kurbelwelle.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (66) dahingehend ausgebildet ist, mittels der gewünschten Größe des an dem ersten Radsatz (34 ,35) zu erzeugenden Drehmoments und eines Übersetzungsverhältnisses des aktuellen Gangs die Größe der Drehmomentkapazität der Eingangskupplung (40, 41) zu bestimmen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (66) dahingehend ausgebildet ist: einen gewünschten Schlupf der Eingangskupplung (40, 41) zu bestimmen, mittels des gewünschten Schlupfs der Eingangskupplung (40, 41) und der Drehzahl am Abtrieb der Eingangskupplung (40, 41) die gewünschte Kurbelwellendrehzahl zu bestimmen, und mittels einer Differenz zwischen der gewünschten Kurbelwellendrehzahl und einer Drehzahl der Kurbelwelle den Kurbelwellendrehzahlfehler zu bestimmen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (66) dahingehend ausgebildet ist, mittels des Kurbelwellendrehzahlfehlers die gewünschte Änderung des Drehmoments an der Kurbelwelle zu bestimmen, durch die der Kurbelwellendrehzahlfehler verringert wird.