DE102009057233A1 - Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer Verbrennungsmaschine - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer Verbrennungskraftmaschine, die über ein Getriebe mit einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs und mit einer elektrischen Antriebseinrichtung verbindbar ist, wobei das Getriebe wenigstens zwei Teilgetriebe aufweist, auf welchen gleichzeitig jeweils unterschiedliche Übersetzungen gewählt werden können, wobei jedes Teilgetriebe ein jeweiliges Schaltelement zum Verbinden des Teilgetriebes mit der Verbrennungskraftmaschine aufweist, wird zum Verbinden der Verbrennungskraftmaschine in ihrem nicht befeuerten Zustand mit der wenigstens einen Antriebsachse das Schaltelement desjenigen Teilgetriebes, in dem die größere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Dabei wird mittels des mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Schaltelements die Verbrennungskraftmaschine angeschleppt. Nach dem Erreichen einer Zieldrehzahl wird das mit der Verbrennungskraftmaschine verbundene Schaltelement von der Verbrennungskraftmaschine getrennt und das Schaltelement desjenigen Teilgetriebes, in dem die kleinere Übersetzung eingelegt ist, wird mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Vor dem Verbinden des Schaltelements desjenigen Teilgetriebes, in dem die kleinere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine in einem Betriebszustand, in dem die Verbrennungskraftmaschine eine bestimmte Drehzahl wenigstens annähernd gleichbleibend erreicht hat, wird das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Schleppmoment mit einem Drehmoment des mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Schaltelements desjenigen Teilgetriebe, in dem die größere Übersetzung eingelegt ist, verglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • In der EP 1 714 817 A1 sind ein Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe sowie mehrere Verfahren zum Betrieb desselben beschrieben.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, neuartige Betriebsverfahren für derartige Antriebssysteme zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also die Verbrennungskraftmaschine an die wenigstens eine Antriebsachse angekuppelt, wodurch ein zusätzliches, durch die innere Reibung der nicht befeuerten Verbrennungskraftmaschine erzeugtes Bremsmoment zur Verfügung gestellt wird, welches zusätzlich zu dem Rekuperationsmoment ein Bremsmoment an der Antriebsachse erzeugt. Dadurch wird verhindert, dass zur Durchführung eines Schaltvorgangs die Verbindung zwischen der elektrischen Antriebseinrichtung und der Antriebsachse unterbrochen werden muss, wodurch letztendlich ein Ruckeln oder eine sonstige Störung im Antriebsstrang verhindert wird. Durch die erfindungsgemäße Durchführung dieses Verfahrens mit dem Wechsel zwischen den beiden Schaltelementen, wobei das schneller rotierende Schaltelement die Verbrennungskraftmaschine hochschleppt und anschließend das Moment an das langsamer rotierende Schaltelement übergibt, wird eine sehr komfortable Übergabe des Drehmoments von der wenigstens einen Antriebsachse an die Verbrennungskraftmaschine erzielt. Auf diese Weise ergibt sich für den Fahrer des Kraftfahrzeugs keine Änderung des Betriebszustands des Kraftfahrzeugs, so dass er möglicherweise nicht wahrnimmt, dass das beschriebene Verfahren durchgeführt wurde.
  • Um dabei feststellen zu können, welches Schleppmoment die Verbrennungskraftmaschine im momentanen Zustand erzeugt, wird erfindungsgemäß das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Schleppmoment mit dem Drehmoment des mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Schaltelements verglichen, wobei in dem Moment, in dem stabile Drehzahlverhältnisse herrschen, das an dem mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Schaltelement angelegte Drehmoment dem aktuellen Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine entspricht. Durch die Kenntnis des aktuellen Schleppmoments der Verbrennungskraftmaschine können die weiteren Verfahrensparameter an diesen Wert angepasst werden.
  • Um den Wert des ermittelten Schleppmoments in weiteren Steuerungshierarchien verwenden zu können, kann dasselbe in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Kennfeld gespeichert werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Antriebseinrichtung gemäß dem ermittelten Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird. Auf diese Weise kann das von der elektrischen Antriebseinrichtung zur Verfügung zu stellende Drehmoment an das von der Verbrennungskraftmaschine erzeugte Schleppmoment angepasst werden, so dass beispielsweise bei Bergabfahrten eine bestimmte Bremswirkung eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann das Drehmoment der elektrischen Antriebseinrichtung besser genutzt werden und es lässt sich insgesamt ein besserer Wirkungsgrad des Antriebssystems erzielen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug;
  • 2 ein Diagramm, welches den Ablauf eines Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt; und
  • 3 ein Diagramm, welches den Ablauf eines weiteren Teils des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
  • Ein Antriebssystem 1 für ein in seiner Gesamtheit nicht dargestelltes Kraftfahrzeug weist eine Verbrennungskraftmaschine 2 auf, welche über eine Motorausgangswelle bzw. Verbindungswelle 3 mit einem Getriebe 4 verbunden ist, welches zwei Teilgetriebe 5, nämlich ein erstes Teilgetriebe, und ein zweites Teilgetriebe 6 aufweist, wodurch an dem Getriebe 4 in an sich bekannter Weise zwei unterschiedliche Übersetzungen gleichzeitig gewählt werden können. Für jedes der Teilgetriebe 5 und 6 weist das Getriebe 4 ein jeweiliges Schaltelement 7 und 8 auf, wobei das erste Schaltelement 7 dem ersten Teilgetriebe 5 und das zweite Schaltelement 8 dem zweiten Teilgetriebe 6 zugeordnet ist. Die beiden Schaltelemente 7 und 8 sind im vorliegenden Fall als jeweilige Kupplungen ausgebildet, es wären jedoch auch andere geeignete Einrichtungen denkbar, mit denen eine Verbindung des jeweiligen Teilgetriebes 5 bzw. 6 mit der Verbindungswelle 3 der Verbrennungskraftmaschine 2 herstellbar ist. Bei dem Getriebe 4 handelt es sich im vorliegenden Fall also um ein Doppelkupplungsgetriebe, das von an sich bekannter Bauart sein kann.
  • Das erste Teilgetriebe 5 weist eine Eingangswelle 9 auf, welche das erste Teilgetriebe 5 mit dem ersten Schaltelement 7 verbindet und nachfolgend als erste Eingangswelle 9 bezeichnet wird. In ähnlicher Weise weist auch das zweite Teilgetriebe 6 eine Eingangswelle 10 auf, welche in ähnlicher Weise eine Verbindung zwischen dem zweiten Teilgetriebe 6 und dem Schaltelement 8 herstellt und nachfolgend als zweite Eingangswelle 9 bezeichnet wird. Des weiteren sind die beiden Teilgetriebe 5 und 6 mit jeweiligen ersten und zweiten Ausgangswellen 11 und 12 verbunden, die über eine Verbindungseinrichtung 13, die beispielsweise als Differential ausgebildet sein kann, miteinander sowie mit einer Antriebsachse 14 des Kraftfahrzeugs verbunden sind.
  • Bei dem Antriebssystem 1 handelt es sich um ein Hybrid-Antriebssystem, welches neben der Verbrennungskraftmaschine 2 auch eine elektrische Antriebseinrichtung 15 aufweist, die im vorliegenden Fall über eine Verbindungswelle 16 und ein Zwischengetriebe 17 mit der ersten Eingangswelle 9 des ersten Teilgetriebes 5 verbunden ist. Alternativ wäre es auch möglich, die elektrische Antriebseinrichtung 15 mit der zweiten Eingangswelle 10 und somit mit dem zweiten Teilgetriebe 6 und dadurch auch mit dem zweiten Schaltelement 8 zu verbinden. Auch eine Ausführungsform, bei der die elektrische Antriebseinrichtung 15 wählbar mit der ersten Eingangswelle 9 oder der zweiten Eingangswelle 10 verbindbar wäre, beispielsweise über eine geeignete Kupplungseinrichtung, ist denkbar. Die elektrische Antriebseinrichtung 15 ist vorzugsweise als Elektromaschine ausgebildet, welche als Elektromotor oder als Generator betrieben werden kann.
  • Im vorliegenden Fall können in dem Getriebe 4 insgesamt sechs unterschiedliche Gänge eingelegt werden, d. h. es sind sechs unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse bzw. Übersetzungen von der Verbrennungskraftmaschine 2 bzw. der elektrischen Antriebseinrichtung 15 zu der Antriebsachse 14 möglich. Im vorliegenden Fall, welcher als rein beispielhaft anzusehen ist, sind in dem ersten Teilgetriebe 5 die Gänge 2, 4 und 6 und in dem zweiten Teilgetriebe 6 die Gänge 1, 3 und 5 wählbar. Selbstverständlich wäre es auch möglich, das Getriebe 4 mit mehr oder weniger als den genannten sechs unterschiedlichen Übersetzungen auszustatten.
  • Wenn die elektrische Antriebseinrichtung 15 in einem sogenannten Rekuperationsbetrieb betrieben wird, ist sie in der Lage, elektrischen Strom in eine mit der elektrischen Antriebseinrichtung 15 verbundene Batterie 18 einzuspeisen. Selbstverständlich sind statt der Batterie 18 auch andere Einrichtungen zur Speicherung des durch die elektrische Antriebseinrichtung 15 erzeugten Stroms einsetzbar. Wenn das mit dem Antriebssystems 1 ausgestattete Kraftfahrzeug bergab, insbesondere bei einem starken Gefälle, d. h. bei einem Gefälle mit einer hohen Steigung, betrieben wird, so kann sich der Zustand ergeben, dass das Kraftfahrzeug trotz einem maximalen, in der elektrischen Antriebseinrichtung 15 erzeugten Rekuperationsmoment kontinuierlich beschleunigt wird und sich möglicherweise die Drehzahl der elektrischen Antriebseinrichtung 15 einer Grenzdrehzahl nähert, bei welcher eine Gefahr der Beschädigung der elektrischen Antriebseinrichtung 15 besteht. In diesem Fall wird zur Verringerung der Drehzahl der elektrischen Antriebseinrichtung 15 das Getriebe 4 derart geschaltet, dass die Antriebsachse 14 über eine kleinere Übersetzung des Getriebes 4 mit der elektrischen Antriebseinrichtung 15 verbunden wird. Um zu verhindern, dass der Fahrer des mit dem Antriebssystem 1 ausgestalten Kraftfahrzeugs zum Erreichen einer gleichbleibenden Bremswirkung an den nicht dargestellten Rädern der Antriebsachse 14 während des Schaltvorgangs möglicherweise eine größere Kraft auf das ebenfalls nicht dargestellte Bremspedal ausüben muss, kann vorgesehen sein, dass während des Schaltvorgangs und bei gegebenenfalls erhöhtem Verzögerungsbedarf die Verbrennungskraftmaschine 2 mittels einem der beiden Schaltelemente 7 oder 8 und somit über eines der beiden Teilgetriebe 5 oder 6 mit der Antriebsachse 14 verbunden wird. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine 2 nicht befeuert und es wird lediglich die innere Reibung derselben als zusätzliches Bremsmoment für die Antriebsachse 14 genutzt. Hierbei stellt während des Schaltvorgangs an einem der beiden Teilgetriebe 5 oder 6 das Schaltelement 8 oder 7 des anderen Teilgetriebes 6 oder 5 eine Verbindung zwischen der Antriebsachse 14 und der Verbrennungskraftmaschine 2 her.
  • Zum Verbinden der Verbrennungskraftmaschine 2 mit der wenigstens einen Antriebsachse 14 wird im vorliegenden Fall zunächst das Schaltgetriebe 7 oder 8 desjenigen Teilgetriebes 5 oder 6, in dem die größere Übersetzung, also der kleinere Gang, eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden. Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass in dem ersten Teilgetriebe 5 der sechste und in dem zweiten Teilgetriebe 6 der fünfte Gang eingelegt ist. Es wird in diesem Fall also zunächst das Schaltelement 8 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden, wodurch die Verbrennungskraftmaschine 2 über die schneller drehende, zweite Eingangswelle 10 mit der Antriebsachse 14 verbunden wird. Mittels des Schaltelements 8 wird dann die Verbrennungskraftmaschine 2 angeschleppt, d. h. von ihrem Stillstand auf eine bestimmte Drehzahl gebracht. Nach dem Erreichen einer gewünschten Zieldrehzahl, die über den Schlupf des Schaltelements 8 eingestellt wird, wird das Schaltelement 7 des Teilgetriebes 5 mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbunden, so dass die Verbrennungskraftmaschine 2 über die mit einer geringeren Drehzahl rotierende erste Eingangswelle 9 des ersten Teilgetriebes 5, in dem die kleinere Übersetzung eingelegt ist, mit der Antriebsachse 14 verbunden ist. Auf diese Weise kann die Verbrennungskraftmaschine 2 also auf die gewünschte Drehzahl eingeregelt und anschließend mit dem Teilgetriebe 5 verbunden werden, welches im vorliegenden Beispiel das höhere Bremsmoment bietet. Selbstverständlich ist auch eine umgekehrte Ansteuerung der beiden Schaltelemente 7 und 8 möglich, wenn beispielsweise in dem ersten Teilgetriebe 5 ein niedrigerer Gang, d. h. eine größere Übersetzung, als in dem zweiten Teilgetriebe 6 eingelegt ist.
  • In 2 ist diese Vorgehensweise zur Verbindung der Verbrennungskraftmaschine 2 mittels eines der beiden Schaltelemente 7 oder 8 und somit über eines der beiden Teilgetriebe 5 oder 6 mit der Antriebsachse 14 anhand eines Diagramms dargestellt. Dabei sind den unterschiedlichen Verläufen der Drehzahlen n der Verbrennungskraftmaschine 2 und der beiden Eingangswellen 9 und 10 sowie der an den beiden Schaltelementen 7 und 8 anliegenden Drehmomente M über der Zeit t jeweils die zu dem betreffenden Element gehörenden Bezugszeichen 2', 9', 10', 7' oder 8' zugeordnet.
  • Um das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 2 ermitteln zu können, wird vor dem oben beschriebenen Verfahren der Verbindung der Verbrennungskraftmaschine 2 mit der Antriebsachse 14 in einem Betriebszustand, in dem die Verbrennungskraftmaschine 2 bei ihrer Verbindung mit dem Schaltelement 8 des zweiten Teilgetriebes 6 eine bestimmte Drehzahl wenigstens annähernd gleichbleibend erreicht hat, das von der Verbrennungskraftmaschine 2 erzeugte Schleppmoment mit einem Drehmoment des mit der Verbrennungskraftmaschine 2 verbundenen Schaltelements 8 des zweiten Teilgetriebes 6 verglichen. Wenn bei diesem Vergleich stabile Drehzahlverhältnisse herrschen, entspricht das an dem Schaltelement 8 anliegende bzw. angestellte Drehmoment dem aktuellen Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 2. Dabei kann das an dem Schaltelement 8 anliegende Drehmoment mit einem mit dem Schaltelement 8 verbundenen Sensor 19 gemessen werden. Ein derartiger Sensor 19 kann bereits in das Schaltelement 8 integriert sein.
  • Mit diesem Verfahren kann also das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 2 ermittelt und für die sich an die Adaptionsphase, also an die Phase, in dem der oben beschriebene Drehmomentvergleich stattfindet, anschließende Übergabe des Drehmoments an das Schaltelement 7 des ersten Teilgetriebes 5 verwendet werden. Des weiteren ist es möglich, das ermittelte Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 2 beispielsweise mittels einer entsprechenden Steuereinrichtung 20 in einem Kennfeld 21 zu speichern. Die Ermittlung des Schleppmoments der Verbrennungskraftmaschine 2 kann regelmäßig wiederholt werden, da sich dasselbe über die Laufzeit der Verbrennungskraftmaschine 2 erheblich ändern kann.
  • In 3 ist das oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Verfahren zusammen mit dem Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments der Verbrennungskraftmaschine 2 dargestellt, wobei zusätzlich zu der Darstellung gemäß 2 die Adaptionsphase, in welcher das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 2 ermittelt wird, mit dem Bezugszeichen 22 und der Verlauf des Schleppmoments der Verbrennungskraftmaschine 2 mit dem Bezugszeichen 2'' bezeichnet ist. Dabei ist erkennbar, dass durch die Adaptionsphase 22 zwar ein längerer Zeitraum für das Übergeben der Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und der Antriebsachse 14 über das Schaltelement 8 des zweiten Teilgetriebes 6 zu der Verbindung über das Schaltelement 7 des ersten Teilgetriebes 5 erforderlich ist, da es sich bei dem gesamten Verfahren jedoch um ein Verzögerungsverfahren handelt, ist diese zeitliche Verschiebung und der damit eventuell verbundene Verlust an Dynamik nicht relevant.
  • Während sämtlicher der oben erläuterten Vorgänge kann die elektrische Antriebseinrichtung 15 mittels einer entsprechenden Regel- und/oder Steuereinrichtung 23 so geregelt und/oder gesteuert werden, dass sich keine unerwünschten Beschleunigungsänderungen für das Kraftfahrzeug ergeben, was beispielsweise eine Kompensation der an den Schaltelementen 7 und 8 gestellten Drehmomente und/oder eine Drehzahlregelung einer der Eingangswellen 9 oder 10 des Getriebes 4 umfassen kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1714817 A1 [0002]

Claims (5)

  1. Verfahren zur Ermittlung des Schleppmoments einer Verbrennungskraftmaschine (2), die über ein Getriebe (4) mit einer Antriebsachse (14) des Kraftfahrzeugs und mit einer elektrischen Antriebseinrichtung (15) verbindbar ist, wobei das Getriebe (4) wenigstens zwei Teilgetriebe (5, 6) aufweist, auf welchen gleichzeitig jeweils unterschiedliche Übersetzungen gewählt werden können, wobei jedes Teilgetriebe (5, 6) ein jeweiliges Schaltelement (7, 8) zum Verbinden des Teilgetriebes (5, 6) mit der Verbrennungskraftmaschine (2) aufweist, wobei zum Verbinden der Verbrennungskraftmaschine (2) in ihrem nicht befeuerten Zustand mit der wenigstens einen Antriebsachse (14) das Schaltelement (8) desjenigen Teilgetriebes (6), in dem die größere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden wird, wobei mittels des mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbundenen Schaltelements (8) die Verbrennungskraftmaschine (2) angeschleppt wird, wobei nach dem Erreichen einer Zieldrehzahl das mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbundene Schaltelement (8) von der Verbrennungskraftmaschine (2) getrennt und das Schaltelement (7) desjenigen Teilgetriebes (5), in dem die kleinere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbunden wird, und wobei vor dem Verbinden des Schaltelements (7) desjenigen Teilgetriebes (5), in dem die kleinere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine (2) in einem Betriebszustand, in dem die Verbrennungskraftmaschine (2) eine bestimmte Drehzahl wenigstens annähernd gleichbleibend erreicht hat, das von der Verbrennungskraftmaschine (2) erzeugte Schleppmoment mit einem Drehmoment des mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbundenen Schaltelements (8) desjenigen Teilgetriebes (6), in dem die größere Übersetzung eingelegt ist, verglichen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine (2) in einem Kennfeld (21) gespeichert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Antriebseinrichtung (15) gemäß dem ermittelten Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine (2) gesteuert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem Schaltelement (8) anliegende Drehmoment mit wenigstens einem mit dem Schaltelement (8) verbundenen Sensor (19) gemessen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl der mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbundenen Eingangswelle (10) des mit der Verbrennungskraftmaschine (2) verbundenen Teilgetriebes (6) im Wesentlichen konstant gehalten wird.
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