DE102009057989A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine, ein mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenes Getriebe, welches 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, und eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Antriebseinrichtung derart mit dem Getriebe verbunden sind, dass ein Drehmoment von der elektrischen Antriebseinrichtung und/oder der Verbrennungskraftmaschine auf wenigstens eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs und ein Drehmoment von der wenigstens einen Antriebsachse auf die elektrische Antriebseinrichtung und/oder die Verbrennungskraftmaschine übertragen werden kann, ist in einem Zustand, in dem das Kraftfahrzeug bergab fährt und abgebremst wird, wobei durch das Abbremsen ein Rekuperationsmoment in der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugt wird, vorgesehen, dass, wenn bei maximalem Rekuperationsmoment keine Verzögerung des Kraftfahrzeugs eintritt, das Getriebe derart geschaltet wird, dass die wenigstens eine Antriebsachse über eine kleinere Übersetzung des Getriebes mit der elektrischen Antriebseinrichtung verbunden wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine, ein Getriebe und eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
  • Aus der EP 1 714 817 A1 ist ein Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe gemäß der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Art bekannt, welches mittels verschiedener Verfahren betrieben werden kann.
  • Wenn ein Kraftfahrzeug bergab fährt, d. h. eine Gefällestrecke zurücklegt, kann es bei einem entsprechend starken Gefälle, d. h. einer entsprechend hohen negativen Steigung der Straße, dazu kommen, dass das Kraftfahrzeug trotz maximalem elektrischem Rekuperationsmoment, welches durch die elektrische Antriebseinrichtung erzeugt wird, kontinuierlich beschleunigt. Bei einer entsprechend langen Steigung, beispielsweise im Gebirge, kann dies dazu führen, dass die maximale Grenzdrehzahl der elektrischen Antriebseinrichtung in dem momentan eingelegten Gang erreicht wird. Dies kann zu Beschädigungen der elektrischen Antriebseinrichtung führen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei welchem auch beim Befahren eines stärkeren Gefälles eine Beschädigung der elektrischen Antriebseinrichtung vermieden wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Dadurch, dass erfindungsgemäß in dem Getriebe eine kleinere Übersetzung eingelegt wird, wird die an der Antriebsachse anliegende Drehzahl in eine geringere Drehzahl der elektrischen Antriebseinrichtung umgewandelt, wodurch diese in einem von ihrer Grenzdrehzahl weiter entfernten Bereich betrieben wird und Beschädigungen derselben vermieden werden. Vorteilhaft ist außerdem, dass auch eine weitere Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht zu einer Beschädigung der elektrischen Antriebseinrichtung führt.
  • In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass während des Schaltvorgangs die Verbrennungskraftmaschine mittels eines der wenigstens zwei Schaltelemente mit der wenigstens einen Antriebsachse verbunden wird, wobei die Verbrennungskraftmaschine nicht befeuert wird. Dieses Ankuppeln der Verbrennungskraftmaschine an die Antriebsachse stellt ein zusätzliches, durch die innere Reibung der nicht befeuerten Verbrennungskraftmaschine erzeugtes Bremsmoment zur Verfügung, welches zusätzlich zu dem Rekuperationsmoment ein Bremsmoment an der Antriebsachse erzeugt. Auf diese Weise wird verhindert, dass zur Durchführung des 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. Zudem kann auf diese Weise auf einen erhöhten Verzögerungsbedarf des Kraftfahrzeugs reagiert werden.
  • Um dabei eine möglichst komfortable Übergabe des Drehmoments von der wenigstens einen Antriebsachse an die Verbrennungskraftmaschine zu erzielen, kann in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass zum Verbinden der Verbrennungskraftmaschine mit der wenigstens einen Antriebsachse das Schaltelement desjenigen Teilgetriebes, in dem die größere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden wird, wobei mittels des mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenen Schaltelements die Verbrennungskraftmaschine angeschleppt wird, wobei bei Erreichen einer Zieldrehzahl das mit der Verbrennungskraftmaschine verbundene Schaltelement von der Verbrennungskraftmaschine getrennt und das Schaltelement desjenigen Teilgetriebes, in dem die kleinere Übersetzung eingelegt ist, mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden wird. 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.
  • Falls die oben beschriebenen Verfahren zur Verbindung der Verbrennungskraftmaschine mit der wenigstens einen Antriebsachse über die beiden Schaltelemente des Getriebes nicht möglich sind, kann auch vorgesehen sein, dass zur Durchführung des Schaltvorgangs die über die Einspeisung des Rekuperationsmoments in die elektrische Antriebseinrichtung erzielte Bremskraft unterbrochen wird.
  • Eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass in einem Zustand, in dem das Kraftfahrzeug an einem Gefälle steht, eine Erkennung der Steigung des Gefälles durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit der Steigung des Gefälles eine geeignete Übersetzung in dem Getriebe eingelegt wird, wobei insbesondere bei Erkennen eines größeren Gefälles eine kleinere Übersetzung und bei Erkennen eines kleineren Gefälles eine größere Übersetzung eingelegt wird. Auf diese Weise wird beim Erkennen einer bevorstehenden Bergabfahrt in dem Getriebe bereits ein sehr hoher Gang, d. h. eine kleine Übersetzung eingelegt, so dass bei dem nachfolgenden Befahren des Gefälles nur noch sehr wenige Schaltvorgänge erforderlich sind und ein Segelbetrieb bis zu höheren Geschwindigkeiten möglich ist.
  • Ein sehr einfaches Erkennen der Steigung des Gefälles ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung möglich, wenn dies mittels wenigstens eines Beschleunigungssensors durchgeführt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug; und
  • 2 ein Diagramm, welches den Ablauf eines 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.
  • In einer sehr einfachen Ausführungsform dieses Verfahrens kann dabei vorgesehen sein, dass zur Durchführung des Schaltvorgangs zu der kleineren Übersetzung die über die Einspeisung des Rekuperationsmoments in die elektrische Antriebseinrichtung 15 erzielte Bremskraft unterbrochen wird. Allerdings kann ein solches Verfahren zu Komforteinbußen beim Fahrer des mit dem Antriebssystem 1 ausgestatten Kraftfahrzeugs führen, da dieser 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.
  • Aus diesem Grund kann bei dem Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems 1 vorgesehen sein, dass während des Schaltvorgangs und bei gegebenenfalls erhöhtem Verzögerungsbedarf die Verbrennungskraftmaschine 2 mittels eines 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.
  • Während dieser Vorgänge kann die elektrische Antriebseinrichtung 15 mittels einer entsprechenden Regel- und/oder Steuereinrichtung 19 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.
  • Um in einem Zustand, in dem das Kraftfahrzeug an einem Gefälle steht, beispielsweise beim Anhalten bei einer Bergabfahrt, eine zu große Anzahl an Schaltvorgängen zu vermeiden, kann in diesem Zustand eine Erkennung der Steigung des Gefälles durchgeführt und in Abhängigkeit des erkannten Gefälles eine geeignete Übersetzung in dem Getriebe 4 eingelegt werden. Da, wie oben beschrieben, zur Vermeidung des frühen Erreichens einer Grenzdrehzahl der elektrischen Antriebseinrichtung 15 die eingelegte Übersetzung so klein wie möglich sein sollte, wird bei Erkennen eines größeren Gefälles eine kleinere Übersetzung und bei Erkennen eines kleineren Gefälles eine größere Übersetzung eingelegt. Das Erkennen der Größe des Gefälles, d. h. der Höhe der Steigung desselben, kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer Beschleunigungssensoren durchgeführt werden, die an dem Kraftfahrzeug serienmäßig vorhanden sein können.
  • 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 (7)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, welches eine Verbrennungskraftmaschine, ein mit der Verbrennungskraftmaschine verbundenes Getriebe, welches 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, und eine elektrische Antriebseinrichtung aufweist, wobei die Verbrennungskraftmaschine und die elektrische Antriebseinrichtung derart mit dem Getriebe verbunden sind, dass ein Drehmoment von der elektrischen Antriebseinrichtung und/oder der Verbrennungskraftmaschine auf wenigstens eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs und ein Drehmoment von der wenigstens einen Antriebsachse auf die elektrische Antriebseinrichtung und/oder die Verbrennungskraftmaschine übertragen werden kann, in einem Zustand, in dem das Kraftfahrzeug bergab fährt und abgebremst wird, wobei durch das Abbremsen ein Rekuperationsmoment in der elektrischen Antriebseinrichtung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass wenn bei maximalem Rekuperationsmoment keine Verzögerung des Kraftfahrzeugs eintritt, das Getriebe (4) derart geschaltet wird, dass die wenigstens eine Antriebsachse (14) über eine kleinere Übersetzung des Getriebes (4) mit der elektrischen Antriebseinrichtung (15) verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schaltvorgangs die Verbrennungskraftmaschine (2) mittels eines der wenigstens zwei Schaltelemente (7, 8) mit der wenigstens einen Antriebsachse (14) verbunden wird, wobei die Verbrennungskraftmaschine (2) nicht befeuert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden der Verbrennungskraftmaschine (2) 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 bei 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.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Schaltvorgangs die über die Einspeisung des Rekuperationsmoments in die elektrische Antriebseinrichtung (15) erzielte Bremskraft unterbrochen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Zustand, in dem das Kraftfahrzeug an einem Gefälle steht, eine Erkennung der Steigung des Gefälles durchgeführt wird, wobei in Abhängigkeit der Steigung des Gefälles eine geeignete Übersetzung in dem Getriebe (4) eingelegt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines größeren Gefälles eine kleinere Übersetzung und bei Erkennen eines kleineren Gefälles eine größere Übersetzung eingelegt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Erkennen der Steigung des Gefälles mittels wenigstens eines Beschleunigungssensors durchgeführt wird.
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