DE102015219340A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, Antriebsvorrichtung - Google Patents

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Benjin Luo
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Rainer Gasper
Thomas Huber
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein Doppelkupplungsgetriebe (4) aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe (4) zwei Kupplungen (K1,K2) aufweist, durch welche es mit dem Verbrennungsmotor (2) verbindbar ist, wobei in einem Fahrbetrieb zumindest der Verbrennungsmotor (2) zur Erzeugung eines Soll-Antriebsdrehmoment angesteuert wird, und wobei die Kupplungen (K1,K2) für einen Gangwechsel gegensinnig betätigt werden. Es ist vorgesehen, dass bei einem Gangwechsel die kupplungsfrei mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) verbundene Elektromaschine (3) derart angesteuert wird, dass sie das Soll-Drehmoment zumindest zeitweise vollständig oder teilweise erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein Doppelkupplungsgetriebe aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe zwei Kupplungen aufweist, durch welche es mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, wobei in einem Fahrbetrieb zumindest der Verbrennungsmotor zur Erzeugung eines Soll-Antriebsdrehmoment angesteuert und durch eine der Kupplungen mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbunden wird, und wobei die Kupplungen für einen Gangwechsel gegensinnig betätigt werden.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben der oben beschriebenen Antriebsvorrichtung sowie eine entsprechende Antriebsvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Verfahren, Vorrichtungen und Antriebsvorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Insbesondere sogenannte Hybridantriebsvorrichtungen, die neben einem Verbrennungsmotor wenigstens eine Elektromaschine aufweisen, finden immer mehr Anwendung im Kraftfahrzeugbau. Derartige Antriebsvorrichtungen erlauben das Durchführen unterschiedlicher Fahrbetriebsarten, wie beispielsweise einen rein elektrischen Betrieb, einen rein verbrennungsmotorischen Betrieb sowie einen Mischbetrieb, bei welchem das Antriebsdrehmoment des Kraftfahrzeugs sowohl durch den Elektromotor als auch durch den Verbrennungsmotor gemeinsam erzeugt wird. Weil der Elektromotor auch generatorisch betrieben werden kann, ist es dabei möglich, durch Lastpunktverschiebungen des Verbrennungsmotors eine Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs elektrisch aufzuladen oder bei einem Bremsvorgang elektrische Energie in die Batterie einzuspeisen. Üblicherweise sind die Antriebsmaschinen, Elektromotor und Verbrennungsmotor, nicht direkt mit Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs verbunden, sondern unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit veränderbarer Übersetzung. Im einfachsten Fall handelt es sich dabei um ein automatisiertes Schaltgetriebe mit mehreren fest vorgegebenen Übersetzungsstufen. Um Schaltzeiten zu reduzieren, ist es außerdem bekannt, Doppelkupplungsgetriebe vorzusehen, die zwei ineinander laufende Getriebewellen aufweisen, die jeweils mit einer Kupplung verbunden sind, durch welche die jeweilige Getriebewelle mit dem Verbrennungsmotor wirkverbindbar ist, sodass ein von dem Verbrennungsmotor erbrachtes Drehmoment auf die jeweilige Getriebewelle übertragbar ist. Durch ein vorteilhaft gegensinniges Ansteuern der Kupplungen ist es dabei möglich, dass an einer der Getriebewellen ein Gang gewechselt wird, während durch die andere Getriebewelle ein Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor zu den Antriebsrädern übertragen wird. Durch gleichzeitiges Einkuppeln der einen und Auskuppeln der anderen Kupplung kann damit ein Gangwechsel nahezu ohne Schaltverzögerung, die zu einer Zugkraftunterbrechung führen würde, erfolgen. Die Elektromaschine kann unterschiedlichen Stellen einer derartigen Antriebsvorrichtung angeordnet sein, um ein zusätzliches positives oder negatives Maschinendrehmoment zu erzeugen, das auf die Antriebsräder übertragen wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Schaltverzögerung beziehungsweise eine von dem Fahrer oder den Insassen des Kraftfahrzeugs spürbare Zugkraftverzögerung oder -unterbrechung im Vergleich zu bekannten Lösungen weiter reduziert und gegebenenfalls vollständig unterbunden wird. Dadurch wird einerseits der Fahrkomfort erhöht und andererseits werden Vorteile in Bezug auf die Fahrsicherheit aufgrund eines gleichmäßigen Drehmomentaufbaus an den Antriebsrädern erzielt beziehungsweise gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass bei einem Gangwechsel die kupplungsfrei mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbundene Elektromaschine derart angesteuert wird, dass sie das Soll-Drehmoment zumindest zeitweise vollständig oder teilweise erzeugt. Die Erfindung sieht also vor, dass bei einem Gangwechsel das durch das Öffnen der Kupplung an den Antriebsrädern wegfallende Motordrehmoment des Verbrennungsmotors durch ein Maschinendrehmoment der elektrischen Maschine vollständig oder teilweise kompensiert wird, insbesondere dann, wenn im Fahrbetrieb allein der Verbrennungsmotor zur Erzeugung des Soll-Antriebsdrehmoments angesteuert wird. Somit wird insbesondere bei einem Raufschalten des Doppelkupplungsgetriebes, also von einem niedrigeren Gang zu einem höheren Gang, beziehungsweise von einem Gang mit einem höheren Übersetzungsverhältnis zu einem Gang mit einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis, eine Zugkraftunterbrechung sicher vermieden. Dadurch, dass die Elektromaschine dauerhaft beziehungsweise kupplungsfrei mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbunden ist, ist außerdem kein zusätzlicher Schaltvorgang notwendig, um die Elektromaschine mit dem Doppelkupplungsgetriebe beziehungsweise mit dem Antriebsstrang zu verbinden, sodass allein durch die Ansteuerung der Elektromaschine, die sehr dynamisch auf eine Ansteuerung reagiert, die Zugkraftunterbrechung vorteilhaft reduziert beziehungsweise minimiert wird. Vorzugsweise wird das Soll-Drehmoment vollständig von der elektrischen Maschine übernommen, um die Zugkraftunterbrechung vollständig zu vermeiden. Dies hängt jedoch von der Dimensionierung der Elektromaschine ab, die gegebenenfalls das angeforderte Soll-Drehmoment nur teilweise erbringen kann. In diesem Fall ist es zweckmäßig, dass Soll-Drehmoment zumindest so weit wie möglich durch die Elektromaschine zu erzeugen, um die Zugkraftunterbrechung so weit wie möglich zu reduzieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass dann, wenn im Fahrbetrieb der Verbrennungsmotor und die Elektromaschine angesteuert werden, um das Soll-Drehmoment gemeinsam zu erzeugen, bei dem Gangwechsel die Elektromaschine derart angesteuert wird, dass sie den Anteil des Verbrennungsmotors an dem Soll-Antriebsdrehmoment vollständig oder teilweise übernimmt. Wird also das Soll-Drehmoment durch beide Antriebsmaschinen erzeugt, übernimmt beim Gangwechsel die Elektromaschine zusätzlich noch den Anteil an dem Soll-Drehmoment, der von dem Verbrennungsmotor erzeugt wurde, zumindest soweit es durch die vorhandene Elektromaschine und gegebenenfalls einem aktuellen Ladezustand des Energiespeichers beziehungsweise der Fahrzeugbatterie, möglich ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Einleiten des Gangwechsels das von dem Verbrennungsmotor auf das Doppelkupplungsgetriebe übertragene Drehmoment reduziert wird. Der Gangwechsel wird also dadurch eingeleitet, dass eine Reduzierung des von dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments erfolgt. Diese Reduzierung wird zweckmäßigerweise durch die Elektromaschine vollständig oder teilweise kompensiert, wie zuvor bereits beschrieben. Insbesondere erfolgt die Kompensation derart, dass das Motordrehmoment des Verbrennungsmotors kontinuierlich reduziert und das Maschinendrehmoment der Elektromaschine kontinuierlich erhöht wird, um den Wechsel zwischen dem Erzeuger des Antriebsdrehmoments ohne Zugkraftunterbrechung an den Antriebsrädern zu bewerkstelligen.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Drehmoment durch Öffnen der den Verbrennungsmotor mit dem Doppelkupplungsgetriebe aktuell verbindenden Kupplung reduziert wird. Durch ein insbesondere langsames Öffnen der Kupplung wird erreicht, dass das von dem Verbrennungsmotor aktuell zur Verfügung gestellte Motordrehmoment nicht vollständig auf das Doppelkupplungsgetriebe übertragen wird. Durch einen schlupfenden Betrieb der Kupplung erfolgt die Reduzierung des verbrennungsmotorischen Drehmoments durch Reduzierung des von der Kupplung übertragenen Drehmoments vom Verbrennungsmotor zum Getriebe auf einfache Art und Weise. Die andere Kupplung wird dabei bevorzugt gleichzeitig geschlossen oder zu einem späteren Zeitpunkt, nachdem beispielsweise ein Gangwechsel erfolgt ist.
  • Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass das von dem Verbrennungsmotor auf das Doppelkupplungsgetriebe übertragene Drehmoment durch Reduzierung des Motordrehmoments des Verbrennungsmotors erfolgt. Das Motordrehmoment beziehungsweise ein Soll-Verbrennungsmotordrehmoment entspricht in dem Fall, in welchem das Antriebsdrehmoment allein durch den Verbrennungsmotor im Ausgangszustand zur Verfügung gestellt wird, dem Soll-Antriebsmoment. Wird das Antriebsdrehmoment von Verbrennungsmotor und Elektromaschine gemeinsam erzeugt, so entspricht das Soll-Motordrehmoment dem Anteil des verbrennungsmotorischen Drehmoments an dem Antriebssolldrehmoment. Insbesondere wird das Motordrehmoment des Verbrennungsmotors verringert beziehungsweise reduziert, noch bevor die den Verbrennungsmotor aktuell mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbindende Kupplung geöffnet wird. Dadurch erfolgt eine Kompensation des wegfallenden Motordrehmoments durch die Elektromaschine noch bevor der Verbrennungsmotor von dem Doppelkupplungsgetriebe zur Durchführung des Schaltvorgangs gelöst wird.
  • Zweckmäßigerweise wird bei der Reduzierung des zu übertragenden Drehmoments ein Maschinendrehmoment der Elektromaschine gleichzeitig erhöht. Zweckmäßigerweise wird das Maschinendrehmoment in gleichem Maße erhöht, wie das von dem Verbrennungsmotor übertragende Drehmoment reduziert wird.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die den Verbrennungsmotor mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbindende Kupplung erst dann geöffnet wird, wenn das Drehmoment des Verbrennungsmotors auf null reduziert ist. Dadurch ist die den Verbrennungsmotor mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbindende Kupplung dann lastfrei und kann schonend mit minimalem Verschleiß geöffnet werden.
  • Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass während einer Drehzahlsynchronisation des Doppelkupplungsgetriebes während des Gangwechsels beide Kupplungen vollständig geöffnet sind. Dadurch wird ein verschleißarmer Gangwechsel des Doppelkupplungsgetriebes gewährleistet. Obwohl beide Kupplungen geöffnet sind, wird durch die erfindungsgemäße Ausführungsform gewährleistet, dass eine Zugkraftunterbrechung verhindert ist, beziehungsweise, dass das Soll-Antriebsdrehmoment durch die Elektromaschine zumindest weitgehend zur Verfügung gestellt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Einleiten des Gangwechsels die den Verbrennungsmotor mit dem Doppelkupplungsgetriebe verbindende Kupplung geöffnet und gleichzeitig die andere Kupplung zumindest teilweise geschlossen wird. Hierdurch kann ein besonders schneller Gangwechsel erfolgen. Die kompensierende Elektromaschine gewährleistet, dass auch hierbei eine Zugkraftunterbrechung zumindest weitestgehend unterbleibt.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
  • Im Folgenden sollen die Vorteile der Erfindungen anhand eines Ausführungsbeispiels weiter erläutert werden. Dazu zeigen
  • 1 eine Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs in einer funktionellen Darstellung,
  • 2 ein Diagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben der Antriebsvorrichtung,
  • 3 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens,
  • 4 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung des Verfahrens,
  • 5 ein Diagramm zur Erläuterung einer Variante des Verfahrens,
  • 6 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung der weiteren Variante des Verfahrens und
  • 7 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines weiteren vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben der Antriebsvorrichtung.
  • 1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs, die als Hybridantriebsvorrichtung ausgebildet ist. Dazu weist die Antriebsvorrichtung 1 einen Verbrennungsmotor 2 sowie eine Elektromaschine 3 auf, die durch ein Doppelkupplungsgetriebe 4, das in der 1 lediglich funktional dargestellt ist, mit wenigstens einem Antriebsrad 5 des Kraftfahrzeugs verbunden sind. Das Doppelkupplungsgetriebe 4 weist zwei Kupplungen K1 und K2 auf, durch welche es mit dem Verbrennungsmotor 2 wirkverbindbar ist. Dabei weist das Doppelkupplungsgetriebe 4 zwei Teilgetriebe TG1 und TG2 auf, die jeweils unterschiedliche Übersetzungen aufweisen und mit dem Antriebsrad 5 wirkverbunden sind. So weist beispielsweise vorliegend das Teilgetriebe TG1 die Übersetzungen für die Gänge 1, 3, 5 den Rückwärtsgang sowie einen neutralen Gang N auf, während das Teilgetriebe TG2 die Übersetzungen für die Gänge 2, 4 und 6 sowie einen neutralen Gang N aufweist. Insbesondere ist das Doppelkupplungsgetriebe 4 derart ausgebildet, dass, wie vorliegend gezeigt, die nächst höhere oder die nächst niedrigere Übersetzung jeweils auf dem anderen Teilgetriebe liegt. Eine Eingangswelle des Teilgetriebes TG1 ist dabei mit der Kupplung K1 und einer Eingangswelle des Teilgetriebes TG2 mit der Kupplung K2 verbunden, sodass in Abhängigkeit davon, welche der beiden Kupplungen K1 und K2 geschlossen ist, der Verbrennungsmotor 2 entweder mit dem Teilgetriebe TG1 oder mit dem Teilgetriebe TG2 wirkverbunden ist. Sind beide Kupplungen K1 und K2 geöffnet, ist der Verbrennungsmotor 2 vollständig von dem Doppelkupplungsgetriebe 4 getrennt und kann weder ein positives noch ein negatives Drehmoment auf das Antriebsrad 5 übertragen. Die Elektromaschine 3 ist dauerhaft beziehungsweise kupplungsfrei mit der Eingangswelle des Teilgetriebes TG2 verbunden. Die Elektromaschine 3 ist dabei beispielsweise durch einen Riementrieb oder durch ein Zahnradgetriebe mit der Eingangswelle gekoppelt. Alternativ kann die Elektromaschine 3 aber auch an der Ausgangswelle oder an einer anderen Stelle in dem Teilgetriebe TG2 mit dem Teilgetriebe TG2 verbunden sein. Dem Verbrennungsmotor 2 ist außerdem vorliegend ein Startermotor 6 zugeordnet.
  • Bei einem Gangwechsel von einem niedrigeren zu einem höheren Gang, beispielsweise von dem Gang 3 zu dem Gang 4, wird üblicherweise wie folgt vorgegangen: Im Ausgangszustand ist im Teilgetriebe TG2 der Gang 4 bereits eingelegt. Im Teilgetriebe TG1 ist der Gang 3 eingelegt, die Kupplung K2 geöffnet, und die Kupplung K1 geschlossen und der Verbrennungsmotor 2 stellt ein positives Motordrehmoment bereit, das gemäß der Übersetzung des Gangs 3 auf das Antriebsrad 5 übertragen wird. Dabei erfolgt der Momentenfluss beziehungsweise Kraftfluss von dem Verbrennungsmotor 2, durch die Kupplung K1, das Teilgetriebe TG1 zu dem Antriebsrad 5. Im Endzustand soll der Momentenfluss von dem Verbrennungsmotor 2 durch die Kupplung K2 und das Teilgetriebe TG2 mit der Übersetzung des Gangs 4 auf das Antriebsrad 5 übertragen werden. Um von dem Ausgangszustand zu dem Endzustand zu gelangen, werden die folgenden Schritte durchgeführt:
    Zur Vereinfachung wird ein konstantes Fahrerwunschmoment und eine konstante Fahrgeschwindigkeit angenommen, sodass sich die Drehzahlen der Teilgetriebe TG1 und TG2 sowie die benötigten Momente in den jeweiligen Gängen nicht verändern. Bei der Hochschaltung von dem dritten in den vierten Gang wird zwischen einer Drehmomentübergabe von dem Teilgetriebe TG1 zu dem Teilgetriebe TG2 und einer anschließenden Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors auf die Drehzahl des Teilgetriebes TG2 unterschieden. Da der Momentenwunsch des Fahrers am Antriebsrad 5 der gesamten Schaltung konstant bleiben soll, muss das Drehmoment des Verbrennungsmotors 2 während der Momentenübergabe angehoben werden. Die benötigte Anhebung des Drehmoments kann aus der Übersetzung des vierten Gangs im Teilgetriebe TG2 und dem gewünschten Fahrerwunschmoment berechnet werden. Während der Synchronisation der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 mit dem Teilgetriebe TG2 wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors 2 derart weit abgesenkt, dass sich eine Absenkung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 auf die Eingangsdrehzahl des Teilgetriebes TG2 ergibt. Das Kupplungsmoment des Teilgetriebes TG1 beziehungsweise das von der Kupplung K1 übertragene Drehmoment wird während der Momentenübergabe auf Null abgesenkt, und das Kupplungsmoment des Teilgetriebes TG2 beziehungsweise der Kupplung K2 von null auf das benötigte Antriebsmoment angehoben. Dabei ist vorteilhafterweise darauf zu achten, dass die Summe der beiden Kupplungsmomente während der Momentenübergabe gleich dem gewünschten Fahrermoment entspricht, damit es zu keiner Zugkraftunterbrechung und damit einer Verringerung des Komforts kommt. Außerdem muss das Kupplungsmoment des Teilgetriebes TG2 während der Synchronisation der Drehzahl konstant gehalten werden, um keine Unterbrechung der Zugkraft zu erhalten. Während der Momentenübergabe ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors konstant zu halten beziehungsweise muss geringfügig erhöht werden, sodass der Schlupf der Kupplung K1 immer positiv ist. Dies ist wichtig, damit das Vorzeichen des übertragenden Moments einer schleifenden Kupplung vom Vorzeichen der Drehzahldifferenz abhängt. So ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 größer oder gleich der Eingangsdrehzahl des Teilgetriebes TG1 ist, um ein positives Drehmoment zu übertragen. Sinkt die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 unter die Eingangsdrehzahl des Teilgetriebes TG1, so ändert sich das Vorzeichen des übertragenden Drehmoments und es kommt zu einem deutlich spürbaren Einbruch des Antriebsdrehmoments an dem Antriebsrad 5, was wiederum zu einer für den Fahrer und weitere Insassen des Kraftfahrzeugs deutlich spürbaren Zugkraftunterbrechung führt. Dabei kann eine Synchronisation der Drehzahl erst dann erfolgen, wenn das vollständige Motordrehmoment des Verbrennungsmotors 2 auf die Kupplung K2 des Teilgetriebes TG2 übergeben wurde. Für das Teilgetriebe TG2 gilt bei einer Zug-hoch-Schaltung, also einem Gangwechsel zu einem höheren Gang, dass die Verbrennungsmotordrehzahl immer höher ist als die Drehzahl der Eingangswelle des Teilgetriebes TG2, um eine positive Momentenübertragung sicherzustellen. Während der Drehzahlsynchronisation muss die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 auf die Eingangsdrehzahl des Teilgetriebes TG2 abgesenkt werden, um die Kupplung K2 vollständig schließen zu können.
  • Durch die Elektromaschine 3 kann das benötigte Fahrerwunschmoment am Antriebsrad 5 zwischen der Elektromaschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 aufgeteilt werden, um den Verbrennungsmotor 2 beispielsweise in einem verbrauchsoptimalen Betriebspunkt betreiben zu können. So kann das von Antriebsvorrichtung 1 insgesamt an dem Antriebsrad 5 zur Verfügung zu stellende Soll-Antriebsdrehmoment von dem Verbrennungsmotor 2 und der Elektromaschine 3 gemeinsam erbracht werden. Je nach Betriebsstrategie ändern sich dabei die Anteile von Verbrennungsmotor 2 und Elektromaschine 3 an dem Soll-Antriebsdrehmoment.
  • Um während des Hochschaltens den Komfort für einen Fahrer und weitere Insassen des Kraftfahrzeugs weiter zu erhöhen, den Verbrennungsmotor 2 und die Kupplungen K1 und K2 zu entlasten und damit einen geringeren Verschleiß der Kupplungen K1 und K2 zu erhalten, ist vorliegend vorgesehen, dass während des Gangwechsels das Moment des Verbrennungsmotors 2 vollständig oder teilweise, in Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der Elektromaschine 3, auf die Elektromaschine 3 übergeben wird. Dadurch müssen geringe beziehungsweise keine Momente während der Momentenübergabe zwischen den Kupplungen K1 und K2 der Teilgetriebe TG1 und TG2 übertragen werden. Dies hat den Vorteil, dass der Komfort erhöht und Verschleiß verringert werden. Darüber hinaus ist eine kleinere Dimensionierung des Antriebsvorrichtung, insbesondere der Kupplungen K1, K2 möglich, was zu verbesserten Bauraumverhältnissen und geringeren Herstellungskosten führt. Das vorteilhafte Verfahren soll anhand der 2 bis 7 näher erörtert werden. Dabei wird von dem zuvor beschriebenen Ausgangszustand und Endzustand ausgegangen.
  • 2 zeigt in einem Diagramm über die Zeit t aufgetragen, das Maschinendrehmoment Md3 der Elektromaschine 3 sowie das Motordrehmoment Md2 des Verbrennungsmotors 2 während eines Gangwechsels, wobei vorliegend davon ausgegangen wird, dass die Übersetzung von Elektromaschine 3 zu Teilgetriebe TG2 gleich 1 ist. Außerdem sind die Drehmomente der Teilgetriebe TG1 und TG2 für den dritten Gang MdG3 und den vierten Gang MdG4 gezeigt. Bei dem Hochschalten von dem dritten in den vierten Gang, also bei einem Wechsel von dem Teilgetriebe TG1 zu dem Teilgetriebe TG2, wird zunächst in einer Phase I das Drehmoment Md2 des Verbrennungsmotors 2 auf die Elektromaschine 3 übertragen, sodass die Elektromaschine 3 das vollständige Fahrerwunschmoment durch das Teilgetriebe TG2 und das Antriebsrad 5 bereitstellt. Danach erfolgt in Phase II die Drehzahlsynchronisation des Verbrennungsmotors 2 und des Teilgetriebes TG2. Sind die Drehzahlen synchronisiert, wird in Phase III die Kupplung K2 des Teilgetriebes TG2 vollständig geschlossen und das Drehmoment von der Elektromaschine 3 wieder auf den Verbrennungsmotor 2 übertragen oder, falls das Soll-Antriebsdrehmoment von Verbrennungsmotor 2 und Elektromaschine 3 gemeinsam erbracht werden soll, auf Verbrennungsmotor 2 und Elektromaschine 3 aufgeteilt.
  • 3 zeigt in einem weiteren Diagramm über die Zeit t aufgetragen, die von den Kupplungen K1 und K2 übertragenen Drehmomente MdK1 und MdK2. Das Drehmoment der Kupplung K1 des Teilgetriebes TG1 wird in gleichem Maße wie das Drehmoment Md2 des Verbrennungsmotors 2 auf Null abgesenkt. Ist die Kupplung K1 lastfrei, kann diese geöffnet oder schon vorher die Kupplung K2 nachgeführt werden, um einen schnelleren Schaltvorgang zu realisieren. Im Unterschied zu einem konventionellen Gangwechsel, bei welchem das Verbrennungsmotordrehmoment auf die Kupplung K2 des Teilgetriebes TG2, mit zugehöriger Erhöhung des Drehmoments, übergeben wird, ist vorliegend das übertragene Drehmoment der Kupplung K2 des Teilgetriebes TG2 in den Phasen I und II gleich null. Die Kupplung K2 ist noch vollständig geöffnet und es liegt kein Schlupf und damit kein Verschleiß vor. Während der Drehzahlsynchronisation in der Phase II sind beide Kupplungen K1 und K2 vollständig geöffnet. Die Kupplung K2 des Teilgetriebes TG2 wird insbesondere vor der Momentenübergabe von der Elektromaschine 3 zu dem Verbrennungsmotor 2 vollständig geschlossen, und wird optional, um eine schnellere Schaltung zu ermöglichen, mit dem Verbrennungsmotordrehmoment Md2 erhöht werden.
  • 4 zeigt in einem weiteren Diagramm über die Zeit t aufgetragen, die Drehzahl n2 des Verbrennungsmotors 2 während des beschriebenen Gangwechsels. Dabei sind auch die aufgrund der gleichbleibenden Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gleichbleibenden Eingangsdrehzahlen nTG2 und nTG1 bei dem jeweils eingelegten Gang 3 beziehungsweise 4 durch gestrichelte Linien gezeigt. Der Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors 2 entspricht dem Drehzahlverlauf während einer konventionellen Schaltung. Weil jedoch die Kupplungen K1 und K2 mit sehr viel weniger Schlupf arbeiten müssen und dadurch der Verschleiß und die Beanspruchung der Kupplungen K1 und K2 gegenüber dem konventionellen Gangwechsel verringert ist, ergeben sich die oben bereits genannten Vorteile.
  • Für den Fall, dass die Elektromaschine 3 das vollständige Soll-Antriebsdrehmoment beziehungsweise Fahrerwunschmoment nicht vollständig stellen kann, so ist immer noch eine Verringerung der nötigen Kupplungsmomente während der Momentenübergabe von dem Teilgetriebe TG1 zu dem Teilgetriebe TG2 mithilfe der Elektromaschine 3 möglich. Der Ablauf des Gangwechsels ist analog zu dem oben beschriebenen Schaltabläufen im Folgenden mithilfe von 5 erläutert.
  • 5 zeigt erneut das Diagramm, das auch in 2 gezeigt ist, mit dem Unterschied, dass die Elektromaschine 3 nicht dazu in der Lage ist, das Drehmoment des Elektromotors 2 vollständig zu übernehmen. In der Phase I wird gleichzeitig ein Teil des Drehmoments Md2 des Verbrennungsmotors 2 auf die Elektromaschine 3 übertragen, während der verbleibende Teil des Drehmoments des Verbrennungsmotors weiter auf das Teilgetriebe TG2 übertragen wird. Danach erfolgt die Drehzahlsynchronisation in Phase II. Sind die Drehzahlen synchronisiert, kann die Kupplung K2 des Teilgetriebe TG2 vollständig geschlossen und das Soll-Antriebsdrehmoment wieder zwischen der Elektromaschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 auf Phase III aufgeteilt werden.
  • Die dazugehörigen durch die Kupplungen K1 und K2 übertragenen Drehmomente sind in 6 gezeigt. Das übertragende Drehmoment der Kupplung K1 wird der Phase I zunächst auf Null gesenkt. Sobald die Kupplung K1 lastfrei ist, kann diese geöffnet beziehungsweise schon vorher die Kupplung nachgeführt werden, um einen schnelleren Schaltvorgang zu realisieren. Gleichzeitig wird das Verbrennungsmotormoment Md2 von der Kupplung K2 übernommen. Im Unterschied zu einem konventionellen Gangwechsel, bei welchem das Verbrennungsmotordrehmoment Md2 auf die Kupplung K2 (mit der zugehörigen Erhöhung des Drehmoments) übergeben wird, ist hier das Drehmoment MdK2 der Kupplung K2 geringer. Es wird im Schlupf eine geringer Verlustleistung, die proportional zum übertragenden Drehmoment MdK2 ist, in die Kupplung K2 eingetragen und damit ein geringerer Verschleiß der Kupplung K2 gegenüber dem konventionellen Gangwechsel erreicht. Das Moment der Kupplung K2 ist auch während der Synchronisation des Verbrennungsmotors 2 geringer. Dadurch wird über den gesamten Schaltvorgang beziehungsweise Gangwechsel eine geringere Verlustleistung in der Kupplung K2 erzielt. Dies führt zu einem reduzierten Verschleiß der Kupplung K2 und damit zu einer erhöhten Lebensdauer.
  • 7 zeigt in einem Flussdiagramm ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der Antriebsvorrichtung bei einem Herunterschalten, also bei einem Gangwechsel von einem höheren in einen niedrigeren Gang, durch welches ein zugkraftunterbrechungsfreies Schalten des Gangs des Teilgetriebes TG2 während eines Rekuperationsbetriebs der Elektromaschine 3 ermöglicht ist. Dabei wird von folgendem Ausgangszustand ausgegangen: Im Teilgetriebe TG2 ist ein Gang, beispielsweise Gang 4 eingelegt, die Kupplung K2 ist geöffnet, und der Verbrennungsmotor 2 ist abgeschaltet, die Kupplung K1 ist geöffnet und die Elektromaschine 3 wird generatorisch betrieben. Als Endzustand soll erreicht werden, dass im Teilgetriebe TG2 ein niedrigerer Gang, beispielsweise Gang 2, eingelegt ist, die Kupplungen K1 und K2 geöffnet sind, der Verbrennungsmotor abgeschaltet ist und die Elektromaschine 3 weiterhin generatorisch betrieben wird und insofern ein negatives Drehmoment erzeugt.
  • Im Schritt S1 wird das Verfahren bei dem genannten Ausgangszustand gestartet. Im darauffolgenden Schritt S2 wird in einem Teilgetriebe TG1 ein kleiner Gang eingelegt, insbesondere ein Gang der niedriger ist, als der im Teilgetriebe TG2 eingelegte Gang, und insbesondere der kleinste zur Verfügung stehende Gang mit der höchsten Übersetzung des Teilgetriebes TG1, um eine möglichst hohe Drehzahl an der Kupplung K1 zu erreichen.
  • Anschließend wird in einem Schritt S3 für den Gangwechsel die Elektromaschine 3 dazu angesteuert, ein Nullmoment zu stellen, also in einem Leerlauf zu laufen. Dabei wird die Kupplung K1 in einem Schritt S4 schlupfend betrieben, ohne dass der Verbrennungsmotor 2 betrieben wird. Durch das schlupfende Betreiben der Kupplung K1 wird ein verzögerndes Drehmoment in dem Teilgetriebe TG1 erzeugt, indem in der Kupplung K1 durch den Schlupf Energie vernichtet wird und somit eine Zugkraftunterbrechung durch das Nullmoment der Elektromaschine 3 kompensiert wird.
  • Anschließend wird im Teilgetriebe TG2 der aktuelle Gang, beispielsweise Gang 4, in einem Schritt S5 ausgelegt und ein neuer, niedrigerer Gang, insbesondere der nächst niedrigerer Gang, vorliegend Gang 2, in einem darauffolgenden Schritt S6 eingelegt. Parallel hierzu wird weiter das verzögernde Soll-Antriebsdrehmoment durch den schlupfenden Betrieb der Kupplung K1 zur Verfügung gestellt.
  • In einem darauffolgenden Schritt S7 wird die Elektromaschine 3 wieder dazu angesteuert, generatorisch betrieben zu werden und insofern ein verzögerndes Antriebsdrehmoment zur Verfügung zu stellen, das für das Teilgetriebe TG2 auf das Antriebsrad 5 wirkt. Während das Drehmoment der Elektromaschine 3 wieder hochgefahren wird, wird die Kupplung K1 wieder geöffnet, um das durch den Schlupf erzeugte Verzögerungsmoment zurückzunehmen. Sobald die Kupplung K1 vollständig geöffnet ist, wird bevorzugt in einem Schritt S8 der eingelegte Gang des Teilgetriebes TG1 wieder ausgelegt und das Teilgetriebe TG1 insbesondere in einen neutralen Gang beziehungsweise Zustand geschaltet. Dadurch ist das Verfahren in einem Schritt S9 beendet. Vorteilhafterweise wird der Schaltvorgang möglichst schnell durchgeführt, damit möglichst wenig Energie in der Kupplung K1 durch den schlupfenden Betrieb vernichtet wird und der Verschleiß gering gehalten wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Verbrennungsmotor 2 mit dreht, solange die Kupplung K1 ein verzögerndes Drehmoment erzeugt.
  • Durch dieses Verfahren wird ein zugkraftunterbrechungsfreier Gangwechsel des Teilgetriebes TG2 während eines Rekuperationsbetriebs ermöglicht, wodurch die Elektromaschine bei hohen Geschwindigkeiten in einem hohen Gang betrieben werden kann, mit einem besseren Wirkungsgrad und hohem Drehmoment. Dadurch wird ein rein elektrisches Fahren auch bei höheren Geschwindigkeiten optimiert, insbesondere in Bezug auf den Fahrkomfort. Der Komfort des Doppelkupplungsgetriebes 4, nämlich das zugkraftunterbrechungsfreie Schalten, ist somit auch im rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs, mit nur einer nur einem der Teilgetriebe TG1 oder TG2 zugeordneten elektrischen Maschine gewährleistet.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein Doppelkupplungsgetriebe (4) aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe (4) zwei Kupplungen (K1, K2) aufweist, durch welche es mit dem Verbrennungsmotor (2) verbindbar ist, wobei in einem Fahrbetrieb zumindest der Verbrennungsmotor (2) zur Erzeugung eines Soll-Antriebsdrehmoment angesteuert wird, und wobei die Kupplungen (K1, K2) für einen Gangwechsel gegensinnig betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Gangwechsel die kupplungsfrei mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) verbundene Elektromaschine (3) derart angesteuert wird, dass sie das Soll-Drehmoment zumindest zeitweise vollständig oder teilweise erzeugt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn im Fahrbetrieb der Verbrennungsmotor (2) und die Elektromaschine (3) angesteuert werden, um das Soll-Drehmoment gemeinsam zu erzeugen, bei dem Gangwechsel die Elektromaschine (3) derart angesteuert wird, dass sie den Anteil des Verbrennungsmotors (2) an dem Soll-Antriebsdrehmoment vollständig oder teilweise übernimmt.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiten des Gangwechsels das von dem Verbrennungsmotor (2) auf das Doppelkupplungsgetriebe (4) übertragene Drehmoment reduziert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment durch Öffnen der den Verbrennungsmotor (2) mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) aktuell verbindende Kupplung (K1, K2) reduziert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment durch Reduzieren eines des Verbrennungsmotors (2) vorgegebenen Motordrehmoments (Md2) reduziert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Verbrennungsmotor (2) mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) verbindende Kupplung (K1, K2) erst dann geöffnet wird, wenn das Motordrehmoment (Md2) des Verbrennungsmotors (2) auf null reduziert ist.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Drehzahlsynchronisation des Doppelkupplungsgetriebes (4) während des Gangwechsels beide Kupplungen (K1, K2) vollständig geöffnet sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiten des Gangwechsels die den Verbrennungsmotor (2) mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) verbindende Kupplung (K1, K2) geöffnet und gleichzeitig die andere Kupplung (K2, K1) zumindest teilweise geschlossen wird.
  9. Vorrichtung zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein Doppelkupplungsgetriebe (4) aufweist, wobei das Doppelkupplungsgetriebe (4) zwei Kupplungen (K1, K2) aufweist, durch welche der Verbrennungsmotor (2) mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) wirkverbindbar ist, mit einem Steuergerät, das speziell dazu hergerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei bestimmungsgemäßem Gebrauch durchzuführen.
  10. Antriebsvorrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (2), einer Elektromaschine (3) und einem Doppelkupplungsgetriebe (4), wobei das Doppelkupplungsgetriebe (4) zwei Kupplungen (K1, K2) aufweist, durch welche es mit dem Verbrennungsmotor (2) wirkverbindbar ist, und wobei die Elektromaschine (3) kupplungsfrei mit dem Doppelkupplungsgetriebe (4) wirkverbunden ist, und mit einer Vorrichtung nach Anspruch 9.
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