DE102018219535A1 - Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs, sowie Steuerungsvorrichtung und Getriebe - Google Patents

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Kai Bornträger
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Thorsten Leim
Rick HAUSCHWITZ
Jochen BREUER
Andreas HEINZLER
Stefan Blattner
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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes mit einer EMx/EDx-Umschaltung, wobei die Umschaltung zwischen einem EMx-Modus (3) und einem EDx-Modus (2) in Abhängigkeit vordefinierter Priorisierungsbedingungen durchgeführt wird, welche in Form von Einzelpriorisierungskriterien oder generellen Priorisierungskriterien hinterlegt sind und ausgewählt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Steuerungsvorrichtung und ein Getriebe mit einer Steuerungsvorrichtung.
  • Aus der EP 3 165 388 A1 ist eine Hybridanwendung bekannt, welche einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine aufweist, wobei das Getriebe ein zwei parallel geschaltete Teilgetriebe umfassendes Hauptgetriebe mit mindestens einer Vorgelegewelle, sowie eine Ausgangswelle, sowie zwei die Elemente Steg, Sonnenrad und Hohlrad aufweisende Planetengetriebe umfasst, wobei jedes Teilgetriebe eine Getriebeeingangswelle aufweist, wobei eine erste Getriebeeingangswelle als Hohlwelle und eine zweite Getriebeeingangswelle als Vollwelle ausgeführt ist, wobei ein erstes Planetengetriebe als Bereichsgruppe an das Hauptgetriebe anschließt, wobei das Hauptgetriebe eine erste, eine zweite, eine dritte, eine vierte und eine fünfte Radebene und ein erstes, eine zweites, ein drittes und ein viertes Schaltelement umfasst. Die elektrische Maschine ist über eine der Planetenstufen mit dem Getriebe verbunden. Dabei können mit einem weiteren Schaltelement zwei Schaltpositionen I und J hergestellt werden, wobei in der Schaltposition I das Hohlrad der Planetenstufe mit einer Getriebeeingangswelle, der zweiten Getriebeeingangswelle verbunden wird und in der Schaltposition J das Hohlrad der Planetenstufe gehäusefest arretiert wird.
  • Wenn das Hohlrad mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist, kann die Planetenstufe als Überlagerungsgetriebe wirken. Ein Antrieb der zweiten Eingangswelle ist am Hohlrad der Planetenstufe angebunden, die elektrische Maschine an der Sonne der Planetenradstufe und der Steg der Planetenradstufe an der ersten Eingangswelle des Hauptgetriebes. In der zweiten Schaltstellung des weiteren Schaltelements, in der Schaltstellung J wirkt die Planetenstufe als feste Vorübersetzung für die elektrische Maschine. Dadurch kann die elektrische Maschine kostengünstig mit weniger Drehmoment, dafür aber höherer Drehzahl ausgelegt werden. Das Hohlrad der Planetenstufe kann aber auch direkt mit dem Getriebegehäuse, bzw. einem Teil des Gehäuses, verbunden sein. Dadurch entsteht ebenfalls eine feste Vorübersetzung der elektrischen Maschine mit den genannten Vorteilen.
  • Um einen möglichst effektiven Betrieb des Hybridantriebs zu erreichen, werden Antriebsstrategien bzw. Schaltstrategien eingesetzt, die den Elektroantrieb situationsbedingt flexible einsetzen, beispielsweise zum Anfahren, als Startergenerator oder als Generator zur Stromerzeugung. Aus der Schrift DE 10 2010 063 582 A1 ist eine Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt, mit einem die Elemente Steg, Sonnenrad und Hohlrad aufweisenden Planetengetriebe, wobei ein erstes Element dieser Elemente des Planetengetriebes der festen Anbindung einer ersten Getriebeeingangswelle eines ersten Teilgetriebes eines Getriebes dient, und wobei ein zweites Element dieser Elemente des Planetengetriebes der festen Anbindung einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebs dient, mit einem ersten Schaltelement, über welches ein drittes Element dieser Elemente des Planetengetriebes in einer ersten Schalstellung des ersten Schaltelements an einer zweiten Getriebeeingangswelle eines zweiten Teilgetriebes des Getriebes, an welcher ferner ein Verbrennungsmotor des Hybridantriebs koppelbar ist, und in einer zweiten Schaltstellung des ersten Schaltelements gehäuseseitig bzw. statorseitig anbindbar ist, und mit einem zweiten Schaltelement, über welches bei geschlossenem zweiten Schaltelement beide Getriebeeingangswellen beider Teilgetriebe aneinander koppelbar und bei geöffnetem zweiten Schaltelement beide Getriebeeingangswellen beider Teilgetriebe voneinander trennbar sind. Damit ist ein elektrodynamisches Anfahren und auch elektrodynamisches Schalten möglich. Außerdem kann die elektrische Maschine als integrierter Startergenerator verwendet werden. Dabei beschreibt die DE 10 2010 063 582 A1 ebenfalls Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung, wobei verschiedene Schaltstrategien offenbart sind, welche die Umschaltung bzw. das Einlegen des ersten Schaltelements und dessen Schaltpositionen A und B betreffen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, weitere Aspekte für die Wahl der Schaltpositionen eines Schaltelements zur Umschaltung zwischen den Modi EDA (EDx) und ISG (EMx) und damit zur Wahl des Fahrmodus EMx oder EDx mit einzubeziehen, wobei insbesondere der Fahrkomfort, die Wirtschaftlichkeit und Schutzfunktionen für die Getriebekomponenten berücksichtigt werden sollen.
  • Ein Betrieb im EDx-Modus beinhaltet unter anderem Komfortfunktionen, wie z.B. Lastschaltung mit maximalem Stützungsfaktor (auch unter EDS - Elektrodynamisches Schalten bekannt), Anfahren (auch unter EDA - Elektrodynamisches Anfahren bekannt) und auch den Abwürgeschutz. Ein Betrieb im EMx-Modus beinhaltet unter anderem Kraftstoffsparfunktionen, wie z.B. Rekuperation und elektrisches Fahren. Da nur ein Zustand aktiv sein kann ergibt sich daraus ein Zielkonflikt zwischen einer Komfort- und Verbrauchsoptimierung des Getriebes bzw. des Antriebsstrangs. Dies soll ebenfalls bei der Erfindung berücksichtigt werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren.
  • Erfindungsgemäß wird eine Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrang eines Hybridgetriebes mit einer EMx/EDx-Umschaltung vorgeschlagen, wobei die Umschaltung zwischen einem EMx-Modus und einem EDx-Modus in Abhängigkeit vordefinierter Umschaltstrategien durchgeführt wird, welche in Form von Priorisierungsbedingungen hinterlegt bzw. ausgewählt werden. Priorisierungsbedingungen können Einzelpriorisierungskriterien oder generellen Priorisierungskriterien sein. Einzelpriorisierungskriterien können dabei durch generelle Priorisierungskriterien beeinflusst und verändert werden.
  • Folgende Einzelpriorisierungskriterien können dabei gewählt werden:
    • -Priorisierung EDx, wobei bevorzugt im EDx-Modus gefahren werden soll und dadurch die Komfortfunktionen priorisiert werden.
    • -Priorisierung EMx, wobei bevorzugt im EMx-Modus gefahren werden soll und dadurch die Kraftstoffsparfunktionen priorisiert werden. Kraftstoffeinsparungen sind allerdings sowohl im EMx- als auch im EDx-Modus möglich, wobei im EMx-Modus die Kraftstoffeinsparung durch Rekuperation und elektrisches Segeln erzielt wird und im EDx-Modus durch Drehzahlabsenkung im Radsatz, wodurch geringere Verluste im Zugbetrieb entstehen.
    • -Elektrische Rückwärtsfahrt über EMx, da nur im EMx-Modus rein elektrisch rückwärts gefahren werden kann und somit ein mechanischer Rückwärtsgang entfallen kann.
    • -Sicherstellung der Getriebefunktionalität und Verfügbarkeit des Antriebsstrangs über EDx, wie z.B. mit dem Abwürgeschutz.
    • -Komfortfunktionen bei geringen Geschwindigkeiten bzw. hoher Fahrdynamik über EDx, indem z.B. die EDS-Lastschaltungen priorisiert werden.
    • -Kraftstoffsparfunktionen bei höheren Geschwindigkeiten und hoher angeforderter EM-Leistung über EMx, z.B. durch Erschließung des Rekuperationspotentials, durch elektrisches Segeln oder durch Lastschaltungen auch bei Volllastbetrieb.
    • -Komfortfunktionen bei höheren Geschwindigkeiten im teillastbetrieb über EMx, wobei die EMx-Lastschaltung (EMS) bei Teillast ausreichend ist, da kein Momenteinbruch am Abtrieb während der Schaltung stattfindet.
    • -Schutzfunktion, wobei Ströme im elektrischen System durch Drehzahlerhöhung reduziert werden über EMx, z.B. zur Temperaturniveauabsenkung in der elektrischen Maschine, dem Wechselrichter und/oder der Batterie.
    • -Kraftstoff und Komfortfunktionen bei höheren Geschwindigkeiten über EDx, z.B. durch Drehzahlabsenkung im Direktgang oder EDS-Schaltung.
  • Folgende generelle Priorisierungskriterien sind wählbar, durch welche die Einzelpriorisierungskriterien variiert bzw. verändert werden können:
    • -Priorisierung EDx zur Priorisierung eines Komforts gegenüber einer Kraftstoffeinsparung
    • -Priorisierung EMx zur Priorisierung der Kraftstoffeinsparung gegenüber dem Komfort, wobei wie bereits beschrieben auch im EDx-Modus durch Drehzahlabsenkung eine Kraftstoffeinsparung erzielt werden kann,
    • -Angabe eines Mindeststützungsfaktors, wobei in der EMx-Position durch elektrisches Fahren während der Verbrennungsmotorschaltung ein geringerer Stützungsfaktor erreicht werden kann, als in der EDx-Position durch den Überlagerungseffekt. Im Teillastbetrieb reicht eine EMx-Schaltung, eine Schaltung, welche im geschalteten EMx-Modus durchgeführt wird, für den Komfort jedoch aus, wodurch eine Umschaltung nach EDx für diese Schaltung vermieden werden kann.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigt die:
    • 1: möglicher Aufbau eines erfindungsgemäßen Getriebes
    • 2 erfindungsgemäße Umschaltstrategien des ersten Schaltelements 1 von der ersten Schaltstellung I in die zweite Schaltstellung J und umgekehrt.
  • Für den Betrieb von Radsätzen mit einer EMx/EDx-Umschaltung ist eine gezielte Strategie notwendig, um den Betrieb des Getriebes hinsichtlich verschiedenster Anforderungen für maximalen Komfort und/oder maximale Wirtschaftlichkeit sicherzustellen. Generell sollten dabei wie bereits beschrieben auch Schutzfunktionen für die Getriebekomponenten mit berücksichtigt werden.
  • Die 1 zeigt einen möglichen erfindungsgemäßen Getriebeaufbaugemäß dem genannten Stand der Technik. Durch das erste Schaltelement 1 kann die erste Schaltstellungen I und die zweite Schaltstellung J geschaltet werden, wobei die erste Schaltstellung I dem geschalteten Betriebsmodus EDx entspricht und die zweite Schaltstellung J dem geschalteten Betriebsmodus EMx entspricht.
  • In der 2 sind verschiedene Schaltstrategien zur Schaltung zwischen EDx 2 und EMx 3 abgebildet inklusive der Übergangsbedingungen von einer Schaltstellung in die andere, ohne dass dabei die oben genannten Priorisierungsbedingungen aufgezeigt werden. Im EDx-Modus 2 kann dabei z.B. in folgenden Fahrsituationen gefahren werden:
    • - bei hoher Fahrzeugdynamik, z.B. bei Fahrzeugbeschleunigung, beim Anfahren, EDA, EDS, elektrodynamische Fahren (EDF),...,
    • - bei Sonderzuständen wie z.B. Fahrzeugstillstand oder Einsprungpunkt,
    • - bei Lastschaltungen bei Volllast wegen des hohen Stützungsfaktors,
    • - in bestimmten Fahrsituationen wie z.B. GP low (Bereichgruppe in Langsam geschaltet) oder bei allen EDS-Schaltungen, bevorzugt wenn EDx priorisiert wird.
  • Solange sich an den Fahranforderungen nichts ändert, wird der Modus EDx 2 gehalten. Sobald aber veränderte Fahrsituationen erforderlich sind bzw. eintreten sollen, kann vom EDx-Modus 2 in den EMx-Modus 3 gewechselt werden. Dies wäre z.B. der Fall, wenn, wie im Übergang von EDx auf EMx 4 abgebildet,:
    • - ein Rückwärtsgang angefordert wird,
    • - Wirkleistung angefordert wird zur Rekuperation, für eine große Betriebspunktverschiebung, zur Vermeidung von Blindleistung bei elektrischem Fahren, zum Boosten, bei hohen Fahrleistungsanforderungen oder zur Verzögerung des Fahrzeugs,
    • - Ströme reduziert werden sollten, z.B. um die E-Maschine oder den Wechselrichter zu kühlen oder zur Vermeidung von Batteriederating.
  • Im EMx-Modus 3 wird damit z.B. in folgenden Fahrsituationen gefahren:
    • - beim rein elektrischen Fahren, wenn elektrisches Fahren angefordert wird oder ein Rückwärtsgang angefordert wird, welcher allein durch die elektrische Maschine bereitgestellt wird,
    • - in bestimmten Fahrsituationen, wie z.B. bei GP low oder beim Verhalten des Hybridgetriebes ohne Abgasrückführung, besonders wenn EMx priorisiert wird,
    • - bei Lastschaltungen im Teillastbetrieb, falls ein kleiner Stützfaktor ausreichend ist, oder während der Rekuperation, um maximales Rekuperationspotential zu erhalten.
  • Solange sich an den Fahranforderungen nichts ändert, wird der Modus EMx 3 gehalten. Sobald auch hier veränderte Fahrsituationen eintreten sollen bzw. erforderlich sind, kann wieder vom EMx-Modus 3 in den EDx-Modus 2 gewechselt werden. Dies wäre z.B. der Fall, wenn, wie im Übergang von EMx auf EDx 5 abgebildet,:
    • - Komfortfunktionen abgerufen werden z.B. bei Fahrzeugbeschleunigung oder beim Anfahren, wie z.B. EDA, EDS oder EDF,
    • - Verluste minimiert werden sollen, z.B. bei geringer Aktivität der elektrischen Maschine, durch Anforderung einer Konstantfahrt,
    • - die Getriebefunktionalität sichergestellt werden soll bei Fahren im GP low (Abwürgeschutz) oder als Überdrehzahlschutz z.B. der elektrischen Maschine,
    • - eine Lastschaltung mit hoher Stützung angefordert wird.
  • Anhand der genannten Einzelpriorisierungskriterien kann nun die Wahl des Fahrmodus EDx 2 und EMx 3 und somit konkret die Ansteuerung des ersten Schaltelements 1 zur Umschaltung zwischen I und J entsprechend priorisiert werden. Generelle Priorisierungskriterien können dabei die Einzelpriorisierungskriterien weiter beeinflussen bzw. verändern. Wird also bevorzugt auf den Komfort geachtet, kann EDx 2 priorisiert werden und das Fahrzeug wenn möglich im EDx-Modus 2 betrieben werden. Soll die Kraftstoffeinsparung im Fokus stehen, kann auf Fahren im EMx-Modus priorisiert werden. Ist die Kraftstoffeinsparung gerade bei höheren Geschwindigkeiten relevant, kann bei gleichzeitiger Erhöhung der Komfortfunktionen auch im EDx-Modus 2 gefahren werden, wodurch z.B. eine Drehzahlabsenkung im Direktgang möglich wäre. Dabei befindet sich das erste Schaltelement 1 in der Schaltstellung I. Im EMx-Modus 2 wird die Kraftstoffeinsparung hauptsächlich durch Rekuperation und elektrisches Segeln erreicht. Aber auch im EDx-Modus 3 kann durch eine Drehzahlabsenkung im Radsatz eine Kraftstoffeinsparung erreicht werden, durch die geringeren Verluste im Zugbetrieb.
  • Ein mögliches Szenario könnte dabei folgendes sein: Der Getriebesteuerung wird eine Kraftstoffeinsparung als generelles Priorisierungskriterium vorgegeben. Die im Fahrzeug beinhaltete vorausschauende Fahrstrategie des Fahrzeugs (z.B. GPSbasierte Fahrstrategie mit Kartenmaterial und Car2X- bzw. Car2Car-Kommunikation) erkennt und meldet an die Getriebesteuerung (TCU), dass der Leistungsbedarf auf dem kommenden Straßenabschnitt immer im mittleren Leistungsbereich im Zugbetrieb sein wird. Die Hybridstrategie meldet zu diesem Zeitpunkt, dass der Energiespeicher (z.B. eine Hochvoltbatterie) annähernd leer ist und damit eine rein elektrische Fahrt ist nicht möglich ist. Die Getriebesteuerung (TCU) ermittelt aus diesen Informationen und dem aktuellen Getriebezustand, welcher unter anderem Informationen wie den gemeldeten Ist-Gang oder eine Auswertung von Drehzahlsignalen zur Überwachung des Überdrehzahlschutz enthält, dass eine Kraftstoffsparfunktion über den EDx-Modus erreicht werden kann, da dadurch durch gezielte Drehzahlabsenkung im Radsatz Kraftstoff eingespart werden kann. Die TCU gibt an das erste Schaltelement 1 das Signal von der Schaltstellung J auf Schaltstellung I umzuschalten. Dies wird erreicht, indem durch Ansteuerung der Elektromaschine die Schaltstellung J lastfrei gemacht wird, um das eingelegte formschlüssige Schaltelement auslegen zu können. Danach wird durch gezielte Drehzahlanpassung der Elektromaschine das erste Schaltelement 1 in Form einer Klauenkupplung in der Schaltstellung I synchronisiert und eingelegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erstes Schaltelement
    I
    erste Schaltstellung
    J
    zweite Schaltstellung
    2
    EDx-Modus
    3
    EMx-Modus
    4
    Übergang von EDx auf EMx
    5
    Übergang von EMx auf EDx
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3165388 A1 [0002]
    • DE 102010063582 A1 [0004]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes mit einer EMx/EDx-Umschaltung, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung zwischen einem EMx-Modus (3) und einem EDx-Modus (2) in Abhängigkeit vordefinierter Priorisierungsbedingungen durchgeführt wird, welche in Form von Einzelpriorisierungskriterien oder generellen Priorisierungskriterien hinterlegt sind und ausgewählt werden.
  2. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelpriorisierungskriterien durch generelle Priorisierungskriterien beeinflusst und verändert werden können.
  3. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der folgenden Einzelpriorisierungskriterien wählbar ist: -Priorisierung EDx -Priorisierung EMx -Elektrische Rückwärtsfahrt über EMx -Sicherstellung der Getriebefunktionalität und Verfügbarkeit des Antriebsstrangs über EDx -Komfortfunktionen bei geringen Geschwindigkeiten bzw. hoher Fahrdynamik über EDx -Kraftstoffsparfunktionen bei höheren Geschwindigkeiten und hoher angeforderter EM-Leistung über EMx -Komfortfunktionen bei höheren Geschwindigkeiten im Teillastbetrieb über EMx -Schutzfunktion, wobei Ströme im elektrischen System durch Drehzahlerhöhung reduziert werden über EMx -Kraftstoff und Komfortfunktionen bei höheren Geschwindigkeiten über EDx.
  4. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der folgenden generelle Priorisierungskriterien wählbar ist: -Priorisierung EDx zur Priorisierung eines Komforts gegenüber einer Kraftstoffeinsparung -Priorisierung EMx zur Priorisierung der Kraftstoffeinsparung gegenüber dem Komfort -Angabe eines Mindeststützungsfaktors.
  5. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel von einem Modus (2,3) in einen anderen Modus (2,3) durch wenigstens eine vordefinierten Übergangsbedingung (4,5) initiiert wird.
  6. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Priorisierung von Komfortfunktionen der Modus EDx (2) priorisiert wird.
  7. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Priorisierung von Kraftstoffsparfunktionen der Modus EMx (3) priorisiert wird.
  8. Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridgetriebes nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Priorisierung von Kraftstoffsparfunktionen der Modus EDx (2) dann gewählt wird, wenn eine Kraftstoffeinsparung durch Drehzahlabsenkung im Zugbetrieb erreicht werden kann.
  9. Steuerungsvorrichtung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mittels der ein Verfahren zur Steuerung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche durchführbar ist.
  10. Getriebe, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Steuerungsvorrichtung, mittels der ein Verfahren zur Steuerung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8 durchführbar ist.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010063582A1 (de) 2010-12-20 2012-06-21 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung für einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs, Antriebsstrang und Verfahren zum Betreiben derselben
DE102014113312A1 (de) * 2013-09-19 2015-03-19 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Multi-Mode-Antriebsstangsystems
EP3165388A1 (de) 2015-11-03 2017-05-10 ZF Friedrichshafen AG Verfahren zur synchronisierung der vorgelegewellendrehzahl im direktgang
DE102017119906A1 (de) * 2017-08-30 2019-02-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs, Steuerungseinheit und Kraftfahrzeug

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