DE10360804B4 - Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend
– eine Brennkraftmaschine (2), ein Automatikgetriebe (8) und eine Steuereinrichtung (10) zur Koordination von Brennkraftmaschine (2) und Automatikgetriebe (8) zur Durchführung von automatischen Schaltvorgängen,
– wobei die Steuereinrichtung (10) zur Durchführung der Schaltvorgänge Steuereingriffe zur Beeinflussung des Kurbelwellenmomentes veranlasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
– eine mit der Brennkraftmaschine (2) gekoppelte elektrische Maschine (4) vorhanden ist
– und die Steuereinrichtung (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) derart ausgebildet ist, dass die Beeinflussung des Kurbelwellenmomentes durch Ansteuerung der elektrischen Maschine (4) erfolgt derart, dass die Ansteuerung der elektrischen Maschine (4) bei Hochschaltvorgängen als auch bei Rückschaltvorgängen jeweils im Startzeitpunkt (tS) eines eingeleiteten Gangwechsels erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist bereits bekannt, bei Kraftfahrzeugen mit automatischem Getriebe (Automatikgetriebe) durch die Getriebesteuerung Eingriffe in Form einer Reduzierung des Kurbelwellenmomentes an die Motorsteuerung auszugeben, wobei dann die Motorsteuerung diese Reduzierungsanforderung durch eine Veränderung des Zündwinkels umsetzt. So beschreibt die DE 29 35 916 C3 bereits ein Automatikgetriebe bzw. eine Steuervorrichtung zur Ansteuerung einer Antriebseinheit mit einem Automatikgetriebe, bei dem ein bei einem automatischen Gangwechsel auftretender Schaltruck durch Eingriff in die Motorsteuerung verhindert wird. Hierfür ist in einem Speicher mindestens ein zusätzliches Kennfeld abgelegt, anhand dessen bei einem Gangwechsel die Motorsteuerung verändert wird. Aufgrund der bei einem Gangwechsel benutzten neuen Kennlinie wird die Motorleistung während eines Gangwechsels reduziert und so ein ggf. auftretender Schaltruck vermieden.
  • Ferner ist in der DE 197 45 995 A1 ein Antriebsaggregat für Kraftfahrzeuge mit Handschaltgetriebe, Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine beschrieben. Hierbei wird während eines manuell vorgenommenen Gangwechsels der Antriebsstrang manuell über eine Kupplung getrennt und bei einem Rückschaltvorgang die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb betrieben und hierdurch das langsamer laufende Zahnrad eines zu kuppelnden Zahnradpaares beschleunigt. Bei einem Hochschaltvorgang wird die elektrische Maschine entsprechend in einem Generatorbetrieb betrieben und das schneller laufende Zahnrad des zu kuppelnden Zahnradpaares abgebremst. Hierdurch wird eine Getriebesynchronisation realisiert, die vollständig auf mechanische Synchronisierungskupplungen im Handschaltgetriebe verzichten kann.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Antriebseinheit zu schaffen, mittels der auftretende Schaltzeiten weiter verkürzt werden können. Des Weiteren soll der bislang bekannte Schaltkomfort weiter optimiert werden.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Patent-Anspruchs 1 gelöst. Durch den gesteuerten Eingriff der mit der Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine zur gezielten Beeinflussung des Kurbelwellenmomentes können die Schaltzeiten eines Automatikgetriebes im Vergleich zu einer Antriebseinheit mit einem Eingriff in die Steuerung der Brennkraftmaschine über eine Veränderung des Zündwinkels oder dergleichen erheblich verkürzt werden. Automatikgetriebe im Sinne der Erfindung umfassen alle Getriebe mit automatisch durchführenden Gangwechseln. Damit sind sowohl Vollautomatikgetriebe als auch (automatisierte) Schaltgetriebe mit manuell einzuleitenden (manueller Gangwechselbefehl) aber automatisch durchgeführten Gangwechseln (z.B. automatisierte Schaltgetriebe wie Steptronic) vom Gegenstand der Erfindung umfasst. Im Vergleich zu einer Ausführung einer Antriebseinheit mit momentenbeeinflussenden Eingriffen der Brennkraftmaschine über die Motorsteuerung kann durch den Gegenstand gemäß der Erfindung eine deutliche Verbesserung der Dynamik und des Komforts erreicht werden. Des Weiteren wird eine Emissionsminderung erreicht, da auf Motorsteuerungseingriffe zugunsten von Schaltvorgängen verzichtet werden kann und die Brennkraftmaschine bei Schaltvorgängen unverändert weiterbetrieben werden kann. Schließlich wird auch ein geringerer Verschleiß der am Schaltvorgang beteiligten Schaltelemente gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird bei Hochschaltungen die von der Steuereinheit (Getriebesteuerteil) ausgegebene Reduzierungsanforderung zur Reduzierung des Kurbelwellendrehmoments an die elektrische Maschine ausgegeben, so dass diese in diesem Fall als Generator betrieben wird und ein gegen das Kurbelwellenmoment gerichtetes Bremsmoment erzeugt und unmittelbar auf die Kurbelwelle bzw. Antriebswelle überträgt. Die Brennkraftmaschine bleibt während dieser Zeit mit Vorteil hiervon unbeeinflusst und unverändert weiter befeuert. Eine etwaige Veränderung des Zündwinkels erfolgt nicht. Für Rückschaltungen wird die Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine in ihrem Hochlauf auf die Drehzahl für die neue Gangstufe unterstützt. Die elektrische Maschine wirkt in diesem Fall als Elektromotor, der ein dem Kurbelwellenmoment gleichgerichtetes Beschleunigungsmoment erzeugt und die Kurbelwelle mit antreibt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Brennkraftmaschine, die elektrische Maschine und das Automatikgetriebe – die zusammen den Antriebsstrang für eine anzutreibende Achse bilden – seriell hintereinander geschaltet. Optional ist eine Trennkupplung, bevorzugt unmittelbar zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine angeordnet, vorhanden. Eine alternative oder zusätzliche Anordnung einer Trennkupplung zwischen elektrischer Maschine und Automatikgetriebe ist ebenfalls denkbar.
  • Weitere Vorteile und Ausführungen gemäß der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels enthalten.
    •
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
  • 1: die schematische Darstellung einer Antriebseinheit gemäß der Erfindung,
  • 2: ein mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinheit durchgeführter Hochschaltvorgang, dargestellt in einem Diagramm, und
  • 3: ein mittels der erfindungsgemäßen Antriebseinheit durchgeführter Rückschaltvorgang, dargestellt in einem Diagramm.
  • 1 zeigt eine auf eine Antriebsachse 1 eines Kraftfahrzeugs wirkende Antriebseinheit gemäß der Erfindung umfassend eine Brennkraftmaschine 2, eine elektrische Maschine 4 nebst einem dieser zugeordneten Energiespeicher 5, eine bevorzugt zwischen Brennkraftmaschine 2 und elektrischer Maschine 4 angeordnete Trennkupplung 6, ein Automatikgetriebe 8 sowie eine Steuereinrichtung 10 zur Steuerung der Antriebseinheit. Dabei umfasst die Steuereinheit 10 erste Steuerteile 10.1 zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 2, zweite Steuerteile 10.2 zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 4, dritte Steuerteile 10.3 zur Ansteuerung des Automatikgetriebes 8 sowie einen übergeordneten Momentensteuerteil 10.4 zur Koordination der Einzelsteuerteile 10.1, 10.2, 10.3. Darüber hinaus sind ggf. weitere – insbesondere mit dem Momentensteuerteil 10.4 verbundene – Steuerteile 10.5 für die Übernahme allgemeiner Steuerungsaufgaben vorhanden. Mit Vorteil erfolgt über den Momentensteuerteil 10.4 neben der Koordination der untergeordneten Steuerteile 10.1, 10.2, 10.3 für Brennkraftmaschine 2, elektrische Maschine 4 und Automatikgetriebe 8 ebenfalls die Steuerung der Trennkupplung 6. Die Steuerung der Trennkupplung 6 kann alternativ oder zusammen mit den weiteren Steuerteilen 10.5 erfolgen (angedeutet durch die gestrichelte Linie).
  • Die Steuereinrichtung 10 ist beispielsweise derart ausgebildet, dass eine bei automatischen Hochschaltvorgängen bzw. Rückschaltvorgängen von dem dritten Steuerteil 10.3 ausgegebene Reduzierungsanforderung bzw. Steigerungsanforderung des Kurbelwellenmoments an die elektrische Maschine 4 ausgegeben wird, weshalb diese dann im Generatorbetrieb bzw. im Motorbetrieb ein gegen das Kurbelwellenmoment bzw. ein mit dem Kurbelwellenmoment wirkendes Brems- bzw. Beschleunigungsmoment aufbaut.
  • Der Energiespeicher für die elektrische Maschine 4 ist mit Vorteil über einen elektrischen Energiespeicher in Form einer Batterie und oder Kondensatoren und/oder sogenannten supercaps (Hochleistungskondensatoren) gebildet. Die dargestellte Trennkupplung 6 ist lediglich als bevorzugte Ausführung anzusehen und kann ggf. sogar entfallen, so dass die Brennkraftmaschine 2 mit der elektrischen Maschine 4 unmittelbar gekoppelt ist.
  • Beispielhaft wird die Erfindung anhand einer Antriebseinheit mit vollautomatischem Getriebe erläutert. In den 2 und 3 ist in einem Diagramm jeweils ein Hochschaltvorgang (2) und ein Rückschaltvorgang (3) unter Verwendung einer Antriebseinheit gemäß der Erfindung dargestellt. Hierfür sind jeweils vier unterschiedliche Kurven in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Es zeigen jeweils:
    • – die erste Kurve K1 von oben – den Verlauf der Motordrehzahl n über der Zeit t,
    • – die zweite Kurve K2 von oben – den durch die elektrische Maschine 4 auf die Antriebswelle eingekoppelten Drehmomentverlauf über der Zeit t,
    • – die dritte Kurve K3 von oben – Beginn und Ende des Schaltvorgangs, und
    • – die vierte Kurve K4 von oben – das Gangsignal (Gang zum Zeitpunkt t) während des Schaltvorgangs.
  • Gemäß 2 wird bei Vorgabe einer bestimmten Lastanforderung und Erreichen einer oberen Drehzahlschwelle SW_H1 (Kurve K1) bei bestimmter Lastanforderung in einer bestimmten Gangstufe gemäß den hinterlegten Schaltkurven für die automatisch vorzunehmenden Gangwechsel im Zeitpunkt tS (Startzeitpunkt des eingeleiteten Gangwechsels) durch die Steuerungseinheit 10.5 ein Hochschaltvorgang eingeleitet (Kurve K3) und die elektrische Maschine 4 aktiviert um im Generatorbetrieb für die Zeitdauer td ein Bremsmoment –M zu erzeugen (Kurve K2) und auf die Antriebswelle AW der Antriebseinrichtung zu übertragen. Ist die der nächsthöheren Gangstufe entsprechende, niedrigere Motordrehzahl bei der Drehzahlschwelle SW_H2 im Zeitpunkt tE (Endzeitpunkt des eingeleiteten Gangwechsels) erreicht, wird die elektrische Maschine 4 von der Antriebswelle AW wieder entkoppelt und der Schaltvorgang kann abgeschlossen werden. Die Brennkraftmaschine 2 läuft dann in herkömmlich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Lastanforderung wieder hoch bzw. weiter, bis sie die nächste Drehzahlschwelle erreicht. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine 2 beim Herunterfahren ihrer Drehzahl für die nächsthöhere Gangstufe unterstützt und erreicht in deutlich verkürzter Zeit durch die unterstützende Arbeit der elektrischen Maschine 4 ihre Solldrehzahl zur Durchführung des Gangwechsels.
  • Gemäß 3 wird bei Vorgabe einer bestimmten Lastanforderung, die mit der eingelegten Gangstufe aufgrund der hinterlegten Schaltkurven für die automatisch vorzunehmenden Gangwechsel nicht erreichbar ist, zum Zeitpunkt tS bei einer entsprechenden Drehzahl SW_R1 durch die Steuereinrichtung 10.5 ein Rückschaltvorgang eingeleitet (Kurve K3) und die elektrische Maschine 4 aktiviert, um im Motorbetrieb für die Zeitdauer td ein Beschleunigungsmoment +M zu erzeugen (Kurve K2) und auf die Antriebswelle AW der Antriebseinrichtung zu übertragen. Ist die der nächst niedrigeren Gangstufe entsprechende, höhere Motordrehzahl bei der Drehzahlschwelle SW_R2 im Zeitpunkt tE erreicht, wird die elektrische Maschine 4 von der Antriebswelle AW wieder entkoppelt und der Schaltvorgang kann abgeschlossen werden. Die Brennkraftmaschine läuft dann in herkömmlich bekannter Weise in Abhängigkeit von der Lastanforderung wieder hoch bzw. weiter, bis sie die nächste Drehzahlschwelle in Abhängigkeit von der jeweiligen Lastanforderung erreicht oder nicht erreicht. Hierdurch wird die Brennkraftmaschine 2 beim Hochfahren ihrer Drehzahl für die nächst niedrigere Gangstufe unterstützt und erreicht in deutlich verkürzter Zeit durch die unterstützende Arbeit der elektrischen Maschine 4 ihre Solldrehzahl zur Durchführung des Gangwechsels.
  • Durch die sehr schnelle und sehr genaue Führung des Drehmomentes bei einer elektrischen Maschine 4 kann so neben den optimierten Schaltzeiten auch ein optimierter Schaltkomfort erreicht werden. In einer Weiterbildung der Antriebseinrichtung kann die elektrische Maschine 4 für ein optimiertes Beschleunigungsverhalten der Antriebseinrichtung nach Abschluss des jeweiligen Schaltvorgangs im Motorbetrieb unterstützend (weiter) eingreifen.
  • Wie bereits einleitend erwähnt, ist die Erfindung nicht auf die Verwendung eines vollautomatischen Getriebes beschränkt – wahlweise kann in einem manuellen Schaltmodus (Steptronic) ein Gangwechsel auch durch direkte Vorgabe des Fahrers an die Steuerung 10.5 vorgegeben und der manuell eingeleitete Gangwechsel automatisch durchgeführt werden.

Claims (5)

  1. Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug umfassend – eine Brennkraftmaschine (2), ein Automatikgetriebe (8) und eine Steuereinrichtung (10) zur Koordination von Brennkraftmaschine (2) und Automatikgetriebe (8) zur Durchführung von automatischen Schaltvorgängen, – wobei die Steuereinrichtung (10) zur Durchführung der Schaltvorgänge Steuereingriffe zur Beeinflussung des Kurbelwellenmomentes veranlasst, dadurch gekennzeichnet, dass – eine mit der Brennkraftmaschine (2) gekoppelte elektrische Maschine (4) vorhanden ist – und die Steuereinrichtung (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) derart ausgebildet ist, dass die Beeinflussung des Kurbelwellenmomentes durch Ansteuerung der elektrischen Maschine (4) erfolgt derart, dass die Ansteuerung der elektrischen Maschine (4) bei Hochschaltvorgängen als auch bei Rückschaltvorgängen jeweils im Startzeitpunkt (tS) eines eingeleiteten Gangwechsels erfolgt.
  2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Brennkraftmaschine (2), elektrische Maschine (4) und Automatikgetriebe (8) in einem Antriebsstrang unmittelbar hintereinander geschaltet sind.
  3. Antriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Brennkraftmaschine (2) und elektrischer Maschine (4) und/oder zwischen elektrischer Maschine (4) und Automatikgetriebe (8) eine Trennkupplung (6) angeordnet ist.
  4. Antriebseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (10; 10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5) einen Momentensteuerteil (10.4) sowie erste Steuerteile (10.1) für die Steuerung der Brennkraftmaschine, zweite Steuerteile (10.2) für die Steuerung der elektrischen Maschine (4) und dritte Steuerteile (10.3) für die Steuerung des Automatikgetriebes (8) umfasst und derart ausgebildet ist, dass eine bei automatischen Hochschaltvorgängen bzw. Rückschaltvorgängen von dem dritten Steuerteil (10.3) ausgegebene Reduzierungsanforderung bzw. Steigerungsanforderung des Kurbelwellenmoments an die elektrische Maschine (4) ausgegeben wird, weshalb diese dann im Generatorbetrieb bzw. im Motorbetrieb ein gegen das bzw. ein mit dem Kurbelwellenmoment wirkendes Moment aufbaut.
  5. Antriebseinrichtung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) bei Hochschaltvorgängen bzw. Rückschaltvorgängen ohne eine Veränderung des Zündwinkels weiterbetrieben wird.
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