WO2021063626A1 - Verfahren zum betrieb eines hybridisierten getriebes bei hohem anfahrdrehmomentbedarf und steuerung - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines hybridisierten getriebes bei hohem anfahrdrehmomentbedarf und steuerung Download PDF

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internal combustion
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electrical machine
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Mario Ott
Yang Yu
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Magna Pt B.V. & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a hybridized transmission with a high starting torque requirement using a dual clutch transmission bes.
  • the invention also relates to an adapted control.
  • a first and a second partial transmission are nested in one another and can be connected to a drive unit such as an internal combustion engine independently of one another via the respectively assigned friction clutch.
  • hybrid drive units in which a first drive unit such as an internal combustion engine is combined with an electric machine as the second drive unit.
  • Different concepts are known for the hybridization of double clutch transmissions.
  • a friction clutch can be provided between the electrical machine and the first drive unit.
  • the drive power of the electric machine can be fed into the first or the second transmission via the first friction clutch or the second friction clutch.
  • a hybridized drive train as shown in FIG. 1, is known from DE 102010004711 B1.
  • the drive train 10 contains an internal combustion engine VM which is supplied from an energy store such as a fuel tank 13.
  • the drive train 10 also includes a dual clutch transmission 14, the output side of which is connected to a differential 16.
  • the differential 16 distributes drive power to left and right driven wheels 18L, 18R.
  • the dual clutch transmission 14 includes a second friction clutch 20 and a second sub-transmission TG2.
  • the second sub-transmission TG2 includes, for example, gear steps N, 2, 4, 6, R, which can be engaged and disengaged with means of schematically indicated clutches 24.
  • the second friction clutch 20 and the second sub-transmission TG2 form a second power transmission path 26 for transmitting power from the drive motor VM to the differential 16.
  • the dual clutch transmission 14 also includes a first friction clutch 30 and a first sub-transmission TG1.
  • the first partial transmission TG1 contains, for example, the odd gear steps N, 1, 3, 5, 7, etc., which can be engaged and disengaged by means of assigned clutches 31.
  • the first friction clutch 30 and the first sub-transmission TG1 form a first power transmission path 36 for transmitting drive power from the drive motor VM to the differential 16.
  • the drive train 10 includes an electrical machine EM, which is connected to an arrangement 42 for control and energy supply.
  • the arrangement 42 can include, for example, power electronics with a converter and a battery.
  • the transmission control may also be integrated.
  • the electrical machine EM is firmly connected to the second partial transmission TG2, for example by means of a spur gear set or the like.
  • the connection of the electrical machine is exemplary. It can also be tied to the other sub-transmission TG1.
  • a vehicle with such a transmission arrangement is to be operated by purely electric drive. This requirement exists for hybrid vehicles in emission-free zones under all driving conditions.
  • the electric machine drives into the first or second gear, depending on the connection to a partial transmission. If the vehicle is on a curb, the torque applied by the electrical machines may not be sufficient.
  • DE 102018200767 A1 shows a hybrid electric vehicle, an electric motor and an internal combustion engine being provided to drive the vehicle, which can optionally act individually or jointly on the drive train, with a separate starter motor also being provided, which is fed by a separate battery , and the starter motor can also be engaged in the drive train to overcome an obstacle.
  • the object is achieved with a method for operating a drive train with a high starting torque requirement with an internal combustion engine and a first and second partial transmission with a first and second clutch, an electrical machine being connected to one of the partial transmissions, with an obstacle in the purely for overcoming electrical operation of the vehicle, the electrical machine is used to rev up the internal combustion engine without ignition and its moment of inertia combined with the torque of the electrical machine is used as starting torque.
  • the flywheel mass of the non-ignited internal combustion engine can be used to build up additional torque and release it for the increased starting torque.
  • the sub-transmission with the connected electrical machine is switched to neutral and a gear stage with a high gear ratio, i.e. the lowest gear stage, is preselected in the other sub-transmission.
  • the partial transmission with the connected electrical machine is connected to the internal combustion engine via a closed clutch.
  • the partial transmission without a connected electrical machine is connected to the internal combustion engine and the electrical machine via the closed clutch after the torque has built up in the internal combustion engine, so that a torque flow takes place in the partial transmission, into which a high gear ratio is already engaged.
  • FIG. 1 shows a drive train with an electric machine in the prior art
  • FIG. 2 shows a flow chart.
  • a first step S1 it is the driver's wish to drive purely electrically.
  • Both clutches 20 and 30 of the sub-transmissions are open and the first or second gear is engaged.
  • the clutch 24 is closed and drives the differential 16 and the wheels 18R, 18L.
  • the torque requirement on the electrical machine EM is increased up to a threshold value at which it is clear that the electrical machine cannot deliver the necessary torque.
  • the driver can also manually request the purely electrically excessive drive torque by actuating a switch, S2.
  • the control shifts the second sub-transmission TG2 into a neutral position and engages the first gear in the first sub-transmission TG1 in step S3.
  • the controller closes the second clutch 20 of the second Operagetrie bes TG2 in step S4 and increases the power of the electric machine EM.
  • the internal combustion engine VM is thereby driven, whereby it is not ignited.
  • the internal combustion engine is revved up for a lapse of time.
  • step S5 the controller closes the first clutch 30 of the first partial transmission, the second clutch 20 remaining closed and the electric machine EM continuing to supply torque to the internal combustion engine and the first partial transmission TG1. This applies equivalently to a transmission with an alternative connection of the electrical machine to the first partial transmission.
  • the drive train and the control can be operated again in normal driving mode S6. If the attempt fails, the internal combustion engine is ignited, step S7, and the internal combustion engine drives over the obstacle.
  • the method according to the invention is carried out in the transmission control and / or the engine control of the vehicle.

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Abstract

Es wird ein Verfahren und einen Steuerung zum Betreiben eines Antriebsstrang bei hohem Anfahrdrehmomentbedarf vorgeschlagen mit einem Verbrennungsmotor (VM) und einem ersten und zweiten Teilgetriebe (TG1, TG2) mit einer ersten und zweiten Kupplung (20, 30), wobei eine elektrische Maschine (EM) an eines der Teilgetriebe (TG1, TG2) angebunden ist, wobei zum Überwinden eines Hindernisses im rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs, die elektrische Maschine (EM) genutzt wird, um den Verbrennungsmotor (VM) ohne Zündung hochzudrehen und dessen Trägheitsmoment mit dem Drehmoment der elektrischen Maschine (EM) kombiniert als Anfahrdrehmoment genutzt wird.

Description

Verfahren zum Betrieb eines hybridisierten Getriebes bei hohem Anfahrdrehmoment bedarf und Steuerung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines hybridisierten Getriebes bei hohem Anfahrdrehmomentbedarf unter Verwendung eines Doppelkupplungsgetrie bes.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine angepasste Steuerung.
Stand der Technik
Auf dem Gebiet der Fahrzeuggetriebe sind seit längerem sog. Doppelkupplungsge triebe erfolgreich. Diese basieren vom Getriebeaufbau her auf manuellen Schaltge trieben in Vorgelegebauweise. Ein erstes und ein zweites Teilgetriebe sind dabei in einander verschachtelt und können unabhängig voneinander über die jeweils zuge ordnete Reibkupplung mit einer Antriebseinheit wie einem Verbrennungsmotor ver bunden werden. Durch Überschneiden der Betätigung der zwei Reibkupplungen kön nen Gangwechsel ohne Zugkrafteinbruch durchgeführt werden
Zudem besteht ein Trend hin zu sogenannten Hybrid-Antriebseinheiten, bei denen eine erste Antriebseinheit wie ein Verbrennungsmotor mit einer elektrischen Ma schine als zweiter Antriebseinheit kombiniert werden. Zur Hybridisierung von Doppel kupplungsgetrieben sind unterschiedliche Konzepte bekannt.
Beispielsweise ist es bekannt, zwischen den Reibkupplungen und der ersten An triebseinheit eine elektrische Maschine vorzusehen. Hierbei kann zwischen der elektrischen Maschine und der ersten Antriebseinheit eine Reibkupplung vorgesehen sein. Die Antriebsleistung der elektrischen Maschine kann über die erste Reibkupp lung oder die zweite Reibkupplung in das erste oder das zweite Getriebe eingespeist werden. Aus der DE 102010004711 B1 ist ein hybridisierter Antriebsstrang, wie in Figur 1 dargestellt, bekannt.
Der Antriebsstrang 10 nach Figur 1 beinhaltet einen Verbrennungsmotor VM, der aus einem Energiespeicher wie einem Kraftstofftank 13 versorgt wird. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 ein Doppelkupplungsgetriebe 14, dessen Abtriebsseite mit ei nem Differential 16 verbunden ist. Das Differential 16 verteilt Antriebsleistung auf ein linkes und ein rechtes angetriebenes Rad 18L, 18R. Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet eine zweite Reibkupplung 20 sowie ein zweites Teilgetriebe TG2. Das zweite Teilgetriebe TG2 beinhaltet beispielsweise Gangstufen N, 2, 4, 6, R, die mit tels schematisch angedeuteter Schaltkupplungen 24 ein- und auslegbar sind. Die zweite Reibkupplung 20 und das zweite Teilgetriebe TG2 bilden einen zweiten Leis tungsübertragungspfad 26 zur Übertragung von Leistung von dem Antriebsmotor VM zu dem Differential 16. Das Doppelkupplungsgetriebe 14 beinhaltet ferner eine erste Reibkupplung 30 sowie ein erstes Teilgetriebe TG1. Das erste Teilgetriebe TG1 bein haltet beispielsweise die ungeraden Gangstufen N, 1, 3, 5, 7 etc., die mittels zuge ordneter Schaltkupplungen 31 ein- und auslegbar sind. Die erste Reibkupplung 30 und das erste Teilgetriebe TG1 bilden einen ersten Leistungsübertragungspfad 36 zur Übertragung von Antriebsleistung von dem Antriebsmotor VM zu dem Differential 16. Ferner beinhaltet der Antriebsstrang 10 eine elektrische Maschine EM, die mit ei ner Anordnung 42 zur Ansteuerung und Energieversorgung verbunden ist. Die An ordnung 42 kann beispielsweise eine Leistungselektronik mit einem Umrichter sowie eine Batterie beinhalten. Eventuell ist auch die Getriebesteuerung integriert. Die elektrische Maschine EM ist an das zweite Teilgetriebe TG2 fest angebunden, bei spielsweise mittels eines Stirnradsatzes oder dergleichen. Die Anbindung der elektri schen Maschine ist beispielhaft. Sie kann auch an der andere Teilgetriebe TG1 an gebunden sein.
Ein Fahrzeug mit einer solchen Getriebeanordnung soll durch rein elektrischen An trieb betrieben werden. Diese Anforderung besteht für Hybridfahrzeuge in emissions freien Zonen unter allen Fahrbedingungen. Die elektrische Maschine treibt beim An fahren je nach Anbindung an ein Teilgetriebe in die erste oder zweite Gangstufe ein. Steht das Fahrzeug an einem Bordstein kann das aufgebrachte Drehmoment der elektrischen Maschinen eventuell nicht ausreichen.
Aus der DE 102013211 969 A1 ist es bekannt in einem solchen Fall den Rückwärts gang zu verwenden.
DE 102018200767 A1 zeigt ein Hybrid-Elektrofahrzeug, wobei zum Antrieb des Fahrzeugs ein Elektromotor und ein Verbrennungsmotor vorgesehen sind, die wahl weise einzeln oder gemeinsam auf den Antriebsstrang wirken können, wobei zusätzlich ein gesonderter Startermotor vorgesehen ist, der von einer separa ten Batterie gespeist wird, und der Startermotor zum Überwinden eines Hindernisses zusätzlich in den Antriebsstrang einrückbar ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung einen Ablauf zum Betrieb des hybridisierten Getriebes vorzuschlagen, der eine alternative Lösung zum Aufbringen des notwendigen Dreh moments bereitstellt.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrang bei hohem Anfahrdrehmomentbedarf mit einem Verbrennungsmotor und einem ers ten und zweiten Teilgetriebe mit einer ersten und zweiten Kupplung, wobei eine elektrische Maschine an eines der Teilgetriebe angebunden ist, wobei zum Überwin den eines Hindernisses im rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs, die elektrische Maschine genutzt wird, um den Verbrennungsmotor ohne Zündung hochzudrehen und dessen Trägheitsmoment mit dem Drehmoment der elektrischen Maschine kom biniert als Anfahrdrehmoment genutzt wird.
Die Schwungmasse des nicht gezündeten Verbrennungsmotor kann genutzt werden, um ein zusätzliches Drehmoment aufzubauen und für den erhöhten Anfahrdrehmo mentbedarf freizugeben.
Das Teilgetriebe mit der angebundenen elektrischen Maschine wird neutral geschal tet und im anderen Teilgetriebe wird dazu eine Gangstufe mit hoher Übersetzung, also die kleinste Gangstufe, vorgewählt. Das Teilgetriebe mit der angebundenen elektrischen Maschine wird über eine ge schlossene Kupplung mit dem Verbrennungsmotor verbunden.
Es ist von Vorteil, dass das Teilgetriebe ohne angebundene elektrische Maschine nach Aufbau des Moments im Verbrennungsmotor über die geschlossene Kupplung mit dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine verbunden wird und so ein Momentenfluss in das Teilgetriebe erfolgt, in das bereit eine Gangstufe hoher Übersetzung eingelegt ist.
Die Aufgabe wird weiterhin mit einer angepassten Steuerung gelöst.
Beschreibung der Ausführung
Die Erfindung wird in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Figur 1 zeigt einen Antriebstrang mit elektrischer Maschine im Stand der Technik, Figur 2 zeigt ein Ablaufschema.
In einem ersten Schritt S1 ist es der Fahrerwunsch rein elektrisch zu fahren.
Beide Kupplungen 20 und 30 der Teilgetriebe sind offen und die erste oder zweite Gangstufe ist eingelegt. Die Schaltkupplung 24 ist geschlossen und treibt das Diffe rential 16 und die Räder 18R, 18L an.
Durch den Versuch auf einen Bordstein oder ein sonstiges Flindernis zu gelangen wird der Drehmomentbedarf an der elektrischen Maschinen EM erhöht bis zu einem Schwellwert, an dem klar ist, dass die elektrische Maschine das notwendige Drehmo ment nicht liefern kann.
Alternativ zur Grundeinstellung “rein elektrisch Fahren“ kann der Fahrer das rein elektrisch überhöhte Antriebsmoment auch, durch Betätigung eines Schalters, manu ell anfordern, S2.
Die Steuerung schaltet das zweite Teilgetriebe TG2 in einen Neutralstellung und legt die erste Gangstufe im ersten Teilgetriebe TG1 ein im Schritt S3. Die Steuerung schließt im Schritt S4 die zweite Kupplung 20 des zweiten Teilgetrie bes TG2 und erhöht die Leistung der elektrischen Maschine EM.
Dadurch wird der Verbrennungsmotor VM angetrieben, wobei er nicht gezündet wird. Das Hochdrehen des Verbrennungsmotors wird eine vergebene Zeit lang betrieben.
Die Steuerung schließt im Schritt S5 die erste Kupplung 30 des ersten Teilgetriebes, wobei die zweite Kupplung 20 geschlossen bleibt und die elektrische Maschine EM weiterhin Drehmoment an den Verbrennungsmotor und das erste Teilgetriebe TG1 liefert. Das gilt äquivalent für ein Getriebe mit einer alternativen Anbindung der elektrischen Maschine an das erste Teilgetriebe.
Unter Ausnützung des im Verbrennungsmotor gespeicherten kinetischen Energie und der elektrischen Maschine wird somit versucht das Hindernis zu überwinden.
Wenn der Versuch erfolgreich ist, kann der Antriebsstrang und die Steuerung wieder im normalen Fahrmodus betrieben werden S6. Sollte der Versuch scheitern, wird der Verbrennungsmotor gezündet, Schritt S7, und das Hindernis verbrennungsmotorisch überfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Getriebesteuerung und/oder der Motor steuerung des Fahrzeugs ausgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs bei hohem Anfahrdrehmomentbe darf mit einem Verbrennungsmotor (VM) und einem ersten und zweiten Teilgetriebe (TG1 , TG2) mit einer ersten und zweiten Kupplung (20, 30), wobei eine elektrische Maschine (EM) an eines der Teilgetriebe (TG1, TG2) angebunden ist, wobei zum Überwinden eines Hindernisses im rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs, die elektrische Maschine (EM) genutzt wird, um den Verbrennungsmotor (VM) ohne Zün dung hochzudrehen und dessen Trägheitsmoment mit dem Drehmoment der elektri schen Maschine (EM) kombiniert als Anfahrdrehmoment genutzt wird, wobei das Teilgetriebe (TG1, TG2) mit der angebundenen elektrischen Maschine (EM) neutral geschaltet wird und im anderen Teilgetriebe (TG1, TG2) die kleinste Gang stufe mit hoher Übersetzung vorgewählt wird und das Teilgetriebe (TG1 , TG2) mit der angebundenen elektrischen Maschine über eine geschlossene Kupplung (20,30) mit dem Verbrennungsmotor (VM) verbunden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilgetriebe (TG1, TG2) ohne angebundene elektrische Maschine (EM) nach Aufbau des Moments im Verbrennungsmotor (VM) über die geschlossene Kupplung (20,30) mit dem Verbren nungsmotor (VM) und der elektrischen Maschine (EM) verbunden wird.
3. Steuerung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2.
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