DE102006003724A1

DE102006003724A1 - Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs

Info

Publication number: DE102006003724A1
Application number: DE102006003724A
Authority: DE
Inventors: Stefan Wallner; Notker Dr. Amann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-08-02
Also published as: WO2007085359A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein Getriebe (4) umfasst, die über ein Summierungsgetriebe (5) mit zwei Eingangselementen (6, 7) und einem Ausgangselement (8) sowie über eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung (12) miteinander gekoppelt sind, in dem das erste Eingangselement mit der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2), das zweite Eingangselement mit dem Rotor (10) der Elektromaschine (3) und das Ausgangselement (8) mit der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) drehfest verbunden ist, und indem die Überbrückungskupplung (12) zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes (5) angeordnet ist, wobei eine bei geöffneter Überbrückungskupplung (12) aufgetretene Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) und dem Verbrennungsmotor (2) synchronisiert sowie anschließend die Überbrückungskupplung (12) geschlossen wird. Zur Ermöglichung einer schnellen und verschleißarmen Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese Drehzahldifferenz Δn = n_GE - n_VM mittels der Elektromaschine (3) synchronisiert wird, indem von der Elektromaschine (3) bei negativer Drehzahldifferenz (Δn < 0) ein in Drehrichtung der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2) und der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) wirksames positives Drehmoment M_EM > 0 beziehungsweise bei positiver ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein Getriebe umfasst, die über ein Summierungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement sowie über eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung miteinander gekoppelt sind, indem das erste Eingangselement mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das zweite Eingangselement mit dem Rotor der Elektromaschine, und das Ausgangselement mit der Eingangswelle des Getriebes drehfest verbunden ist, und bei dem die Überbrückungskupplung zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes angeordnet ist, wobei eine bei geöffneter Überbrückungskupplung aufgetretene Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle des Getriebes und dem Verbrennungsmotor synchronisiert wird und anschließend die Überbrückungskupplung geschlossen wird.

Ein Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs der vorbezeichneten Art ist aus der DE 199 34 696 A1 und der DE 101 52 471 A1 an sich bekannt. In diesem Antriebsstrang ist das Summierungsgetriebe jeweils als ein einfaches Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger mit mehreren Planetenrädern und einem Hohlrad ausgebildet. Das Hohlrad bildet das erste Eingangselement und ist drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden. Das Sonnenrad bildet das zweite Eingangselement und ist drehfest mit dem Rotor der Elektromaschine gekoppelt. Der Planetenträger bildet das Ausgangselement und ist drehfest mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes verbunden. Die Überbrückungskupplung ist antriebstechnisch zwischen dem Sonnenrad und dem Planetenträger des Planetengetriebes angeordnet.

In dem Antriebsstrang gemäß der DE 199 34 696 A1 ist die Überbrückungskupplung im Gegensatz zur vorliegend vorausgesetzten Ausbildung als Klauenkupplung ausgebildet, so dass die Überbrückungskupplung nur bei Synchronlauf des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Schaltgetriebes geschlossen werden kann, und somit nur eingeschränkt nutzbar ist. Um einen Antrieb des Kraftfahrzeugs allein mit der Elektromaschine zu ermöglichen, ist ein Richtungsfreilauf zwischen der Kurbelwelle und einem Gehäuseteil angeordnet, wodurch die Kurbelwelle gegen ein Rückwärtsdrehen gesichert und damit das Antriebsmoment der Elektromaschine gegen das Gehäuse abgestützt wird. Um bei stehendem Kraftfahrzeug ein Starten des Verbrennungsmotors mit der Elektromaschine zu ermöglichen, ist ein weiterer Richtungsfreilauf zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und einem Gehäuseteil angeordnet, wodurch die Eingangswelle gegen ein Rückwärtsdrehen gesichert und damit das Antriebsmoment der Elektromaschine gegen das Gehäuse abgestützt wird.

In dem Antriebsstrang gemäß der DE 101 52 471 A1 ist die Überbrückungskupplung, wie es für die vorliegende Erfindung vorausgesetzt wird, als Reibungskupplung ausgebildet, so dass die Überbrückungskupplung auch bei einer Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und dem Verbrennungsmotor zur Übertragung eines Drehmomentes im Schlupfbetrieb genutzt werden kann. Um bei stehendem Kraftfahrzeug und in Neutral geschaltetem Getriebe einen Impulsstart des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine zu ermöglichen, ist eine weitere Reibungskupplung zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und einem Gehäuseteil angeordnet, wodurch die Eingangswelle nach Erreichen einer Startdrehzahl der Elektromaschine zum Starten des Verbrennungsmotors abgebremst werden kann.

Nachfolgend wird in der Beschreibung der Erfindung ohne Einschränkung des Schutzumfangs beispielhaft von einem weitgehend identischen Aufbau des Antriebsstrangs ausgegangen, wobei die Überbrückungskupplung als Reibungskupplung vorausgesetzt wird, insbesondere als nasse Lamellenkupplung, alternativ aber auch als Trockenkupplung ausgeführt sein kann. Alternativ zu der bekannten Anordnung kann die Überbrückungskupplung auch zwischen dem Hohlrad und dem Sonnenrad, also zwischen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und dem Rotor der Elektromaschine, angeordnet sein.

Im normalen Fahrbetrieb ist die Überbrückungskupplung vollständig geschlossen, so dass das Planetengetriebe blockiert ist und starr umläuft. In diesem Betriebszustand sind die Drehzahlen und die Drehrichtungen des Verbrennungsmotors, der Elektromaschine und der Eingangswelle des Schaltgetriebes identisch. Die Elektromaschine wird in diesem Zustand vorwiegend als Generator zur Versorgung des elektrischen Bordnetzes betrieben, kann jedoch in bestimmten Betriebssituationen, insbesondere in Beschleunigungsphasen des Kraftfahrzeugs, vorübergehend auch als Motor betrieben werden.

Zum Gangwechsel innerhalb des Schaltgetriebes wird nahezu zeitgleich das Drehmoment des Verbrennungsmotors reduziert, die Elektromaschine kraftlos geschaltet und die Überbrückungskupplung vollständig geöffnet. Hierdurch wird die Eingangswelle des Schaltgetriebes von dem Verbrennungsmotor entkoppelt, so dass der eingelegte Lastgang lastfrei ausgelegt sowie der einzulegende Zielgang lastfrei synchronisiert und eingelegt werden kann. Durch den Schaltvorgang ergibt sich zwangsläufig eine Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle des Schaltgetriebes und dem Verbrennungsmotor, die bei einem Rückschaltvorgang positiv und bei einem Hochschaltvorgang negativ ist. Diese Drehzahldifferenz wird nach dem Schaltvorgang üblicherweise dadurch ausgeglichen, dass die Überbrückungskupplung koordiniert mit dem Drehmomentaufbau des Verbrennungsmotors geregelt geschlossen wird. Dies erfordert jedoch eine gewisse Zeitspanne und ist nachteilig mit einem relativ hohen Verschleiß an den Reibelementen der Überbrückungskupplung sowie mit einer unerwünschten Erwärmung der Überbrückungskupplung und benachbarter Bauteile sowie gegebenenfalls auch des Getriebeöls verbunden.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Antriebsstrang der eingangs genannten Art eine Synchronisierung der Drehzahldifferenz schneller und verschleißärmer als bisher durchführbar ist. Ein solches Verfahren soll auch in Antriebssträngen nutzbar sein, die vergleichbare Komponenten, jedoch in anderer Antriebskopplungskombination enthalten.

Die Lösung dieser Aufgabe geht gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor, eine Elektromaschine und ein Getriebe umfasst, die über ein Summierungsgetriebe mit zwei Eingangselementen und einem Ausgangselement sowie über eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung miteinander gekoppelt sind, indem das erste Eingangselement mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, das zweite Eingangselement mit dem Rotor der Elektromaschine und das Ausgangselement mit der Eingangswelle des Schaltgetriebes drehfest verbunden ist, und indem die Überbrückungskupplung zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes angeordnet ist, wobei eine bei geöffneter Überbrückungskupplung aufgetretene Drehzahldifferenz Δn zwischen der Eingangswelle des Getriebes und dem Verbrennungsmotor synchronisiert sowie anschließend die Überbrückungskupplung geschlossen wird.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Getriebe" alle Getriebearten zu verstehend sind, die eine echte Neutral-Stellung mit einer Abtriebsdrehzahl „Null" haben, also nicht etwa durch eine getriebeinterne Drehzahlsummation eine Abtriebsdrehzahl mit dem Wert „Null" erzeugen. Unter dem Begriff „Getriebe" fallen daher beispielsweise Handschaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe, Planeten-Automatikgetriebe und stufenlose Getriebe.
Des Weiteren ist gemäß der Erfindung verfahrensgemäß vorgesehen, dass diese Drehzahldifferenz Δn = n_GE – n_VM mittels der Elektromaschine synchronisiert wird, indem von der Elektromaschine bei positiver Drehzahldifferenz Δn > 0 ein in Drehrichtung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Getriebes wirksames positives Drehmoment M_EM > 0 und bei negativer Drehzahldifferenz Δn < 0 ein entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Getriebes wirksames negatives Drehmoment M_EM < 0 erzeugt wird.
Ein in Drehrichtung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Getriebes wirksames Drehmoment M_EM der Elektromaschine wirkt, jeweils verstärkt um die wirksame Übersetzung zwischen der Elektromaschine und der jeweiligen Welle, bremsend, also drehzahlabsenkend auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors sowie antreibend, also drehzahlerhöhend auf die Eingangswelle des Getriebes. Ein derartiges positives Drehmoment M_EM > 0 der Elektromaschine wirkt daher synchronisierend auf eine negative Drehzahldifferenz (Δn < 0), die typischerweise bei einer Hochschaltung auftritt.
Umgekehrt wirkt ein entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Eingangswelle des Getriebes wirksames Drehmoment M_EM der Elektromaschine, jeweils verstärkt um die wirksame Übersetzung zwischen der Elektromaschine und der jeweiligen Welle, antreibend, also drehzahlerhöhend auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und bremsend, also drehzahlabsenkend auf die Eingangswelle des Getriebes. Ein derartiges negatives Drehmoment M_EM < 0 der Elektromaschine wirkt daher synchronisierend auf eine positive Drehzahldifferenz (Δn > 0), die typischerweise bei einer Rückschaltung auftritt.
Da das mit der Elektromaschine verbundene Eingangselement des Summierungsgetriebes, in der bevorzugten Ausführungsform das Sonnenrad des Planetengetriebes, abhängig von der Größe der schaltungsbedingten Drehzahldifferenz Δn vorübergehend auch rückwärts, also entgegen der Drehrichtung der beiden Wellen, drehen kann, wird in diesem Fall ein positives Drehmoment M_EM > 0 durch die Erzeugung eines Schleppmomentes im Generatorbetrieb und ein negatives Drehmoment M_EM < 0 durch die Erzeugung eines Triebmomentes im Motorbetrieb der Elektromaschine erzeugt.
Durch die Nutzung der Elektromaschine zur Synchronisierung einer Drehzahldifferenz Δn zwischen der Eingangswelle des Getriebes und der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors kann die Überbrückungskupplung während der Synchronisierung geöffnet bleiben, und mit Erreichen des Synchronlaufs der Eingangswelle und des Verbrennungsmotors schlupf- und verschleißfrei geschlossen werden. Hierdurch werden ein unnötiger Verschleiß an den Reibelementen der Überbrückungskupplung sowie eine Erwärmung der Überbrückungskupplung und benachbarter Bauteile vermieden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 7.
Da der Verbrennungsmotor aufgrund eines hohen Trägheitsmomentes und einer zeitverzögerten Beeinflussung über den Verbrennungsvorgang nur vergleichsweise schwer steuerbar ist, wird während der Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn das Drehmoment M_VM des Verbrennungsmotors zweckmäßig als Funktion von fahrzeug- und bedienungsabhängigen Betriebsparametern gesteuert sowie die Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors durch die Vorgabe einer von der Drehzahldifferenz Δn abhängigen Solldrehzahl n_VM_soll geregelt, wobei die Solldrehzahl n_VM_soll im Wesentlichen über das Drehmoment M_EM der Elektromaschine eingestellt wird. Der Verbrennungsmotor verbleibt somit solange in seinem Betriebszustand zu Beginn des Schaltvorgangs, bis die Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn mittels der Elektromaschine beendet und die Überbrückungskupplung geschlossen ist.
Danach wird der Verbrennungsmotor in Abhängigkeit der üblichen Betriebsparameter und der Leistungsanforderung des Fahrers gesteuert.
Die Elektromaschine muss während der Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn neben dem hierzu erforderlichen Drehmoment auch das momentane Drehmoment des Verbrennungsmotors (Triebmoment oder Schleppmoment) und das an der Eingangswelle des Getriebes anliegende Drehmoment (Fahrwiderstandsmoment) gegeneinander abstützen. Das insgesamt erforderliche Drehmoment M_EM_erf der Elektromaschine kann daher wahlweise aus dem für das aktuelle Triebmoment und für die Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn erforderlichen Drehmoment M_GE_soll an der Eingangswelle des Getriebes durch Rückrechnung mit der Übersetzung i_EM/GE zwischen der Elektromaschine und der Eingangswelle des Getriebes, oder aus dem für das aktuelle Triebmoment und für die Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn erforderlichen Drehmoment M_VM_soll an der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors durch Rückrechnung mit der Übersetzung i_EM/VM zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor ermittelt werden.
Dabei kann, insbesondere bei schwächer dimensionierter Elektromaschine, das ermittelte Drehmoment M_EM_soll das maximal von der Elektromaschine erzeugbare Drehmoment M_EM_max überschreiten, was zumindest eine Verzögerung der Synchronisierung zur Folge hätte. Es ist daher zweckmäßig, dass grundsätzlich geprüft wird, ob das erforderliche Drehmoment M_EM_soll das maximale Drehmoment M_EM_max der Elektromaschine übersteigt, wobei in diesem Fall das erforderliche Restmoment ΔM_EM_R = M_EM_soll – M_EM_max durch ein teilweises Schließen der Überbrückungskupplung als Kupplungsmoment M_K_soll aufgebracht wird.
Das durch die Überbrückungskupplung erzeugbare Drehmoment M_K wirkt unabhängig von ihrer Anordnung immer sinnrichtig, also drehzahlausgleichend, da jeweils das schneller drehende Bauteil abgebremst und das langsa mer drehende Bauteil beschleunigt wird. Bei dieser Vorgehensweise wird zwar ein gewisser Verschleiß an den Reibelementen der Überbrückungskupplung in Kauf genommen. Dieser Verschleiß ist jedoch deutlich geringer als bei einer vollständigen Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn über die Überbrückungskupplung.
Unabhängig davon, ob das Drehmoment M_EM_max der Elektromaschine ausreichend ist oder nicht, kann die Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn durch die Elektromaschine dadurch unterstützt und beschleunigt werden, dass die Überbrückungskupplung während der Synchronisierung teilweise geschlossen wird.
Ebenso kann die Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn durch die Elektromaschine mittels des Verbrennungsmotors unterstützt werden, indem das einzustellende Drehmoment M_VM_soll und/oder die vorgegebene Solldrehzahl n_VM_soll während der Synchronisierung bei positiver Drehzahldifferenz Δn > 0 erhöht und bei negativer Drehzahldifferenz Δn < 0 abgesenkt werden.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 ein Funktionsschema des Verfahrens zur Synchronisierung einer Drehzahldifferenz zwischen einer Eingangswelle eines Getriebes und einem Verbrennungsmotor in einem Antriebsstrang,
2 ein Teil des Funktionsschemas gemäß 1 zur Ermittlung der Drehmomente einer Elektromaschine und einer Überbrückungskupplung,
3 ein erstes Anwendungsbeispiel zur Synchronisierung einer Drehzahldifferenz in Form eines Drehzahldiagramms über der Zeit,
4 ein zweites Anwendungsbeispiel zur Synchronisierung einer Drehzahldifferenz in Form eines Drehzahldiagramms über der Zeit,
5 den allgemeinen Aufbau des zugrunde gelegten Antriebsstrangs in vereinfachter schematischer Darstellung, und
6 eine bevorzugte praktische Ausführungsform des Antriebsstrangs gemäß 5 in schematischer Darstellung.
Ein Antriebsstrang 1 gemäß 5 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, eine Elektromaschine 3 und ein Getriebe 4, die über ein Summierungsgetriebe 5 mit zwei Eingangselementen 6, 7 und einem Ausgangselement 8 miteinander gekoppelt sind. Das erste Eingangselement 6 ist mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2, das zweite Eingangselement 7 mit dem Rotor 10 der Elektromaschine 3, und das Ausgangselement 8 mit der Eingangswelle 11 des Getriebes 4 jeweils drehfest verbunden. Eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung 12 ist zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes 5, vorliegend zwischen den beiden Eingangselementen 6, 7 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 2, die Elektromaschine 2 und die Überbrückungskupplung 12 stehen über Sensor- und Steuerleitungen 13 mit einem Steuergerät 14 in Verbindung, über das die Komponenten des Antriebsstrangs 1 koordiniert steuerbar sind.
Eine bevorzugte praktische Ausführungsform des Antriebsstrangs 1 ist in 6 abgebildet. In diesem Antriebsstrang 1 ist das Summierungsgetriebe 5 als ein einfaches Planetengetriebe 15 mit einem Sonnenrad 16, einem Planetenträger 17 mit mehreren Planetenrädern 18 und einem Hohlrad 19 ausgebildet. Das Hohlrad 19 bildet das erste Eingangselement 6 und steht über ein Schwungrad 20 und einen Drehschwingungsdämpfer 21 mit der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 in Verbindung. Das Sonnenrad 16 bildet das zweite Eingangselement 7 und ist unmittelbar mit dem Rotor 10 der Elektromaschine 3 drehgekoppelt. Der Planetenträger 17 bildet das Ausgangselement 8 und steht unmittelbar mit der Eingangswelle 11 des hier als automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildeten Getriebes 4 in Verbindung.
Ein zwischen der Eingangswelle 11 und einem Gehäuseteil 22 angeordneter Richtungsfreilauf 23 dient zur Abstützung der Eingangswelle 11 bei einem Starten des Verbrennungsmotors 2 durch die Elektromaschine 3. Das Schaltgetriebe 4 ist in Vorgelegebauweise ausgeführt und weist insgesamt sechs Vorwärtsgänge und einen Rückwärtsgang auf, die über jeweils eine Klauenschaltkupplung selektiv schaltbar sind. Die Überbrückungskupplung 12 ist zwischen dem Rotor 10 der Elektromaschine 3 und einer Verbindungswelle 24 angeordnet, durch die der Verbrennungsmotor 2 mit dem Hohlrad 19 in Verbindung steht.
Bei einem derartigen Antriebsstrang 1 tritt bei geöffneter Überbrückungskupplung 12 durch einen Schaltvorgang innerhalb des Schaltgetriebes 4 und bei einem Anfahrvorgang eine Drehzahldifferenz zwischen der Eingangswelle 11 des Schaltgetriebes 4 und dem Verbrennungsmotor 2 bzw. der Kurbelwelle 9 auf, die erfindungsgemäß mittels der Elektromaschine 3 ausgeglichen wird, bevor die Überbrückungskupplung 12 vollständig geschlossen wird.
Hierzu ist gemäß dem Funktionsschema von 1 vorgesehen, dass das Drehmoment M_VM beziehungsweise M_VM_soll des Verbrennungsmotors 2 im Wesentlichen als Funktion von fahrzeug- und bedienungsabhängigen Betriebsparametern, wie der Fahrgeschwindigkeit v, dem eingelegten Gang G, und der Fahrpedalstellung x_Fp, von einem Sollwertgeber 14.1 gesteuert beziehungsweise vorgegeben wird, wogegen die Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors 2 durch die Vorgabe einer von der Drehzahldifferenz Δn = n_GE – n_VM zwischen der Eingangswelle 11 des Schaltgetriebes 4 und der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 abhängigen Solldrehzahl n_VM_soll über einen Regler 14.2 geregelt wird. Dabei wird die Solldrehzahl n_VM_soll im Wesentlichen über das von der Elektromaschine 3 erzeugte Drehmoment M_EM eingestellt und damit die Drehzahldifferenz Δn synchronisiert.
Wie in 2 näher dargestellt ist, wird hierzu von dem Regler 14.2 des Steuergerätes 14 ein an der Eingangswelle 11 des Getriebes 4 erforderliches Drehmoment M_GE_soll ermittelt und vorgegeben, das durch die Elektromaschine 3 aufgebracht werden soll, um das aktuelle Fahrmanöver und zusätzlich die Synchronisierung der Drehzahldifferenz Δn zu ermöglichen. Das erforderliche Drehmoment M_EM_soll der Elektromaschine ergibt sich aus dem erforderlichen Drehmoment M_GE_soll an der Eingangswelle 11 durch Rückrechnung mit der Übersetzung i_EM/GE zwischen der Elektromaschine 3 und der Eingangswelle 11.
Bei der bevorzugten Ausbildung des Antriebsstrangs 1 gemäß 6 gilt demnach M_EM_soll = M_GE_soll/(1 – i₀), mit der Standübersetzung i₀. Mit einer typischen Standübersetzung von i₀ = –3 bedeutet dies, dass M_EM_soll ein Viertel von M_GE_soll beträgt.
Das erforderliche Drehmoment M_EM_soll wird mittels eines zugeordneten Wechselrichters 25 an der Elektromaschine 3 eingestellt, sofern dieses nicht das maximal mögliche Drehmoment M_EM_max der Elektromaschine 3 übersteigt. Durch Rückrechnung des tatsächlichen Drehmomentes M_EM_ist auf die Eingangswelle 11 und Differenzbildung mit dem vorgegebenen Sollmoment M_GE_soll wird ein mögliches Restmoment ΔM_GE_R ermittelt, das durch ein teilweises Schließen der Überbrückungskupplung 12 als Kupplungsmoment M_K_soll aufgebracht werden soll.
In 3 ist eine derartige Synchronisierung für eine Schubrückschaltung dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 ist der Zielgang eingelegt, wodurch eine positive Drehzahldifferenz Δn = n_GE – n_VM > 0 zwischen der Eingangswelle 11 des Getriebes 4 und dem Verbrennungsmotor 2 vorliegt. Durch die nachfolgende Erzeugung eines entgegen der Drehrichtung der Eingangswelle 11 und der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 wirksamen Drehmomentes M_EM wird die Eingangswelle 11 verzögert und das betreffende Kraftfahrzeug damit abgebremst und gleichzeitig der Verbrennungsmotor 2 entlastet und damit die Kurbelwelle 9 beschleunigt, bis im Zeitpunkt t1 Synchronlauf zwischen den beiden Wellen 9, 11 und damit auch an der Überbrückungskupplung 12 erreicht ist. Daher kann die Überbrückungskupplung 12 im Zeitpunkt t1 schlupf- und verschleißfrei geschlossen werden. Nachfolgend erfolgt der weitere Schubbetrieb bei vollständig geschlossener Überbrückungskupplung 12 über die Steuerung des Verbrennungsmotors 2.
In 4 ist in ähnlicher Form eine Synchronisierung für eine Zughochschaltung dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 ist der Zielgang eingelegt, wodurch eine negative Drehzahldifferenz Δn = n_GE – n_VM < 0 zwischen der Eingangswelle 11 des Getriebes 4 und dem Verbrennungsmotor 2 verursacht wurde. Durch die nachfolgende Erzeugung eines in Drehrichtung der Eingangswelle 11 und der Kurbelwelle 9 des Verbrennungsmotors 2 wirksamen Drehmomentes M_EM wird die Eingangswelle 11 und damit auch das betreffende Kraftfahrzeug beschleunigt, und gleichzeitig der Verbrennungsmotor 2 belastet und damit die Kurbelwelle 9 gebremst.
Aufgrund des gleichzeitig ansteigenden Drehmomentes M_VM des Verbrennungsmotors 2 steigt die Drehzahl n_VM des Verbrennungsmotors 2 dennoch leicht an, wird aber im Zeitpunkt t1 von der stärker ansteigenden Drehzahl n_GE der Eingangswelle 9 des Getriebes 4 eingeholt, so dass aufgrund des erreichten Synchronlaufs zwischen den beiden Wellen 9, 11 die Überbrückungskupplung 12 schlupf- und verschleißfrei geschlossen werden kann. Nachfolgend erfolgt die weitere Beschleunigung des Kraftfahrzeugs bei vollständig geschlossener Überbrückungskupplung 12 über die Steuerung des Verbrennungsmotors 2.
Unabhängig von den in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen erfasst die Erfindung auch Antriebsstränge mit allen anderen möglichen und unterschiedlichen Antriebskoppelungen zwischen dem Verbrennungsmotor 2, der Elektromaschine 3, dem Summierungsgetriebe 5, der Kupplung 12 und dem Getriebe 4, welches hier jedoch nicht gesondert dargestellt ist.

1: Antriebsstrang
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromaschine
4: Getriebe, Schaltgetriebe, automatisiertes Schaltgetriebe
5: Summierungsgetriebe
6: (erstes) Eingangselement
7: (zweites) Eingangselement
8: Ausgangselement
9: Kurbelwelle
10: Rotor
11: Eingangswelle
12: Überbrückungskupplung
13: Sensor- und Steuerleitung
14: Steuergerät
14.1: Sollwertgeber
14.2: Regler
15: Planetengetriebe
16: Sonnenrad
17: Planetenträger
18: Planetenrad
19: Hohlrad
20: Schwungrad
21: Drehschwingungsdämpfer
22: Gehäuseteil
23: Richtungsfreilauf
24: Verbindungswelle
25: Wechselrichter
G: Gang
i: Übersetzung
i₀: Standübersetzung des Planetengetriebes
i_EM/GE: Übersetzung zwischen 3 und 11
i_EM/VM: Übersetzung zwischen 3 und 2
M: Drehmoment
M_EM: Drehmoment von 3
M_EM_ist: Istmoment von 3
M_EM_max: Maximalmoment von 3
M_EM_soll: Sollmoment von 3
M_GE: Drehmoment von 11
M_GE_soll: Sollmoment von 11
M_K: Drehmoment von 12
M_K_soll: Sollmoment von 12
M_VM: Drehmoment von 2
M_VM_soll: Sollmoment von 2
n: Drehzahl
n_GE: Drehzahl von 11
n_VM: Drehzahl von 2
n_VM_ist: Istdrehzahl von 2
n_VM_soll: Solldrehzahl von 2
t: Zeit
t0: Zeitpunkt
t1: Zeitpunkt
v: Fahrgeschwindigkeit
x_Fp: Fahrpedalstellung
ΔM_EM_R: Restmoment von 3
ΔM_GE_R: Restmoment von 11
Δn: Drehzahldifferenz zwischen 11 und 2

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs, der einen Verbrennungsmotor (2), eine Elektromaschine (3) und ein Getriebe (4) umfasst, die über ein Summierungsgetriebe (5) mit zwei Eingangselementen (6, 7) und einem Ausgangselement (8) sowie über eine als Reibungskupplung ausgebildete Überbrückungskupplung (12) miteinander gekoppelt sind, in dem das erste Eingangselement mit der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2), das zweite Eingangselement mit dem Rotor (10) der Elektromaschine (3) und das Ausgangselement (8) mit der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) drehfest verbunden ist, und in dem die Überbrückungskupplung (12) zwischen zwei Elementen des Summierungsgetriebes (5) angeordnet ist, wobei eine bei geöffneter Überbrückungskupplung (12) aufgetretene Drehzahldifferenz (Δn) zwischen der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) und dem Verbrennungsmotor (2) synchronisiert sowie anschließend die Überbrückungskupplung (12) geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, das diese Drehzahldifferenz Δn = n_GE – n_VM mittels der Elektromaschine (3) synchronisiert wird, indem von der Elektromaschine (3) bei negativer Drehzahldifferenz (Δn < 0) ein in Drehrichtung der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2) und der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) wirksames positives Drehmoment M_EM > 0 beziehungsweise bei positiver Drehzahldifferenz (Δn > 0) ein entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2) und der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) wirksames negatives Drehmoment M_EM < 0 erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment (M_VM) des Verbrennungsmotors (2) im Wesentlichen als Funktion von fahrzeug- und bedienungsabhängigen Betriebsparametern gesteuert wird, und dass die Drehzahl (n_VM) des Verbrennungsmotors (2) durch die Vorgabe einer von der Drehzahldifferenz (Δn) abhängigen Solldreh zahl (n_VM_soll) geregelt wird, wobei die Solldrehzahl (n_VM_soll) im Wesentlichen über das Drehmoment (M_EM) der Elektromaschine (3) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erforderliche Drehmoment (M_EM_soll) der Elektromaschine (3) aus dem für das aktuelle Triebmoment und für die Synchronisierung der Drehzahldifferenz (Δn) erforderlichen Drehmoment (M_GE_soll) an der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) durch Rückrechnung mit der Übersetzung (i_EM/GE) zwischen der Elektromaschine (3) und der Eingangswelle (11) des Getriebes (4) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erforderliche Drehmoment (M_EM_soll) der Elektromaschine (3) aus dem für das aktuelle Triebmoment und für die Synchronisierung der Drehzahldifferenz (Δn) erforderlichen Drehmoment (M_VM_soll) an der Kurbelwelle (9) des Verbrennungsmotors (2) durch Rückrechnung mit der Übersetzung (i_EM/VM) zwischen der Elektromaschine (3) und dem Verbrennungsmotor (2) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob das erforderliche Drehmoment (M_EM_soll) das maximale Drehmoment (M_EM_max) der Elektromaschine (3) übersteigt, und dass bei positivem Ergebnis das erforderliche Restmoment (ΔM_EM_R = M_EM_soll – M_EM_max) durch ein teilweises Schließen der Überbrückungskupplung (12) als Kupplungsmoment (M_K_soll) erzeugt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung der Drehzahldifferenz (Δn) mit der Elektromaschine (3) mittels der Überbrückungskupplung (12) unterstützt wird, indem die Überbrückungskupplung (12) während der Synchronisierung teilweise geschlossen wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisierung der Drehzahldifferenz (Δn) mit der Elektromaschine (3) mittels des Verbrennungsmotors (2) unterstützt wird, indem das einzustellende Drehmoment (M_VM_soll) und/oder die vorgegebene Solldrehzahl (n_VM_soll) während der Synchronisierung bei positiver Drehzahldifferenz (Δn > 0) erhöht und bei negativer Drehzahldifferenz (Δn < 0) abgesenkt werden.