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DE102024203364A1 - Verfahren zum sanften Radsatzanlegen bei Doppelkupplungsgetrieben - Google Patents

Verfahren zum sanften Radsatzanlegen bei Doppelkupplungsgetrieben

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Publication number
DE102024203364A1
DE102024203364A1 DE102024203364.2A DE102024203364A DE102024203364A1 DE 102024203364 A1 DE102024203364 A1 DE 102024203364A1 DE 102024203364 A DE102024203364 A DE 102024203364A DE 102024203364 A1 DE102024203364 A1 DE 102024203364A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
torque
clutch
electric machine
method step
gear
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024203364.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Andreas Beuttler
Jan Noetzel
Vera Hellweg
Johannes Buettner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Magna Pt & Co Kgaa De BV
Original Assignee
Magna PT BV and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Magna PT BV and Co KG filed Critical Magna PT BV and Co KG
Priority to DE102024203364.2A priority Critical patent/DE102024203364A1/de
Publication of DE102024203364A1 publication Critical patent/DE102024203364A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

Verfahren zum Radsatzanlegen ausgehend vom Stillstand eines Doppelkupplungsgetriebes mit einer elektrischen Maschine (EM), die an eine der Gangstufen angebunden ist, wobei nur eine der beiden vorhandenen Kupplungen (K1, K2) als aktive Kupplung mit Druck beaufschlagt ist, und nach Eingang des Fahrer-wunsches zum Losfahren mit einer Vorwärts- oder Rückwärtsgangstufe (D, R) in einem ersten Verfahrensschritt (V1) die aktive Kupplung auf einen Zustand „Geschlossen“ gestellt wird, während zeitgleich die elektrische Maschine (EM) ein zunehmendes Moment (torque_EM) als Gegenmoment zum Kupplungsmoment der aktiven Kupplung stellt, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (V2) ein Plateau (P) eines Moments (torque_EM) der elektrischen Maschine (EM) gehalten wird, und in einem dritten Verfahrensschritt (V3) nach Erreichen des Soll-drucks der aktiven Kupplung das Moment (torque_EM) der elektrischen Maschine (EM) langsam reduziert wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt (V4) ein konstantes Haltemoment der elektrischen Maschine zur Kompensation von Vibration und Geräuschen angelegt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Radsatzanlegen ausgehend von einem Stillstand bei Doppelkupplungsgetrieben.
  • Stand der Technik
  • Verfahren zum Betreiben eines hybridisierten Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstranges, der einen Verbrennungsmotor, eine Doppelkupplungsanordnung mit einer ersten und einer zweiten Reibkupplung, ein erstes Teilgetriebe, ein zweites Teilgetriebe sowie eine elektrische Maschine aufweist, die an den Eingang von einem der Teilgetriebe angebunden oder damit verbindbar ist, sind bekannt.
  • Ein derartiger Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstrang ist beispielsweise in der DE 10 2010 044 618 A1 beschrieben. Der Leistungsstrang beinhaltet ein Doppelkupplungsgetriebe, das zwei Leistungsübertragungspfade aufweist, so dass Gangwechsel ohne Zugkrafteinbruch durchführbar sind. Dabei wird das von dem Verbrennungsmotor bereitgestellte Antriebsmoment durch überschneidende Betätigung von einem Leistungsübertragungspfad auf den anderen zugkraftunterbrechungsfrei übergeben.
  • EP 2 765 338 B1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines hybridisierten Doppelkupplungsgetriebe-Antriebsstranges, der einen Verbrennungsmotor, eine Doppelkupplungsanordnung mit einer ersten und einer zweiten Reibkupplung, ein erstes Teilgetriebe, das eine Mehrzahl von Gangstufen beinhaltet, ein zweites Teilgetriebe das eine Mehrzahl von Gangstufen beinhaltet, sowie eine elektrische Maschine aufweist, die an den Eingang von einem der Teilgetriebe angebunden oder damit verbindbar ist, wobei in einem hybridischen Betrieb, bei dem Antriebsleistung von der elektrischen Maschine über das eine Teilgetriebe übertragen wird, Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor über das andere Teilgetriebe übertragen wird, wobei die dem anderen Teilgetriebe zugeordnete Reibkupplung geschlossen ist, und die dem einen Teilgetriebe zugeordnete Reibkupplung geöffnet ist, eine Quellgangstufe in dem einen Teilgetriebe ausgelegt wird, mit den Schritten: Schließen der dem einen Teilgetriebe zugeordneten Reibkupplung, so dass diese Reibkupplung ein Drehmoment übertragen kann, das dem von der elektrischen Maschine bereitgestellten Antriebsmoment entspricht, und Auslegen der Quellgangstufe in dem einen Teilgetriebe.
  • Aufgrund des Ansprechverhaltens nahe dem Stillstand und bei niedrigen Geschwindigkeiten muss die Kupplung so schnell wie möglich das Drehmoment für das Kriechen und Anfahren bereitstellen, was zu dem Problem führt, da die Flanken des Getriebes sehr schnell wechseln.
  • Die Schleppmomente der Kupplung variieren je nach Temperatur. Zudem gibt es eine toleranzbedingte marginale Streuung zwischen den Fahrzeugen, so dass nicht sichergestellt werden kann, dass der Radsatz auch wirklich angelegt ist, was zu Auffälligkeiten/Beanstandungen führt bei nachfolgenden Situationen wie Kriechen, Anfahren, Standladen, Verfahren der Schaltwalze, etc.
  • In manchen Doppelkupplungsgetrieben ist es möglich, beide Kupplungen gleichzeitig zu füllen, um dieses Verhalten zu kompensieren.
  • In anderen Doppelkupplungsgetrieben ist es nicht möglich, im Stillstand Druck nachzuladen. Um dieses Verhalten zu kompensieren, wurde ein statisches Drehmoment der elektrischen Maschine eingestellt, aber diese Funktion kann den Einfluss des Schleppmoments nicht kompensieren. In 1 sind Verläufe dargestellt, die den Einfluss eines gestellten Moments der elektrischen Maschine beschreiben. Der Graph 2 zeigt, ob ein positives oder negatives Moment gestellt werden muss, je nach Einlegen einer Automatikstufe. Der Graph 3 zeigt die Nulllinie ohne gestelltes Moment der elektrischen Maschine, Graph 4 zeigt eine stufenartige Stellung und der Graph 5 zeigt einen gesteuerten Verlauf des Moments der elektrischen Maschine.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum verbesserten Radsatzanlegen nahe dem Stillstand in speziellen Doppelkupplungsgetrieben auszubilden.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zum Radsatzanlegen ausgehend vom Stillstand eines Doppelkupplungsgetriebes mit einer elektrischen Maschine, die an eine der Gangstufen angebunden ist, wobei nur eine der beiden vorhandenen Kupplungen als aktive Kupplung mit Druck beaufschlagt ist, und nach Eingang des Fahrerwunsches zum Losfahren mit einer Vorwärts- oder Rückwärtsgangstufe in einem ersten Verfahrensschritt die aktive Kupplung auf einen Zustand „Geschlossen“ gestellt wird, während zeitgleich die elektrische Maschine ein zunehmendes Moment als Gegenmoment zum Kupplungsmoment der aktiven Kupplung stellt, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt ein Plateau eines Moments der elektrischen Maschine gehalten wird, und in einem dritten Verfahrensschritt nach Erreichen des Solldrucks der aktiven Kupplung das Moment der elektrischen Maschine langsam reduziert wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt ein konstantes Haltemoment der elektrischen Maschine zur Kompensation von Vibration und Geräuschen angelegt wird.
  • Das Plateau wird über einen vorbestimmt Haltezeit gehalten, die empirisch aus einer Vielzahl von Fahrzeugdaten ermittelt wird.
  • Alternativ wird das Plateau wird über Messungen der Differenz zwischen Kupplungsdruck-Soll- und Ist-Wert der aktiven Kupplung bestimmt, wobei bei einem Schwellwert der Differenz der dritte Verfahrensschritt beginnt.
  • Während der Verringerung des Moments im Verfahrensschritt V3 wird die Drehzahl der elektrischen Maschine durch eine edge_tq-Funktion berechnet.
  • Jedes Mal, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine einen kalibrierbaren Schwellenwert oder Schwellgradienten erreicht, wird das Drehmoment der elektrischen Maschine eingefroren, bis die Drehzahl fällt.
  • Beschreibung der Figuren
    • 1 zeigt einen Überblick über die unterschiedlichen Maßnahmen zur Kompensation eine Schleppmoments,
    • 2 zeigt den Momentenverlauf,
    • 3 zeigt den Druckverlauf sowie das Schleppmoment der Kupplung in vier Schritten,
    • 4 bis 7 zeigen schematisch das Anlegen des Moments der elektrischen Maschine,
    • 8 zeigt eine zweite Variante des Verfahrens,
    • 9 zeigt eine dritte Variante des Verfahrens.
  • Um alle Einflüsse auf ein Doppelkupplungsgetriebe ohne Stillstandsbefüllung der Kupplungen zu kompensieren, arbeitet eine Flankenmomentfunktion 1 in vier aufeinanderfolgenden Schritten. Die Flankenmomentfunktion 1 läuft auf einem Controller und basiert auf einer edge_tq-Funktion, die zur Steuerung des Verfahrens angewendet wird.
  • Die Flankenmomentfunktion 1 ist in vier Bereiche unterteilt, die getrennt für die Zielstufe D oder R konfigurierbar sind. Das einzustellend Kompensationsmoment der elektrischen Maschine EM ist in der Automatikstufe R negativ, in der Automatikstufe D positiv wie in 1 gezeigt. Im oberen Bereich der 1 gezeigt Automatik Gangstufen D und R verlaufen.
  • Im unteren Teil der 1 ist ein Drehmoment der elektrischen Maschine über der Zeit schematisch dargestellt. Linie 3 zeigt einen Verlauf ohne eine Kompensationswirkung, die Linie 4 zeigt eine Stützfunktion der elektrischen Maschine mit einer Stufenfunktion und die Linie 5 zeigt die erfindungsgemäße Lösung mit einer Flankenmomentfunktion 1.
  • Die vier Bereiche sind, wie in 2 und 3 gezeigt, eingeteilt.
  • Der Verlauf des Verfahrens wird auch in den 4 bis 7 deutlich.
  • Das Verfahren zur Anwendung einer Flankenmomentfunktion 1 beginnt mit dem Fahrerwunsch, wobei der Fahrer eine Vorwärts- oder einen Rückwärtsgangstufe einlegt.
  • In dem Ausführungsbeispiel der 4 bis 7 ist ein vierter Gang eingelegt und die Kupplung K2 der Doppelkupplung weist zum Halten des vierten Ganges einen gewissen Druck auf.
  • In dem ersten Verfahrensschritt V1 wird der eingelegte Radsatz in der aktuell vorliegenden Flanke der Getrieberäder gehalten. Das erfolgt über die elektrische Maschine EM.
  • Dazu wird die elektrische Maschine mit hoher Taktrate angesteuert, was ein großes Moment erzeugt, das dem Moment der sich füllenden Kupplung entgegenwirkt. Dieser Vorgang ist in der 4 dargestellt. Der schmalere Pfeil nach oben repräsentiert das Moment der Kupplung K2, der breitere Pfeil nach unten das Gegenmoment der elektrischen Maschine mit einem Moment edge_tq.
  • In den 4 bis 7 ist schematisch ein hybridisiertes Doppelkupplungsgetriebe gezeigt. Bei diesem sind zur Einstellung von mehreren Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang, zwei Vorgelegewellen, die Ausgangswellen 11 und 12 vorgesehen. Angetrieben wird über die Eingangswelle 10 und die beiden Kupplungen K1 und K2. Üblicherweise ist zur Realisierung des Rückwärtsgangs R ein Loszahnrad vorgesehen, das extra für den Rückwärtsgang an einer geeigneten Stelle positioniert ist. Demnach ist für den Rückwärtsgang ein eigener Radsatz, meistens mit einem Zwischenrad, vorgesehen, wobei dieser Radsatz für keine weiteren Gänge verwendet wird. Bei einem Doppelkupplungsgetriebe wird üblicherweise der Gangwechsel durch ein Umschalten von einer Kupplung auf die andere Kupplung realisiert. Demnach erfolgt der Gangwechsel von zwei bereits eingelegten Gängen durch den Kupplungswechsel mit verkürzten Schaltzelten. Beim Einlegen eines Rückwärtsganges, beispielsweise beim Rangieren eines Fahrzeugs, erfolgt der Gangwechsel für die Rangiermanöver zwischen dem ersten und dem Rückwärtsgang.
  • In 2 ist der erste Verfahrensschritt V1 dargestellt. Nach Festlegung der Vorwärtsgangstufe D beginnt die elektrische Maschine Moment torque_EM zu liefern, während die Kupplung K2 noch nicht gefüllt ist und in einem Zwischenzustand noch Schlupf aufweisen. Die elektrische Maschine EM muss schneller sein als die Kupplung- hier die K2, wobei der Getriebesatz in der alten, aktuell bestehenden Richtung gehalten werden muss, bis der Kupplungsdruck auf Sollwert ist.
  • Im zweiten Verfahrensschritt V2 wird die elektrische Maschine auf einem Momenten-Plateau P gehalten. Zu Beginn des zweiten Verfahrensschritts V2 wird der Status der Kupplung in der Steuerung auf den Zustand „geschlossen“ geändert, was dazu führt, dass sich der Kupplungsdruck aufbaut.
  • Das Plateau P wird auch nach der Änderung des Kupplungszustand auf „geschlossen“ noch für eine bestimmte Haltezeit aufrechterhalten. Ein Zeitschalter stellt eine Haltezeit ein, die der Kupplung eben die Zeit gibt, ihren Füllzustand zu erreichen.
  • Der Status der Kupplung wechselt an der Position des Cursers A in 3 bevor der von der Steuerung vorgegebene Zieldruck erreicht wird, was an der Position des Cursors B geschieht. Die Einstellung der Haltezeit t_H wird durch empirische Ermittlung der Füllzeit der Kupplung über viele Fahrzeug festgelegt und in der Steuerung hinterlegt.
  • Das Plateau P muss gehalten werden, bis der Kupplungsdruck auf dem Zielwert ist. Andernfalls arbeiten der Aufbau des Kupplungsdrucks und der Abbau von edge_tq in die gleiche Richtung.
  • Diese Situation ist auch noch in der 5 dargestellt. Die beiden Pfeile, die die Momente der Kupplung und der elektrischen Maschinen darstellen sind nahezu gleich stark.
  • Während des Verfahrensschritt V2 ist es in dieser ersten Variante des Verfahrens alternativ auch möglich, die Differenz zwischen Kupplungsdruck-Soll- und Ist-Wert zu berechnen. Der Zeitschalter wird nicht mehr benötigt, da der Wechsel vom Verfahrensschritt V2 zu Verfahrensschritt V3 eingeleitet wird, wenn die Differenz zwischen Kupplungsdruck-Soll- und Ist-Wert klein genug ist. Die Schwellwerte werden zuvor in der Steuerung hinterlegt.
  • Die Haltezeit des Plateaus P kann durch einen Vergleich des Soll- und Ist-Drucks der Kupplung ersetzt werden. Aufgrund des Signalrauschens wird ein Korridor benötigt, um ein Signaltoggeln, also der Wechsel zwischen verschiedenen Zuständen, zu verhindern.
  • Im dritten Verfahrensschritt V3 wird das Moment torque_EM reduzieren, um das Umlegen des Radsatzes von einer Flanke auf die nächste Flanke zu realisieren.
  • Das Moment torque_EM, welches dem Moment der Kupplung entgegenwirkt, wird konstant reduziert, sodass das Moment der Kupplung den Radsatz aufgrund der jetzt langsamen Taktrate der elektrischen Maschine sanft verdreht und somit in Fahrerwunschrichtung anlegt.
  • 6 zeigt die schematische Darstellung mit einem Pfeil der elektrischen Maschinen, der deutlich schmaler als der Pfeil der Kupplung ausfällt. Während der Verringerung von edge_tq im Verfahrensschritt V3 wird die Drehzahl der elektrischen Maschine durch die edge_tq-Funktion beeinflusst.
  • Die zweite Variante wird in der 8 dargestellt. Im oberen Bereich der Figur ist der Verlauf des Drehmoments edge_tq über der Zeit dargestellt, wobei die Steuerungsvorgabe im Graph 5 abgebildet ist. Das Drehmoment der elektrischen Maschine EM folgt dem Steuerungsverlauf in einer gepunkteten Linie.
  • Im unteren Bereich der 8 ist die Drehzahl ω der elektrischen Maschinen über der Zeit aufgetragen. Zudem ist der Schaltzeitpunkt ts zum Einlegen der Gangstufe gekennzeichnet.
  • In der zweiten Variante des Verfahrens wird die reine Steuerung über die Flankenmomentfunktion 1 ergänzt durch einen Regelschritt, der die Zeitdauer des Plateaus regelt.
  • In 9 ist das Verhalten der Regelung an einem Drehzahlanstieg verdeutlicht. Im unteren Bereich der Figur ist der gemessene Drehzahlverlauf ω_EM_m gezeigt.
  • Jedes Mal, wenn die Drehzahl ω der elektrischen Maschine EM einen kalibrierbaren Schwellenwert oder einen Schwellgradienten erreicht, wird das Drehmoment ω der elektrischen Maschine EM eingefroren, bis die Drehzahl fällt - auch wenn der Gradient zu hoch ist. Für den Fall, dass die Drehzahl ω der elektrischen Maschine EM nicht abnimmt, ist eine separate Ausgangsbedingung erforderlich. Diese Ausgangsbedingung ist in der Regelung hinterlegt.
  • Dies führt zu einem sanfteren Anlegen der Flanke des Zahnrads im Getriebe da der Drehmomentgradient bei den kritischen Bedingungen Null ist.
  • Das Moment der elektrischen Maschine torque_EM wird zum Zeitpunkt, an dem ein Anstieg der Drehzahl festgestellt wird, eingefroren- wie in 9. Anhand des Verlaufs der Drehzahl oder deren Abnahme wird das Drehmoment reduziert, was dazu führt, dass nur das ausreichende Momentenverhältnis gehalten wird und der Radsatz noch sanfter umschlägt. Die Darstellung des Graphen 15 zeigt den „gedämpften Drehzahlverlauf durch das Einwirken der Regelung. Das Einwirken der Regelung wird im Verlauf des Graphen 16 dargestellt.
  • Im vierten Verfahrensschritt V4 wird ein konstantes Haltemoment der elektrischen Maschine zur Kompensation von Vibration und Geräuschen angelegt. Dieses Moment dient dazu, dass die Drehmoment-Pulsationen, welche über die Drehungleichförmigkeit des Verbrennungsmotors ins System eingetragen werden, nicht zu geräuschbasierten Auffälligkeiten führen.
  • Die Zwischenradstufe 13 wird dadurch leicht angelegt, was den Anregungen durch den Verbrennungsmotor entgegenwirkt.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird die Funktion komplett adaptiv als Regelung ausgelegt.
  • Anhand der Drehzahlverläufe und Kupplungsdruckverläufe werden empirisch gewonnene Kriterien gewählt und damit das Moment der elektrischen Maschine EM adaptiert. So kann ein möglichst niedriges Momentenniveau der elektrischen Maschine eingestellt werden, was die Effizienz optimiert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10 2010 044 618 A1 [0003]
    • EP 2 765 338 B1 [0004]

Claims (5)

  1. Verfahren zum Radsatzanlegen ausgehend vom Stillstand eines Doppelkupplungsgetriebes mit einer elektrischen Maschine (EM), die an eine der Gangstufen angebunden ist, wobei nur eine der beiden vorhandenen Kupplungen (K1, K2) als aktive Kupplung mit Druck beaufschlagt ist, und nach Eingang des Fahrerwunsches zum Losfahren mit einer Vorwärts- oder Rückwärtsgangstufe (D, R) in einem ersten Verfahrensschritt (V1) die aktive Kupplung auf einen Zustand „Geschlossen“ gestellt wird, während zeitgleich die elektrische Maschine (EM) ein zunehmendes Moment (torque_EM) als Gegenmoment zum Kupplungsmoment der aktiven Kupplung stellt, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt (V2) ein Plateau (P) eines Moments (torque_EM) der elektrischen Maschine (EM) gehalten wird, und in einem dritten Verfahrensschritt (V3) nach Erreichen des Solldrucks der aktiven Kupplung das Moment (torque_EM) der elektrischen Maschine (EM) langsam reduziert wird, wobei in einem vierten Verfahrensschritt (V4) ein konstantes Haltemoment der elektrischen Maschine zur Kompensation von Vibration und Geräuschen angelegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plateau (P) über einen vorbestimmt Haltezeit (t_H) gehalten wird, die empirisch aus einer Vielzahl von Fahrzeugdaten ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plateau (P) über Messungen der Differenz zwischen Kupplungsdruck-Soll- und Ist-Wert der aktiven Kupplung im Verfahrensschritt (V2) geregelt wird und bei einem Schwellwert der Differenz der dritte Verfahrensschritt (V3) beginnt.
  4. Verfahren nach einen den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verringerung des Moments im Verfahrensschritt (V3) die Drehzahl der elektrischen Maschine (EM) durch geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Mal, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine (EM) einen kalibrierbaren Schwellenwert oder Schwellgradienten erreicht im dritten Verfahrensschritt (V3), das Drehmoment der elektrischen Maschine (EM) eingefroren wird, bis die Drehzahl fällt.
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