Verfahren zum Betreiben eines Hvbridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine als Antriebe aufweist und wobei in dem Hybridantriebsstrang ein Parallelschaltgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle, einer zweiten Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle angeordnet ist, wobei die erste Getriebeeingangswelle über mindestens einen ersten Gang und die zweite Getriebeeingangswelle über mindestens einen zweiten Gang mit der Getriebeausgangswelie koppelbar ist, wobei die Verbrennungsmaschine über eine erste Kupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle und über eine zweite Kupplung mit der zweiten Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung bringbar ist, und wobei die elektrische Maschine mit der zweiten Getriebeeingangswelle in Antriebsverbindung steht.

Ein derartiges Verfahren ist aus dem Buch „7. LuK Kolloquium 11./12. April 2002", Herausgeber: LuK GmbH & Co., Seite 252-254 bekannt. Dabei wird zum Anfahren des Kraftfahrzeugs zunächst bei geöffneter erster und zweiter Kupplung an der ersten Getriebeeingangswelle der Gang „1" eingelegt und an der zweiten Getriebeeingangswelle der Gang „2" vorgewählt. Dann wird die erste Kupplung geschlossen, um mittels der Verbrennungsmaschine ein Drehmoment auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Zusätzlich werden die Antriebsräder mittels der elektrischen Maschine über die zweite Getriebeeingangswelle und den vorgewählten Gang „2" angetrieben (Boost-Funktion).

Alternativ dazu können bei geöffneter erster Kupplung an der ersten Getriebeeingangswelle der Gang 1 eingelegt und die Gänge der zweiten Getriebeeingangswelle in Neutralstellung gebracht werden. Dann werden die erste und zweite Kupplung geschlossen, um mittels der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine jeweils ein Drehmoment auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Der Kraftfluss der elektrischen Maschine verläuft dabei über die zweite Getriebeeingangswelle, die zweite Kupplung, die Antriebswelle der Verbrennungsmaschine, die erste Kupplung, die erste Getriebeeingangswelle und den Gang 1 auf die Getriebeausgangswelle. Das Vorwählen eines Gangs an der zweiten Eingangswelle erfolgt bei dieser Schaltstrategie während der Fahrt.

Nachdem das Kraftfahrzeug eine vorgegebene erste Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbrennungsmaschine vom ersten auf den Gang „2" umgeschaltet. Dazu wird die zweite

Kupplung geschlossen, während gleichzeitig die erste Kupplung geöffnet und das Kraftfahrzeug weiterhin auch mit der elektrischen Maschine angetrieben wird.

Nun wird an der ersten Getriebeeingangswelle der Gang „3" vorgewählt. Nachdem das Kraftfahrzeug eine vorgegebene zweite Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbrennungsmaschine vom Gang „2" auf den Gang „3" umgeschaltet. Dazu wird die erste Kupplung geschlossen, während gleichzeitig die zweite Kupplung geöffnet und das Kraftfahrzeug weiterhin über den noch eingelegten Gang „2" auch mit der elektrischen Maschine angetrieben wird.

Nun wird an der zweiten Getriebeeingangswelle bei weiterhin geöffneter zweiter Kupplung der Gang „4" vorgewählt. Dabei wird zunächst das Drehmoment des Elektromotors auf null reduziert, danach wird der Gang „2" in Neutralstellung gebracht und dann wird der Gang „4" eingelegt. Danach wird mittels der elektrischen Maschine erneut ein Drehmoment erzeugt und über den vorgewählten Gang „4" auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs übertragen.

Nachdem das Kraftfahrzeug eine vorgegebene dritte Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbrennungsmaschine vom Gang „3" auf den Gang „4" umgeschaltet. Dazu wird die zweite Kupplung geschlossen, während gleichzeitig die erste Kupplung geöffnet und das Kraftfahrzeug weiterhin auch mit der elektrischen Maschine angetrieben wird. Beim weiteren Beschleunigen des Kraftfahrzeugs wird in entsprechender Weise vom Gang „4" In den Gang „5" und von diesem in den Gang „6" geschaltet.

Das Verfahren hat den Nachteil, dass bei einem Gangwechsel an der zweiten Getriebeeingangswelle, also beim Umschalten vom Gang „2" auf den Gang „4" und vom Gang „4" auf den Gang „6" von der elektrischen Maschine kein Drehmoment auf die Antriebsräder übertragen werden kann, weil sich dann das durch die zweiten Gänge gebildete Teilgetriebe vorübergehend in Neutralstellung befindet. Der damit einhergehende Zugkraftverlust wird von den Benutzern des Kraftfahrzeugs als nachteilig empfunden.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei dem während des Schaltens eines zweiten Gangs bei zuvor zugeschalteter elektrischer Maschine ein Zugkraftverlust weitestgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungsmaschine und eine e- lektrische Maschine als Antriebe aufweist und wobei in dem Hybridantriebsstrang ein Parallel-

Schaltgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle, einer zweiten Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle angeordnet ist, wobei die erste Getriebeeingangswelle über mindestens einen ersten Gang und die zweite Getriebeeingangswelle über mindestens zwei zweite Gänge mit der Getriebeausgangswelle koppelbar ist, wobei die Verbrennungsmaschine über eine erste Kupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle und über eine zweite Kupplung mit der zweiten Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung bringbar ist, und wobei die e- lektrische Maschine mit der zweiten Getriebeeingangswelle in Antriebsverbindung steht,

wobei ein erster Gang eingelegt und mittels der Verbrennungsmaschine über die erste Kupplung ein Drehmoment an die erste Getriebeeingangswelle angelegt wird,

wobei bei geöffneter zweiter Kupplung ein erster zweiter Gang eingelegt und mittels der elektrischen Maschine über die erste Getriebeeingangswelle und den ersten zweiten Gang ein Drehmoment an die Getriebeausgangswelle angelegt wird,

wobei an der ersten Kupplung Kupplungsschlupf aufgebaut wird, indem das von der ersten Kupplung übertragene Drehmoment reduziert wird, während das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Drehmoment erhöht wird,

wobei danach das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Drehmoment in etwa auf null reduziert und ein zweiter zweiter Gang eingelegt wird, während der Schlupf an der ersten Kupplung reduziert wird, indem das über die erste Kupplung übertragene Drehmoment erhöht wird, und

wobei danach mittels der elektrischen Maschine über die erste Getriebeeingangswelle und den zweiten zweiten Gang ein Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle übertragen wird.

Bevor mit dem Gangwechsel begonnen wird, wird also das über die erste Kupplung übertragene Drehmoment durch teilweises öffnen der ersten Kupplung reduziert. Dabei nimmt die Drehzahl der Verbrennungsmaschine etwas zu, so dass zusätzliche kinetische Energie in der Verbrennungsmaschine gespeichert wird. Die Reduzierung des über die erste Kupplung auf die Getriebeausgangswelle übertragenen Gesamtdrehmoments wird durch entsprechendes Erhöhen des Drehmoments der elektrischen Maschine kompensiert. Somit kann die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs trotz des reduzierten Kupplungsmoments der ersten Kupplung in etwa konstant gehalten werden. Sobald eine ausreichende Schlupfreserve vorhanden

- A - ist, wird das Drehmoment der elektrischen Maschine auf null reduziert. Die Reduzierung wird durch entsprechendes Erhöhen des über die erste Kupplung übertragenen Drehmoments kompensiert. Dabei reduziert sich der Schlupf an der ersten Kupplung. Somit kann die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs trotz des fehlenden Antriebsmoments der elektrischen Maschine konstant gehalten werden. Nachdem der zweite zweite Gang eingelegt und synchronisiert wurde, wird mittels der elektrischen Maschine wieder ein Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle übertragen. Das über die erste Kupplung und ggf. die zweite Kupplung von der Verbrennungsmaschine auf die Getriebeausgangswelle übertragene Drehmoment wird entsprechend reduziert. Somit bleibt im Boost-Betrieb des Hybridantriebsstrangs während des Schaltvorgangs die volle Zugkraft ohne Unterbrechung erhalten.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug, wobei der Hybridantriebsstrang eine Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine als Antriebe aufweist und wobei in dem Hybridantriebsstrang ein Parallelschaltgetriebe mit einer ersten Getriebeeingangswelle, einer zweiten Getriebeeingangswelle und einer Getriebeausgangswelle angeordnet ist, wobei die erste Getriebeeingangswelle über mindestens einen ersten Gang und die zweite Getriebeeingangswelle über mindestens einen zweiten Gang mit der Getriebeausgangswelle koppelbar ist, wobei die Verbrennungsmaschine über eine erste Kupplung mit der ersten Getriebeeingangswelle und über eine zweite Kupplung mit der zweiten Getriebeeingangswelle in Wirkverbindung bringbar ist, und wobei die elektrische Maschine mit der zweiten Getriebeeingangswelle in Antriebsverbindung steht,

wobei ein erster Gang eingelegt und mittels der Verbrennungsmaschine über die erste Kupplung ein Drehmoment an die erste Getriebeeingangswelle angelegt wird,

wobei bei in Neutralstellung befindlichem mindestens einen zweiten Gang mittels der elektrischen Maschine über die zweite Getriebeeingangswelle, die zweite Kupplung und die erste Kupplung ein Drehmoment an die erste Getriebeeingangswelle angelegt wird,

wobei an der ersten Kupplung ein Kupplungsschlupf aufgebaut wird, während das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Drehmoment erhöht wird,

wobei an der ersten Kupplung ein Kupplungsschlupf aufgebaut wird, indem das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Drehmoment erhöht wird,

wobei danach der Schlupf an der ersten Kupplung reduziert wird, indem das von der elektrischen Maschine aufgebrachte Drehmoment reduziert, die zweite Kupplung geöffnet und ein zweiter Gang eingelegt wird, und

wobei mittels der elektrischen Maschine über die erste Getriebeeingangswelle und den zweiten Gang ein Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle übertragen wird.

Das mit der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment kann als auch über die zweite Kupplung auf die Verbrennungsmaschine und von dieser über die erste Kupplung auf die erste Getriebeeingangswelle und die Getriebeausgangswelle übertragen werden. Auch bei dieser Lösung wird vor dem Gangwechsel ein Schlupf an der ersten Kupplung aufgebaut, indem das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment erhöht wird. Sobald eine ausreichende Schlupfreserve vorhanden ist, wird das Drehmoment der elektrischen Maschine reduziert, so dass der Schlupf an der ersten Kupplung abgebaut wird. Nachdem der zweite Gang eingelegt und synchronisiert wurde, wird mittels der elektrischen Maschine wieder ein Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle übertragen. Somit bleibt auch bei dieser Lösung während des Schaltvorgangs die volle Zugkraft ohne Unterbrechung erhalten.

Vorteilhaft ist, wenn das Drehmoment der elektrischen Maschine derart an den Kupplungsschlupf der ersten Kupplung angepasst wird, dass das über die erste Kupplung übertragene Drehmoment während des Aufbauens des Kupplungsschlupfs in etwa konstant bleibt. Das Kraftfahrzeug kann dann noch gleichmäßiger beschleunigt werden.

Der Schlupf der ersten Kupplung wird bevorzugt derart reduziert, dass das auf die Getriebeausgangswelle übertragene Drehmoment vom Beginn des Reduzierens des von der elektrischen Maschine aufgebrachten Drehmoments bis zum Ende des Schließens der zweiten Kupplung in etwa konstant bleibt. Auch durch diese Maßnahme wird während des Schaltvorgangs ein gleichmäßiges Beschleunigen des Kraftfahrzeugs ermöglicht.

Vorteilhaft ist, wenn das Drehmoment der elektrischen Maschine rampenförmig erhöht und/oder reduziert wird. Der Schlupf in der ersten Kupplung kann dann gleichmäßig auf- und abgebaut werden.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs,

Fig. 2 eine graphische Darstellung des über eine Getriebeausgangswelle übertragenen

Gesamtdrehmoments, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate das Drehmoment in Nm aufgetragen ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung des von einer Verbrennungsmaschine erzeugten

Drehmoments (obere Kurve), eines über eine erste Kupplung übertragenen Drehmoments (mittlere Kurve) und eines von einer elektrischen Maschine erzeugten Drehmoments (untere Kurve), wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate das Drehmoment in Nm aufgetragen ist, und

Fig. 4 eine graphische Darstellung der Drehzahlen einer Verbrennungskraftmaschine und zweier Getriebeeingangswellen, wobei auf der Abszisse die Zeit in Sekunden und auf der Ordinate die Drehzahl in 1000 U/min aufgetragen ist.

Ein in Fig. 1 mit 1 bezeichneter Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug hat als Antriebe eine Verbrennungsmaschine 2 und eine elektrische Maschine 3, die über ein Parallelschaltgetriebe mit in der Zeichnung nicht näher dargestellten Antriebsrädern des _. Kraftfahrzeugs verbunden sind.

Das Parallelschaltgetriebe hat eine erste Getriebeeingangswelle 4a, die über eine erste Kupplung 5a mit einer Antriebswelle 6, wie z.B. einer Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine 2 verbindbar ist. Eine zweite Getriebeeingangswelle 4b des Parallelschaltgetriebes ist über eine zweite Kupplung 5b mit der Antriebswelle 6 verbindbar. Die elektrische Maschine 3 steht außerdem mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4b in Antriebsverbindung. Die elektrische Maschine 3 kann koaxial zu der zweiten Getriebeeingangswelle 4b angeordnet oder seitlich von dieser beabstandet und über eine Kette oder dergleichen übertragungsmittel mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4b verbunden sein.

Der ersten Getriebeeingangswelle 4a sind die ersten, ungeraden Gänge 1 , 3 und 5 sowie ein Rückwärtsgang zugeordnet. Jeder dieser Gänge hat jeweils ein Getriebezahnrad 7a, das mittels der Synchronisationseinrichtung 8 drehfest mit der zweiten Getriebeeingangswelle 4a verbindbar ist und von dieser getrennt werden kann. Die Getriebezahnräder 7a der Gänge 1 ,

3 und 5 kämmen jeweils mit einem dazu passenden, drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 9 verbundenen Zahnrad 10.

Der zweiten Getriebeeingangswelle 4b sind die zweiten, geraden Gänge 2, 4 und 6 zugeordnet. Jeder dieser Gänge hat jeweils ein Getriebezahnrad 7a, das mittels einer Synchronisationseinrichtung 8 drehfest mit der ersten Getriebeeingangswelle 4a verbindbar ist und von dieser getrennt werden kann. Die Getriebezahnräder 7b der Gänge 1, 3 und 5 kämmen jeweils mit einem dazu passenden, drehfest mit einer Getriebeausgangswelle 9 verbundenen Zahnrad 10.

Bei einer ersten Schaltstrategie werden zum Anfahren des Kraftfahrzeugs zunächst beide Kupplungen 5a, 5b geöffnet. An der ersten Getriebeeingangsweile 4a wird der Gang „1" eingelegt und an der zweiten Getriebeeingangswelle 4b der Gang „2" vorgewählt. Dann wird die erste Kupplung 5a geschlossen, um mittels der Verbrennungsmaschine 2 ein Drehmoment auf die erste Getriebeeingangswelle 4a und von dieser über den Gang „1" auf die Getriebeausgangswelle 9 zu übertragen. Zusätzlich wird mittels der elektrischen Maschine 3 ein Drehmoment erzeugt und über die zweite Getriebeeingangswelle 4a und den vorgewählten Gang „2" auf die Getriebeausgangswelle 9 übertragen (Boost-Funktion).

Nachdem das Kraftfahrzeug eine vorgegebene erste Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbrennungsmaschine 2 vom Gang „1" auf den Gang „2" umgeschaltet. Dazu wird die zweite Kupplung 5b geschlossen, während gleichzeitig die erste Kupplung 5a geöffnet und das Kraftfahrzeug weiterhin auch mit der elektrischen Maschine angetrieben wird.

Nun wird an der ersten Getriebeeingangswelle 4a der Gang „3" vorgewählt. Nachdem das Kraftfahrzeug eine vorgegebene zweite Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbrennungsmaschine 2 vom Gang „2" auf den Gang „3" umgeschaltet. Dazu wird die erste Kupplung 4a geschlossen, während gleichzeitig die zweite Kupplung 5b geöffnet und das Kraftfahrzeug weiterhin über den noch eingelegten Gang „2" auch mit der elektrischen Maschine 3 angetrieben wird.

Sobald das Kraftfahrzeug eine vorgegebene dritte Geschwindigkeit erreicht hat, wird die erste Kupplung 5a etwas geöffnet, um einen Schlupf zu erzeugen und das über die erste Kupplung 5a übertragene Drehmoment 11 zu reduzieren. In Fig. 3 ist erkennbar, dass durch die Drehmomentreduzierung die Drehzahl 12 der Verbrennungsmaschine 2 etwas zunimmt. Gleichzeitig wird das von der elektrischen Maschine 3 aufgebrachte Drehmoment 13 entsprechend er-

höht, so dass das auf die Getriebeausgangswelle 9 insgesamt übertragene Drehmoment 14 in etwa konstant bleibt (siehe Fig. 2 bis 4). Das Drehmoment der Verbrennungsmaschine 2 ist in Fig. 3 mit 15 bezeichnet.

Nachdem ein ausreichender Schlupf aufgebaut wurde, wird das von der elektrischen Maschine 3 aufgebrachte Drehmoment 13 rampenförmig reduziert und gleichzeitig wird das über die erste Kupplung 5a übertragene Drehmoment 11 erhöht, so dass sich der Schlupf an der ersten Kupplung 5a reduziert. In Fig. 4 ist erkennbar, dass dabei die Drehzahl 12 der Verbrennungsmaschine 2 etwas abnimmt.

Nachdem das Drehmoment 12 der elektrischen Maschine 3 auf einen Wert nahe null reduziert wurde, wird an der zweiten Getriebeeingangswelle 4b der Gang „4" vorgewählt und synchronisiert. Dabei nimmt die Drehzahl 16 der zweiten Getriebeeingangswelle 4b ab. Danach wird mittels der elektrischen Maschine 3 erneut ein Drehmoment 13 erzeugt und über die zweite Getriebeeingangswelle 4a und den vorgewählten Gang „4" auf die Getriebeausgangswelle 9 übertragen. Das Drehmoment 13 der elektrischen Maschine 3 wird rampenförmig erhöht, während gleichzeitig das über die erste Kupplung 5a übertragene Drehmoment 11 durch öffnen der ersten Kupplung 5a entsprechend reduziert wird, so dass das insgesamt auf die Getriebeausgangswelle 9 übertragene Drehmoment 14 in etwa konstant bleibt. Die Drehzahl der ersten Getriebeeingangswelle 4a ist in Fig. 4 mit 17 bezeichnet.

Sobald das Kraftfahrzeug eine vorgegebene vierte Geschwindigkeit erreicht hat, wird die erste Kupplung 5a geöffnet und die zweite Kupplung 5b geschlossen, so dass die Verbrennungsmaschine 2 dann über die zweite Kupplung 5b, die zweite Getriebeeingangswelle 4b und den Gang „4" die Getriebeausgangswelle 9 antreibt.

Bei einer zweiten Schaltstrategie werden zum Anfahren des Kraftfahrzeugs zunächst beide Kupplungen 5a, 5b geöffnet. An der ersten Getriebeeingangswelle 4a wird der Gang „1" eingelegt und die Gänge „2", „4" und „6" der zweiten Getriebeeingangswelle 4b werden in Neutralstellung gebracht. Dann werden die erste Kupplung 5a und zweite Kupplung 5b geschlossen, um mittels der Verbrennungsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 jeweils ein Drehmoment auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Der Kraftfluss der elektrischen Maschine 3 verläuft dabei über die zweite Getriebeeingangswelle 4b, die zweite Kupplung 5b, die Antriebswelle 6 der Verbrennungsmaschine 2, die erste Kupplung 5a, die erste Getriebeeingangswelle 4a und den Gang „1" auf die Getriebeausgangswelle 9. Während der

Fahrt wird das Drehmoment der elektrischen Maschine 3 auf null reduziert, die zweite Kupplung 5b geöffnet, um danach an der zweiten Eingangswelle 4b den Gang „2" vorzuwählen.

Nachdem das Kraftfahrzeug eine vorgegebene erste Geschwindigkeit erreicht hat, wird die Verbrennungsmaschine 2 vom Gang „1" auf den Gang „2" umgeschaltet. Dazu wird die zweite Kupplung 5b geschlossen, während gleichzeitig die erste Kupplung 5a geöffnet wird.

Bezugszeichenliste

Hybridantriebsstrang Verbrennungsmaschine elektrische Maschine a erste Getriebeeingangswelle b zweite Getriebeeingangswelle a erste Kupplung b zweite Kupplung Antriebswelle a Getriebezahnrad b Getriebezahnrad Synchronisationseinrichtung Getriebeausgangswelle 0 Zahnrad 1 von der ersten Kupplung übertragenes Drehmoment 2 Drehzahl der Verbrennungsmaschine 3 Drehmoment der elektrischen Maschine 4 Drehmoment der Getriebeausgangswelle 5 Drehmoment der Verbrennungsmaschine 6 Drehzahl der zweiten Getriebeeingangswelle 7 Drehzahl der ersten Getriebeeingangswelle