DE102009002166A1

DE102009002166A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges

Info

Publication number: DE102009002166A1
Application number: DE102009002166A
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Falkenstein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-14
Also published as: WO2010112257A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem das Hybridfahrzeug von einem ersten, sich in Betrieb befindlichen Antriebsaggregat (1) betrieben wird, wobei während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges ein zweites Antriebsaggregat (2) gestartet oder gestoppt wird und ein von dem ersten Antriebsaggregat (1) erzeugtes Antriebsmoment (M) teilweise über einen Drehmomentwandler (5) und teilweise über eine Wandlerüberbrückungskupplung (6) geführt wird, wobei von der Wandlerüberbrückungskupplung (6) das Antriebsmoment auf ein mechanisches Fahrwerk des Hybridfahrzeuges übertragen wird. Um die Auswirkungen eines Starts oder eines Stopps des zweiten Antriebsaggregates (2) auf das, auf das mechanische Fahrwerk (8, 9) wirkende Antriebsmoment zu unterbinden, wird während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates (2) ein von der Wandlerüberbrückungskupplung (6) zu übertragendes erstes Antriebsteilmoment (M) in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand des Drehmomentwandlers (5) beeinflusst.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem das Hybridfahrzeug von einem ersten, sich in Betrieb befindlichen Antriebsaggregat betrieben wird, wobei während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges ein zweites Antriebsaggregat gestartet oder gestoppt wird und ein von dem ersten Antriebsaggregat erzeugtes Antriebsmoment teilweise über einen Drehmomentwandler und teilweise über eine Wandlerüberbrückungskupplung geführt wird, wobei von der Wandlerüberbrückungskupplung das Antriebsmoment auf ein mechanisches Fahrwerk des Hybridfahrzeuges übertragen wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Fahrzeuge mit einer hybriden Antriebsstruktur weisen meistens einen Verbrennungsmotor als zweites Antriebsaggregat und als erstes Antriebsaggregat einen Elektromotor oder einen Hydraulikmotor auf. Auch weitere zusätzliche Antriebsaggregate sind möglich. So kann das Drehmoment während des Betriebes des Hybridfahrzeuges von den Antriebsaggregaten aufgebracht werden. Es ist auch ein rein elektrisches oder hydraulisches Fahren möglich. Ein Start des Verbrennungsmotors kann während des elektrischen oder hydraulischen Fahrens erforderlich sein, z. B. wenn der Fahrer mehr Leistung anfordert als der Elektro- oder der Hydraulikmotor liefern kann oder wenn der Energieinhalt eines Energiespeichers zu stark abfällt.
Der erforderliche zeitliche Verlauf des Start-Drehmomentes bzw. der Startleistung ist aufgrund variierender Reib- und Kompressionsverhältnisse des Verbrennungsmotors nicht exakt bestimmbar. Auch eine eventuell vorhandene Trennkupplung, die im schlupfenden Zustand den Verbrennungsmotor zum Start ankoppelt, weist Ungenauigkeiten auf. Dies verhindert eine exakte Kompensation des Start-Drehmomentes bzw. der Start-Leistung durch das erste oder weitere Antriebsaggregate. Der nicht kompensierte Anteil wirkt als Störung auf den Antriebsstrang, welche Drehschwingungen anregt und den Fahrkomfort beeinträchtigt.
Aus der DE 10 2006 018 057 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine bekannt, bei welchem während eines Startvorganges ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Antriebsmoment wenigstens teilweise über einen Drehmomentwandler und zum anderen Teil über eine Wandlerüberbrückungskupplung geführt wird. Dabei wird die Wandlerüberbrückungskupplung während des gesamten Startvorganges mittels einer Drehzahlregelung der elektrischen Maschine in einem Schlupfbetrieb gehalten, während das von der elektrischen Maschine erzeugte Antriebsmoment im Wesentlichen über die Wandlerüberbrückungskupplung in Richtung des Antriebs geführt wird. Dabei beeinflussen nicht zu vermeidende Störungen in der Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine ein Turbinenmoment des Drehmomentwandlers, was zur Beeinträchtigung des Antriebsmomentes und des Fahrkomforts des Hybridfahrzeuges führt.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass alle Auswirkungen eines Starts oder Stopps des zweiten Antriebsaggregates auf den Antriebsstrang des Fahrzeuges und somit auf die Fahrzeuglängsbeschleunigung eliminiert werden, wodurch ein hoher Fahrkomfort erreicht wird. Dadurch, dass während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates ein von der Wandlerüberbrückungskupplung zu übertragendes erstes Antriebsteilmoment in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand des Drehmomentwandlers beeinflusst wird, werden von dem ersten Antriebsaggregat verursachte Störungen auf den Antriebsstrang bzw. den Fahrbetrieb vermieden.
Da Auswirkungen der Störung (zum Beispiel auf Drehzahlen) bei dem Start bzw. dem Stopp des zweiten Antriebsaggregates bekannt sind, kann unter der Voraussetzung, dass das erste Antriebsteilmoment der Wandlerüberbrückungskupplung und das zweite Antriebsteilmoment des Drehmomentenwandlers zusammen einen vorgegebenen Wert bilden, das erste Antriebsteilmoment der Wandlerüberbrückungskupplung einfach bestimmt werden.
Der aktuelle Zustand des Drehmomentwandlers kann dabei gemessen, beobachtet oder in einem Modell nachgebildet werden.
Vorteilhafterweise entsprechen während eines schlupfenden Zustandes der Wandlerüberbrückungskupplung das von dieser übertragene, aktuelle erste Antriebsteilsollmoment und ein von dem Drehmomentwandler übertragenes Moment als zweites Antriebsteilmoment zusammen einem Antriebsollmoment. Durch die Orientierung am Antriebssollmoment, welches an das Hybridfahrzeug angelegt wird, bleiben Störungen, die durch die Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates beim Start oder Stopp des zweiten Antriebsaggregates auftreten, ohne Einfluss.
In einer Ausgestaltung wird das Antriebssollmoment durch die Vorgabe eines Fahrers des Hybridfahrzeuges, eines Fahrerassistenzsystems, eines automatisierten Getriebes und/oder eines Fahrdynamiksystems bestimmt. Diese Vielzahl der Möglichkeiten der Vorgabe des Antriebssollmomentes berücksichtigt dabei Sicherheitserfordernisse genauso wie Komfortverbesserungen, wobei die Sicherheitsbedingungen immer die höhere Priorität besitzen.
In einer Weiterbildung werden dynamische Einflüsse des Drehmomentwandlers und/oder der Wandlerüberbrückungskupplung bei der Beeinflussung der Wandlerüberbrückungskupplung durch den Drehmomentwandler berücksichtigt. Solche dynamischen Einflüsse bestehen beispielsweise in der verzögerten Reaktion des Momentes des Drehmomentwandlers auf Änderungen der Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates und des Drehmomentwandlers selbst infolge von Strömungseffekten im Drehmomentwandler. Auch die Anregelzeit für das von der Wandlerüberbrückungskupplung übertragene erste Antriebsteilmoment kann einen solchen dynamischen Effekt auslösen.
Vorteilhafterweise wird das erste Antriebsaggregat zur Beeinflussung eines schlupfenden Zustandes der Wandlerüberbrückungkupplung drehzahlgeregelt betrieben. Durch die Drehzahlregelung des ersten Antriebsaggregates wird der schlupfende Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung sichergestellt. Gleich zeitig wird die Drehzahlregelung mit dem von der Wandlerüberbrückungkupplung übertragenen Antriebsteilmoment und/oder einem Moment des Drehmomentwandlers vorgesteuert. Dies hat den Vorteil, dass die Drehzahlregelung des ersten Antriebsaggregates auf die aktuellen Betriebszustände des Drehmomentwandlers und/oder der Wandlerüberbrückungskupplung abgestimmt wird, wodurch auftretende Störungen minimiert werden.
In einer Ausgestaltung wird eine Sollwinkelgeschwindigkeit für die Drehzahlregelung des ersten Antriebsaggregats zur Einstellung des Antriebssollmomentes unabhängig von der aktuellen Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates vorgegeben. Das hat den Vorteil, dass die Drehzahlregelung auch dann zuverlässig auf das Antriebssollmoment wirkt, wenn die Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates bzw. des Pumpenrades des Drehmomentwandlers infolge von Störungen von der Sollwinkelgeschwindigkeit abweicht.
In einer Weiterbildung bewegt sich die Sollwinkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates beim Übergang der Wandlerüberbrückungskupplung von einem geschlossenen Zustand in den schlupfenden Zustand kontinuierlich bzw. sprungfrei von einer Winkelgeschwindigkeit des Turbinenrades des Drehmomentwandlers weg oder bewegt sich beim Übergang der Wandlerüberbrückungkupplung vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand kontinuierlich zu der Winkelgeschwindigkeit des Turbinenrades des Drehmomentwandlers hin. Da diese Anpassung langsam erfolgt, werden Sprünge im Verlauf der Sollwinkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates vermieden. Dies hat zur Folge, dass die Drehzahlregelung ohne negative Auswirkungen auf den Fahrkomfort des Hybridfahrzeuges bleibt.
Vorteilhafterweise erfolgt eine Adaption eines Ansteuerverhaltens der Wandlerüberbrückungkupplung während der Schlupfregelung der Wandlerüberbrückungskupplung. Durch eine solche Adaption werden sich durch Temperatureinflüsse oder über der Lebensdauer der Wandlerüberbrückungskupplung ändernde Reibverhältnisse ausgeglichen. Die Ergebnisse dieser Adaption lassen sich besonders günstig für die Beeinflussung des von der Wandlerüberbrückungskupplung übertragenen Antriebsteilmomentes nutzen, da durch eine solche Anpassung eine besonders genaue Einhaltung des Antriebssollmomentes der Wandlerüberbrückungskupplung möglich ist.
In einer Ausgestaltung erfolgt die Adaption des Ansteuerverhaltens der Wandlerüberbrückungskupplung, wenn während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates keine Störungen auftreten. Störungen werden vorteilhafterweise dann vermieden, wenn das erste und zweite Antriebsaggregat noch nicht oder nicht mehr miteinander gekoppelt sind.
In einer Weiterbildung werden zum Start des zweiten Antriebsaggregates das erste und das zweite Antriebsaggregat über eine Trennkupplung miteinander verbunden, wobei ein von der Trennkupplung übertragenes Drehmoment durch eine Ansteuerung des ersten Antriebsaggregates kompensiert wird. Störungen können somit auch mittels einer solchen Kompensation unterbunden bzw. bewusst klein gehalten werden. Eine Adaption des Ansteuerverhaltens der Wandlerüberbrückungskupplung ist in diesem Fall auch bei gekoppeltem erstem und zweitem Antriebsaggregat möglich.
Vorteilhafterweise werden zum Start des zweiten Antriebsaggregates das erste und das zweite Antriebsaggregat über eine Trennkupplung miteinander verbunden, wobei ein von der Trennkupplung übertragenes Drehmoment unkompensiert bleibt. Somit werden Störungen in der Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates oder eines Pumpenrades des Drehmomentwandlers gezielt zugelassen. Dadurch wird ein Teil der für den Start des zweiten Antriebsaggregates erforderliche Energie aus der energetischen Energie des ersten Antriebsaggregates bzw. eines Pumpenrades des Drehmomentwandlers entnommen. Eine für den Start des zweiten Antriebsaggregates erforderliche Leistungsreserve des ersten Antriebsaggregates kann verkleinert werden.
Vorteilhafterweise wird die Drehzahlregelung des ersten Antriebsaggregates beeinflusst, um gezielte Störungen in der Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates oder des Pumpenrades des Drehmomentwandlers zu erreichen.
In einer Ausgestaltung werden Massenträgheiten des Hybridfahrzeuges durch den zeitlichen Verlauf der Sollwinkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates vorgesteuert oder kompensiert. Dies ist einfach über die Ermittlung einer Sollbeschleunigung zu erreichen.
In einer weiteren Weiterbildung betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welcher das Hybridfahrzeug von einem ersten, sich in Betrieb befindlichen Antriebsaggregat betrieben wird, wobei während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges ein zweites Antriebsaggregat startet oder stoppt und ein von dem ersten Antriebsaggregat erzeugtes Antriebsmoment teilweise über einen Drehmomentwandler und teilweise über eine Wandlerüberbrückungskupplung geführt ist, wobei von der Wandlerüberbrückungskupplung das Antriebsmoment auf ein mechanisches Fahrwerk des Hybridfahrzeuges übertragen wird. Um die Auswirkungen eines Starts oder eines Stopps des zweiten Antriebsaggregates auf das, auf das mechanische Fahrwerk wirkende Antriebsmoment zu unterbinden, sind Mittel vorhanden, welche während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates ein von der Wandlerüberbrückungskupplung zu übertragendes erstes Antriebsteilmoment in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand des Drehmomentwandlers beeinflussen. Dies hat den Vorteil, dass ein hoher Fahrkomfort des Hybridfahrzeuges erreicht wird, indem eine Beeinflussung der Fahrzeuglängsbeschleunigung durch den Start oder Stopp des zweiten Antriebsaggregates unterbunden wird.
In einer Ausgestaltung ist eine Steuereinheit mit einem ersten und einem zweiten Drehzahlgeber verbunden, welche eine Winkelgeschwindigkeit des ersten Antriebsaggregates bzw. eine Winkelgeschwindigkeit eines Turbinenrades des Drehmomentwandlers ermitteln, aus welchen die Steuereinheit ein Antriebsteilmoment des Turbinenrades und ein Antriebsmoment des ersten Antriebsaggregates bestimmt. Diese Parameter sind ausreichend, um die Wandlerüberbrückungskupplung zur Kompensation auftretender Störungen gezielt anzusteuern. Da die Auswirkungen der Störung bei dem Start bzw. dem Stopp des zweiten Antriebsaggregates bekannt sind, kann unter der Voraussetzung, dass das erste Antriebsteilmoment der Wandlerüberbrückungskupplung und das zweite Antriebsteilmoment des Drehmomentenwandlers zusammen einen vorgegebenen Wert ergeben, das erste Antriebsteilmoment der Wandlerüberbrückungskupplung einfach bestimmt werden.
In einer Weiterbildung weist die Steuereinheit einen Regler zur Einstellung des Antriebssollmomentes des ersten Antriebsaggregates auf. Dadurch wird das An triebssollmoment beziehungsweise die Drehzahl des ersten Antriebsaggregates in Abhängigkeit von dem gewünschten Antriebssollmoment vorgesteuert.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebsaggregat eine Trennkupplung angeordnet und das zweite Antriebsaggregat wird gestartet, indem durch Schließen der Trennkupplung das Antriebsdrehmoment von dem ersten Antriebsaggregat zum Teil auf das zweite Antriebsaggregat übertragen wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
1: Prinzipdarstellung eines parallelhybridischen Antriebsstranges nach dem Stand der Technik
2: Darstellung der Abhängigkeit des Turbinenmomentes M_T von der Winkelgeschwindigkeit ω_P bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω_T des Turbinenrades des Drehmomentwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung
3: erfindungsgemäßer Signalverlauf innerhalb des Steuergerätes nach 1
4: schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt ein vereinfachtes Modell eines parallelhybridischen Antriebsstranges, bei welchem ein Elektromotor 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 über eine Trennkupplung 3 miteinander verbunden sind. Der Elektromotor 1 ist dabei auf der Antriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 positioniert. Der Elektromotor 1 treibt über eine Parallelschaltung eines Drehmomentwandlers 5 und einer Wand lerüberbrückungskupplung 6 sowie über ein Automatikgetriebe 7 die Antriebsräder 8, 9 des Hybridfahrzeuges an.
Ein Pumpenrad P des Drehmomentwandlers 5 ist mit dem Eingang der Wandlerüberbrückungskupplung 6 und dem Elektromotor 1 gekoppelt. Das Pumpenrad P und der Elektromotor 1 rotieren mit einer Winkelgeschwindigkeit ω_P, die von dem Drehzahlmesser 10 gemessen und an das Fahrzeugsteuergerät 11 weitergegeben wird, mit welchem der Drehzahlmesser 10 verbunden ist.
Ein Turbinenrad T des Drehmomentenwandlers 5 ist mit dem Ausgang der Wandlerüberbrückungskupplung 6 und der Eingangswelle 12 des Automatikgetriebes 7 verbunden. Hier rotieren das Turbinenrad T, der Ausgang der Wandlerüberbrückungskupplung 6 und die Eingangswelle 12 mit der Winkelgeschwindigkeit ω_T, welche von einem zweiten Drehzahlgeber 13 gemessen wird. Der Drehzahlgeber 13 ist ebenfalls mit dem Fahrzeugsteuergerät 11 verbunden und leitet die gemessene Winkelgeschwindigkeit ω_T an dieses weiter.
An der Eingangswelle 12 des Automatikgetriebes 7 wirkt ein Antriebsmoment M, dass sich aus dem Turbinenmoment M_T des Drehmomentwandlers 5 sowie dem von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 übertragenen Moment M_WK zusammensetzt und an die Antriebsräder 8, 9 weitergeleitet wird. M = MT + MWK. (1)
Beim elektrischen Fahren ist die Trennkupplung 3 geöffnet und das von der Trennkupplung 3 übertragene Moment beträgt M_TK = 0. Ein Start des Verbrennungsmotors 2 aus dem elektrischen Fahren heraus erfolgt durch Schließen der Trennkupplung 3 während der Fahrt, d. h. bei drehendem Elektromotor 1 und zunächst stillstehendem Verbrennungsmotor 2. Es erfolgt ein Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 durch den Elektromotor 1, wobei die gemeinsame Winkelgeschwindigkeit ω_P von Elektromotor 1 und Pumpenrad P des Drehmomentenwandlers 5 einbricht. Beim Hochlaufen des Verbrennungsmotors 2 entsteht ein Überschwingen der Verbrennungsmotordrehzahl infolge der ersten Zündungen, was zu einer temporären Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit ω_P von Elektromotor 1 und Pumpenrad P des Drehmomentwandlers 5 führt. Diese Störungen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P wirken sich auf den restlichen Antriebs strang aus, da das Turbinenmoment M_T des Drehmomentwandlers 5 von den Winkelgeschwindigkeiten ω_P und ω_T des Pumpenrades P und des Turbinenrades T abhängt. Die Fluktuationen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P führen zu Störungen im Turbinenmoment M_T und breiten sich gemäß Gleichung 1 auch auf das Antriebsmoment M aus, welches somit mit der sich ändernden Drehzahl schwankt.
Auch beim Abkoppeln des Verbrennungsmotors 2 bei einem Stopp, welcher insbesondere unter Last stattfindet, z. B. wenn sich der Verbrennungsmotor 2 zum Zeitpunkt der Abkopplung in einer Schubabschaltung befindet, entstehen Störungen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P.
In 2 ist qualitativ die Abhängigkeit des Turbinenmomentes M_T von der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 und des Pumpenrades P des Drehmomentwandlers 5 bei konstant. gehaltener Winkelgeschwindigkeit ω_T des Turbinenrades T des Drehmomentwandlers 5 dargestellt. Darüber ist der erfindungsgemäße Verlauf des von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 übertragenen Momentes M_WK eingetragen, so dass beide zusammen ein vorgegebenes Antriebssollmoment M_Soll ergeben. Das Antriebssollmoment M_Soll wird dabei normalerweise von Fahrer über ein Fahrpedal eingestellt. Es kann aber auch von einem Fahrerassistenzsystem, einem Automatikgetriebe oder einem Fahrdynamiksystem vorgegeben werden. Begrenzungen aufgrund von Defekten oder Notläufen von Aggregaten sind ebenfalls möglich.
Im allgemeinen Fall kann sich das Antriebssollmoment M_Soll während des Starts oder Stopps des Verbrennungsmotors 2 ändern. Auch die Winkelgeschwindigkeit ω_T des Turbinenrades T des Drehmomentwandlers 5 kann sich ändern, z. B. infolge einer Fahrzeuglängsbeschleunigung oder eines Schaltvorganges im Automatikgetriebe 7.
Ein positives Antriebssollmoment M_Soll wird eingehalten, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω_P größer ist als die Winkelgeschwindigkeit ω_T, da unter dieser Voraussetzung die Wandlerüberbrückungskupplung 6 im Schlupf ein positives Moment M_WK überträgt. Darüber hinaus muss die Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 bzw. des Pumpenrades P des Drehmomentwandlers 5 kleiner sein als eine maximale Winkelgeschwindigkeit ω_Pmax. Bei ω_P = ω_Pmax überträgt der Drehmomentwandler 5 das Antriebssollmoment M_Soll allein und die Wandlerüberbrückungskupplung 6 ist vollständig geöffnet, wobei das von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 übertragene Moment M_WK = 0 Nm beträgt.
Die Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll wird vorteilhaft in die Mitte zwischen ω_T und ω_Pmax gelegt. Dadurch kann die Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 bzw. des Pumpenrades P des Drehmomentwandlers 5 infolge von Störungen in beide Richtungen von der Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll abweichen, ohne dass sich eine Auswirkung auf den Antriebsstrang und somit den Fahrkomfort ergibt.
2 gibt die Verhältnisse bei einem positiven Antriebssollmoment M_Soll wieder. Bei einem negativen Antriebssollmoment M_Soll lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ebenfalls einsetzen. Für diesen Fall gilt ω_PSoll < ω_T
Im Falle eines negativen Antriebsmomentes M_Soll ergibt sich eine minimale Winkelgeschwindigkeit ω_Pmin. Bei ω_P = ω_Pmin überträgt der Drehmomentwandler 5 das negative Antriebssollmoment M_Soll allein. Die Wandlerüberbrückungskupplung 6 ist vollständig geöffnet. Das negative Antriebssollmoment M_Soll kann durch Beeinflussung der Wandlerüberbrückungskupplung 6 eingestellt werden, solange die Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 und des Pumpenrades P des Drehmomentwandlers 5 so gewählt wird, dass gilt: ωPmin ≤ ωP < ωT
In 3 ist schematisch der Signalverlauf dargestellt, wie er im Fahrzeugsteuergerät 11 der 1 abläuft. Die von den Drehzahlsensoren 10 und 13 gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ω_P und ω_T werden in einem Wandlermodell 14 zu einem abgeschätzten Pumpenmoment M*_P und einem abgeschätzten Turbinenmoment M*_T umgerechnet. Das Wandlermodell kann auf Kennlinien basieren, aber auch dynamische Effekte mit berücksichtigen. Das abgeschätzte Turbinenmoment M*_T wird im Punkt 15 von dem, vom Fahrer vorgegebenen Antriebssollmoment M_Soll abgezogen. Der sich ergebende Kompensationswert M_WKkomp wird als Eingangswert auf einen Umschalter 16 geleitet, an welchen außerdem ein positiver Wert als Eingangswert anliegt. Den Ausgangswert bildet das Sollmoment M_WKSoll der Wandlerüberbrückungskupplung 6.
Die von dem Drehzahlsensor 10 gelieferte Winkelgeschwindigkeit ω_P wird in einem Knotenpunkt 17 von der Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll abgezogen, wobei die Differenz auf einen Regler 18 geführt wird, welcher daraus das Reglerausgangsmoment M_R bildet. In einem Knotenpunkt 19 wird das Reglerausgangsmoment M_R mit einem Vorsteuerwert addiert, welcher ebenfalls durch Addition aus dem geschätzten Pumpenmoment M*_P und dem Kompensationsmoment M_WKkomp der Wandlerüberbrückungskupplung ermittelt wird. Die Addition des Reglerausgangsmomentes M_R mit dem Vorsteuerwert ergibt das Sollmoment M_EMSoll für den Elektromotor 1.
Im Weiteren soll anhand von 4 der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens im Falle eines positiven Antriebssollmomentes M_Soll erläutert werden. Im Block 100 fährt das Hybridfahrzeug rein elektrisch. In diesem Fall ist die Wandlerüberbrückungskupplung 6 vollständig geschlossen, was dadurch erreicht wird, das ein hoher positiver Wert an dem Umschalter 16 als Sollwert M_WKSoll für das von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 übertragene Moment M_WK eingestellt wird.
Der Regler 18 ist deaktiviert und für das Reglerausgangsmoment gilt M_R = 0 Nm. Da bei geschlossener Wandlerüberbrückungskupplung 6 die Winkelgeschwindigkeiten ω_P und ω_T gleich sind, sind die abgeschätzten Momente M*_P = M*_T = 0 Nm. Das Antriebssollmoment M_Soll wirkt über das Kompensationsmoment M_WKkomp auf das Solldrehmoment M_EMSoll für den Elektromotor 1 und es gilt M_EMSoll = M_Soll.
Im Block 110 erfolgt der Übergang der Wandlerüberbrückungskupplung 6 vom geschlossenen in den schlupfenden Zustand. Zu Beginn des Übergangs wird der Sollwert M_WKSoll am Umschalter 16 auf das Kompensationsmoment M_WKkomp umgeschaltet, woraus sich ergibt, dass M_WKSoll = M_WKkomp ist. Der Regler 18 wird aktiviert. Im ersten Moment des Übergangs liegt eine Gleichheit der Winkelgeschwindigkeiten ω_P = ω_T vor. Die abgeschätzten Momente sind daher M*_P = M*_T = 0 Nm. Die Wandlerüberbrückungskupplung 6 gelangt wegen M_WKSoll = M_Soll an die Schlupfgrenze. Die Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll beginnt bei ω_PSoll = ω_P = ω_T und bewegt sich dann sprungfrei in positive Richtung von ω_T weg. Das Reglerausgangsmoment M_R beginnt im ersten Moment des Überganges bei M_R = 0 Nm.
Zunächst überträgt die Wandlerüberbrückungskupplung 6 allein das Antriebssollmoment M_Soll, im weiteren Verlauf folgt die Winkelgeschwindigkeit ω_P des Pumpenrades der steigenden Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll. Die Wandlerüberbrückungskupplung 6 gelangt verstärkt in den Schlupf und der Drehmomentwandler 5 überträgt zunehmend mehr Moment, verbunden mit einer Zunahme des geschätzten Turbinenmomentes M*_T und einer Abnahme des Sollwertes M_KWSoll für das von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 übertragene Moment M_WK. Die steigende Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll erfordert ein zusätzliches Drehmoment zur Beschleunigung der Massenträgheiten des Pumpenrades P und des Elektromotors 1. Dieses wird vom Regler 18 aufgebracht. Eine Vorsteuerung anhand des zeitlichen Verlaufes von der Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll ist ebenfalls möglich. In beiden Fällen ergibt sich keinerlei Rückwirkung der Beschleunigung auf das Antriebsmoment M.
Da in dieser Phase keine Störungen auftreten, ist eine Adaption des Ansteuerverhaltens der Wandlerüberbrückungskupplung 6 (d. h. des Übertragungsverhaltens vom Sollwert M_WKSoll auf das aktuelle Moment M_WK) möglich, was beispielsweise durch eine Auswertung des Reglerausgangsmomentes M_R erreicht wird.
Eine Adaption des Wandlermodells 14, d. h. eine Anpassung des Wandlermodells 14 um die abgeschätzten Größen besser an die realen Größen anzupassen, kann in dieser Phase ebenfalls erfolgen.
Der Start des Verbrennungsmotors 2 erfolgt im Block 120. Dies erfolgt durch Schließen der Trennkupplung 3, wenn die Winkelgeschwindigkeit ω_P des Pumpenrades P des Drehmomentenwandlers 5 bzw. die Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll ausreichend weit über der Winkelgeschwindigkeit ω_T des Turbinenrades T des Drehmomentwandlers 5 liegt. Störungen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Pumpenrades P haben bei idealen Verhältnissen keinerlei Auswirkungen auf das Antriebsmoment M, solange ω_T < ω_P ≤ ω_Pmax gilt. Das Antriebsmoment M setzt sich aus dem Turbinenmoment M_T des Drehmomentwandlers 5 sowie dem von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 übertragenen Moment M_WK Zusammen und wird an die Antriebsräder 8, 9 weitergeleitet. Dies führt zu einem auf das Fahrzeug rückwirkungsfreien Startvorgang.
Im Block 130 geht die Wandlerüberbrückungskupplung 6 wieder in den geschlossenen Zustand über. Dies erfolgt, wenn nach dem Start des Verbrennungsmotors 1 stabile und reproduzierbare Verbrennungen vorliegen. Die Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll wird an die Winkelgeschwindigkeit ω_T des Turbinenrades T des Drehmomentwandlers 5 herangeführt, wodurch die Wandlerüberbrückungskupplung das Antriebssollmoment M_Soll übernimmt. Anschließend wird der Regler 18 deaktiviert und die Wandlerüberbrückungskupplung 6 geschlossen.
Um Störungen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 klein zu halten, kann das zum Start des Verbrennungsmotors 2 erforderliche Drehmoment durch eine geeignete Ansteuerung des Elektromotors 1 kompensiert beziehungsweise vorgesteuert werden. Das zum Start des Verbrennungsmotors 2 erforderliche Drehmoment wird bei leistungsverzweigten Hybridantrieben meist über ein Planetengetriebe eingeleitet. Im Ausführungsbeispiel entspricht das zum Start des Verbrennungsmotors 2 erforderliche Drehmoment dem von der Trennkupplung 3 übertragenen Moment M_TK.
Alternativ dazu können Störungen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 gezielt zugelassen werden. Bei einem Einbruch der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 während des Starts des Verbrennungsmotors 2 wird kinetische Energie frei, die für den Start des Verbrennungsmotors 2 genutzt werden kann. Der Elektromotor 1 benötigt in diesem Fall eine geringere Leistungsreserve für den Start des Verbrennungsmotors 2.
Störungen in der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 ergeben sich, wenn das zum Start des Verbrennungsmotors 2 erforderliche Drehmoment nicht oder nur zum Teil vom Elektromotor 1 kompensiert wird. Daneben kann die Wirkung des Reglers 18, zum Beispiel durch Veränderung der Reglerparameter zurück genommen werden, solange die Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 in einem Teilbereich zwischen ω_T und ω_Pmax liegt. Damit lässt sich ein verstärkter Einbruch der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 während des Starts des Verbrennungsmotors 2 erzielen, wodurch mehr kinetische Energie frei wird.
Der Regler 18 soll ein Absinken der Winkelgeschwindigkeit ω_P des Elektromotors 1 unter ω_T und eine Erhöhung über ω_Pmax vermeiden. Um dies sicherzustellen, ist die Wirkung des Reglers 18 bei Bedarf zu verstärken.
Ein Start aus dem schlupfenden oder geöffneten Zustand der Wandlerüberbrückungskupplung 6 heraus oder eine Beendigung des Startablaufes ohne Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung 6 sind ebenfalls möglich. Dabei sind durch geeignete Vorgaben der Sollwerte wie zum Beispiel der Sollwinkelgeschwindigkeit ω_PSoll beim Aktivieren und Deaktivieren des Reglers 18 sprungfreie Übergänge sicher zu stellen.
Die Summe des abgeschätzten Pumpenmoments M*_P und des von der schlupfenden Wandlerüberbrückungskupplung 6 zu übertragenden Moments M_WKSoll wird von dem Elektromotor 1 und beim hybridischen Fahren zusätzlich vom Verbrennungsmotor 2 aufgebracht. Durch Auswertung der Momente M*_P und M_WKSoll kann eine Fehlfunktion des Elektromotors 1 oder des Verbrennungsmotors 2 detektiert werden.
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 102006018057 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welchem das Hybridfahrzeug von einem ersten, sich in Betrieb befindlichen Antriebsaggregat (1) betrieben wird, wobei während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges ein zweites Antriebsaggregat (2) gestartet oder gestoppt wird und ein von dem ersten Antriebsaggregat (1) erzeugtes Antriebsmoment (M_EM) teilweise über einen Drehmomentwandler (5) und teilweise über eine Wandlerüberbrückungskupplung (6) geführt wird, wobei von der Wandlerüberbrückungskupplung (6) das Antriebsmoment auf ein mechanisches Fahrwerk des Hybridfahrzeuges übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates (2) ein von der Wandlerüberbrückungskupplung 6 zu übertragendes erstes Antriebsteilmoment (M_WK) in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand des Drehmomentwandlers (5) beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während eines schlupfenden Zustandes der Wandlerüberbrückungskupplung (6) das von dieser übertragene, aktuelle erste Antriebsteilmoment (M_WK) und ein von dem Drehmomentwandler (5) übertragenes Moment (M_T) als zweites Antriebsteilmoment zusammen einem Antriebsollmoment (M_Soll) entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebssollmoment (M_Soll) durch die Vorgabe eines Fahrers des Hybridfahrzeuges, durch ein Fahrerassistenzsystem, ein automatisiertes Getriebe und/oder ein Fahrdynamiksystem bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dynamische Einflüsse des Drehmomentwandlers (5) und/oder der Wandlerüberbrückungskupplung (6) bei der Beeinflussung der Wandlerüberbrückungskupplung (6) durch den Drehmomentwandler (5) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass das erste Antriebsaggregat (1) zur Beeinflussung eines schlupfenden Zustandes der Wandlerüberbrückungkupplung (6) drehzahlgeregelt betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlregelung mit dem von der Wandlerüberbrückungkupplung (6) übertragenen Antriebsteilmoment (M_WK) und/oder einem Moment (M*_P) des Drehmomentwandlers (5) vorgesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass eine Sollwinkelgeschwindigkeit (ω_PSoll) für die Drehzahlregelung des ersten Antriebsaggregats (1) zur Einstellung des Antriebssollmomentes (M_Soll) unabhängig von der aktuellen Winkelgeschwindigkeit (ω_P) des ersten Antriebsaggregates (1) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sollwinkelgeschwindigkeit (ω_PSoll) des ersten Antriebsaggregates (1) beim Übergang der Wandlerüberbrückungskupplung (6) von einem geschlossenen Zustand in den schlupfenden Zustand kontinuierlich von einer Winkelgeschwindigkeit (ω_T) des Turbinenrades (T) des Drehmomentwandlers (5) weg bewegt oder sich beim Übergang der Wandlerüberbrückungkupplung (6) vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand kontinuierlich zu der Winkelgeschwindigkeit (ω_T) des Turbinenrades (T) des Drehmomentwandlers (5) hin bewegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Adaption eines Ansteuerverhaltens der Wandlerüberbrückungkupplung (6) während der Schlupfregelung der Wandlerüberbrückungskupplung (6) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption des Ansteuerverhaltens der Wandlerüberbrückungskupplung (6) erfolgt, wenn während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates (2) keine Störungen auftreten.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zum Start des zweiten Antriebsaggregates (2) das erste (1) und das zweite Antriebsaggregat (2) über eine Trennkupplung (3) miteinander verbunden werden, wobei ein von der Trennkupplung (3) übertragenes Drehmoment (M_TK) durch eine Ansteuerung des ersten Antriebsaggregates (1) kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zum Start des zweiten Antriebsaggregates (2) das erste (1) und das zweite Antriebsaggregat (2) über eine Trennkupplung (3) miteinander verbunden werden, wobei ein von der Trennkupplung (3) übertragenes Drehmoment (M_TK) unkompensiert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Massenträgheiten des Hybridfahrzeuges durch den zeitlichen Verlauf der Sollwinkelgeschwindigkeit (ω_PSoll) des ersten Antriebsaggregates (1) vorgesteuert oder kompensiert werden.
Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, bei welcher das Hybridfahrzeug von einem ersten sich in Betrieb befindlichen Antriebsaggregates (1) betrieben wird, wobei während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges ein zweites Antriebsaggregat (2) startet oder stoppt und ein von dem ersten Antriebsaggregat (1) erzeugtes Antriebsmoment (M_EM) teilweise über einen Drehmomentwandler (5) und teilweise über eine Wandlerüberbrückungskupplung (6) geführt ist, wobei die Wandlerüberbrückungskupplung (6) das Antriebsmoment auf ein mechanisches Fahrwerk (8, 9) des Hybridfahrzeuges überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (10, 11, 13) vorhanden sind, welche während des Starts oder des Stopps des zweiten Antriebsaggregates (2) ein von der Wandlerüberbrückungskupplung (6) zu übertragendes erstes Antriebsteilmoment (M_WK) in Abhängigkeit von dem aktuellen Zustand des Drehmomentwandlers (5) beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (11) mit einem ersten (10) und einem zweiten Drehzahlgeber (13) verbunden ist, welche eine Winkelgeschwindigkeit (ω_P) des ersten Antriebsaggregates (1) bzw. eine Winkelgeschwindigkeit (ω_T) eines Turbinenrades (T) des Drehmomentwandlers (5) ermitteln, aus welchen die Steuereinheit (11) ein Antriebsteilmoment (M*_T) des Turbinenrades (T) und ein Antriebssollmoment (M_EMSoll) des ersten Antriebsaggregates (1) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (11) einen Regler (18) zur Einstellung des Antriebssollmomentes (M_EMSoll) des ersten Antriebsaggregates (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten (1) und dem zweiten Antriebsaggregat (2) eine Trennkupplung (3) angeordnet ist und das zweite Antriebsaggregat (2) gestartet wird, indem durch Schließen der Trennkupplung (3) das Antriebsdrehmoment (M_EM) von dem ersten Antriebsaggregat (1) zum Teil auf das zweite Antriebsaggregat (2) übertragen wird.