DE102011075512A1 - Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (VM) mit einer Triebwelle (2), ein automatisiertes Stufenschaltgetriebe (G) mit mindestens einer Eingangswelle (GE) und eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem Rotor (3) aufweist, der über eine automatisierte Trennkupplung (K1) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbar ist sowie mit der Eingangswelle (GE) des Stufenschaltgetriebes (G) in Verbindung steht, wobei der Verbrennungsmotor (VM) während eines Elektrofahrbetriebs nach einer Anforderung zum Übergang in den Verbrennungs- oder Hybridfahrbetrieb zeitlich nah zu einer bevorstehenden Schaltung des Stufenschaltgetriebes (G) zugeschaltet wird. Um die zeitlichen Rahmenbedingungen bei der Zuschaltung des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS), der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0), und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) bestimmt werden, und dass in Abhängigkeit von diesen Zeiträumen (ΔtVM_ZS, ΔtS_0, ΔtEF_max) entschieden wird, ob die Zuschaltung des Verbrennungsmotors (VM) vor, während oder nach der vorgesehenen Schaltung erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, ein automatisiertes Stufenschaltgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle, und eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor aufweist, der über eine automatisierte Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist sowie mit der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes in Verbindung steht, wobei der Verbrennungsmotor während eines Elektrofahrbetriebs nach einer Anforderung zum Übergang in den Verbrennungs- oder Hybridfahrbetrieb zeitlich nah zu einer bevorstehenden Schaltung des Stufenschaltgetriebes zugeschaltet wird.
  • Ein parallel-wirksamer Hybridantriebsstrang der vorbezeichneten Art ist allgemein bekannt. Ein derartiger Hybridantriebsstrang weist den Vorteil auf, dass das betreffende Kraftfahrzeug wahlweise im reinen Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem oder im Leerlauf befindlichen Verbrennungsmotor, im reinen Verbrennungsfahrbetrieb mit kraftlos geschalteter Elektromaschine oder im Hybridfahrbetrieb mit kombiniertem Antrieb durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine gefahren werden kann. Im Verbrennungsfahrbetrieb kann die Elektromaschine bedarfsweise als Generator betrieben und der dabei erzeugte Strom zur Versorgung eines elektrischen Bordnetzes und/oder zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers verwendet werden. Generell kann die Elektromaschine auch beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs als Generator betrieben und die dabei zurückgewonnene Bewegungsenergie in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert werden.
  • Das Stufenschaltgetriebe kann als ein automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet sein, das eine einzige Eingangswelle aufweist und mit Zugkraftunterbrechung schaltbar ist. Die Eingangswelle des Schaltgetriebes kann unmittelbar oder über eine automatisierte Schaltkupplung mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden bzw. verbindbar sein. Das Stufenschaltgetriebe kann jedoch auch als ein Lastschaltgetriebe in der Bauart eines Planeten-Automatgetriebes mit einer einzigen Eingangswelle oder in der Bauart eines Doppelkupplungsgetriebes mit zwei Eingangswellen ausgebildet sein. Die Eingangswelle eines Planeten-Automatgetriebes kann unmittelbar oder über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit dem Rotor der Elektromaschine in Verbindung stehen. Dagegen sind die beiden Eingangswellen eines Doppelkupplungsgetriebes über jeweils eine zugeordnete Schaltkupplung mit dem Rotor der Elektromaschine verbindbar.
  • Wenn bei einem derartigen Hybridantriebsstrang während eines Elektrofahrbetriebs eine erhöhte Leistungsanforderung auftritt, die von der Elektromaschine alleine nicht mehr erfüllt werden kann, oder wenn bei unveränderter Leistungsanforderung der Ladezustand des zugeordneten elektrischen Energiespeichers einen kritischen Grenzwert erreicht oder unterschritten hat, muss gehandelt werden. Dabei wird der Verbrennungsmotor zugeschaltet, d. h. bedarfsweise gestartet, auf die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes beschleunigt, und durch das Schließen der Trennkupplung an den Hybridantriebsstrang angekoppelt. Dadurch kann das Kraftfahrzeug nachfolgend im Verbrennungsfahrbetrieb alleine durch den Verbrennungsmotor oder im Hybridfahrbetrieb gemeinsam durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine angetrieben werden. Im Fahrpedalbetrieb kann eine erhöhte Leistungsabgabe der Antriebsaggregate mit einem stärkeren Durchtreten des Fahrpedals durch den Fahrer angefordert werden, z. B. um das Kraftfahrzeug zur Durchführung eines Überholvorgangs zu beschleunigen. Im Betrieb einer Geschwindigkeitsregelanlage kann eine erhöhte Leistungsabgabe der Antriebsaggregate beispielsweise bei einer Einfahrt in eine Steigungsstrecke durch die Geschwindigkeitsregelanlage angefordert werden, um die vorgegebene Sollgeschwindigkeit beizubehalten.
  • Wenn die Anforderung zum Zuschalten des Verbrennungsmotors, wie es vorliegend vorgesehen ist, zeitlich nah zu einer bevorstehenden Schaltung des Stufenschaltgetriebes erfolgt, wobei es sich bei der Schaltung sowohl um eine Hochschaltung als auch um eine Rückschaltung handeln kann, muss entschieden werden, ob der Verbrennungsmotor vor, während oder nach der Ausführung der Schaltung zugeschaltet werden soll.
  • In einem aus der EP 1 762 417 A1 bekannten Verfahren zur Steuerung eines entsprechenden Hybridantriebsstrangs mit einem als Planeten-Automatgetriebe ausgebildeten Stufenschaltgetriebe ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor unmittelbar vor einer vorgesehenen Schaltung des Stufenschaltgetriebes in einem Schleppstart gestartet und anschließend angekoppelt wird, wenn es sich um eine Rückschaltung handelt. Sofern es sich um eine Hochschaltung handelt, wird der Verbrennungsmotor unmittelbar nach einer vorgesehenen Schaltung des Stufenschaltgetriebes in einem Schleppstart gestartet und anschließend angekoppelt. Hierdurch wird die beim Schleppstart des Verbrennungsmotors an der Trennkupplung zu überbrückende Drehzahldifferenz minimiert, wodurch die thermische Belastung und der mechanische Verschleiß der Trennkupplung reduziert werden sollen. Zudem wird dadurch auch die Drehzahl der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes, auf die der Verbrennungsmotor vor dem Ankoppeln beschleunigt werden muss, niedrig gehalten, wodurch die Lärmentwicklung und der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors vermindert werden.
  • In der DE 10 2007 045 366 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines entsprechenden Hybridantriebsstrangs mit einem Stufenschaltgetriebe beschrieben, dessen Eingangswelle unmittelbar, über eine Schaltkupplung, oder über einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit dem Rotor der Elektromaschine verbunden bzw. verbindbar ist. Bei diesem bekannten Verfahren ist vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor unmittelbar nach bzw. am Ende einer Schaltung des Stufenschaltgetriebes während des Lastaufbaus der Schaltung in einem Schleppstart durch das Schließen der Trennkupplung mittels der Elektromaschine gestartet wird. Dabei wird die Trennkupplung vor dem Erreichen der Synchrondrehzahl zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine wieder vollständig geöffnet und der Verbrennungsmotor durch das vollständige Schließen der Trennkupplung erst dann angekoppelt, wenn dieser nach dem Einschalten der Zündung und/oder der Einspritzung von Kraftstoff in etwa auf die Drehzahl der Elektromaschine bzw. der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes beschleunigt wurde.
  • Bei den bekannten Steuerungsverfahren wird jedoch nicht berücksichtigt, wie lange der Vorgang des Startens und Ankoppelns des Verbrennungsmotors dauert, wann der vorgesehene Schaltvorgang beginnt, und wie lange eine Fortsetzung des Elektrofahrbetriebs noch möglich ist. Demzufolge sind diese Steuerungsverfahren nur unter bestimmten Voraussetzungen bzw. nur mit gewissen Einschränkungen anwendbar.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art vorzustellen, bei dem die genannten zeitlichen Rahmenbedingungen bei der Zuschaltung des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden.
  • Diese Aufgabe ist in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors, der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn, und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs bestimmt werden, und dass in Abhängigkeit von diesen Zeiträumen entschieden wird, ob die Zuschaltung des Verbrennungsmotors vor, während oder nach der vorgesehenen Schaltung erfolgt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, ein automatisiertes Stufenschaltgetriebe mit mindestens einer Eingangswelle und eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine mit einem Rotor aufweist. Der Rotor der Elektromaschine ist über eine automatisierte Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbar und steht unmittelbar oder über eine Schaltkupplung mit der Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes in Verbindung.
  • Wenn während eines Elektrofahrbetriebs mit abgestelltem oder im Leerlauf betriebenen Verbrennungsmotor und demzufolge geöffneter Trennkupplung in zeitlicher Nähe zu einer bevorstehenden Schaltung des Stufenschaltgetriebes eine Anforderung zum Übergang in den Verbrennungsbetrieb oder Hybridfahrbetrieb auftritt, muss entschieden werden, ob der Verbrennungsmotor vor, während oder nach der vorgesehenen Schaltung zugeschaltet wird. Erfindungsgemäß wird diese Entscheidung in Abhängigkeit von der Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors, dem Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn und der möglichen Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs getroffen, die zuvor bestimmt werden.
  • Im Gegensatz zu den bekannten Steuerungsverfahren erfolgt die Zuschaltung des Verbrennungsmotors somit nicht alleine in Abhängigkeit von der Schaltungsart (Hochschaltung oder Rückschaltung) sondern auch in Abhängigkeit von den relevanten Zeitabläufe und deren Relation zueinander.
  • Zur Erzielung eines möglichst komfortablen Ablaufs der Zuschaltung des Verbrennungsmotors ist im Fall einer bevorstehenden Hochschaltung vorgesehen, dass diese vor der Schaltung erfolgt, sofern die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max jeweils kleiner ist als der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 (ΔtVM_ZS < ΔtS_0; ΔtEF_max < ΔtS_0), und dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors während oder nach der Schaltung erfolgt, sofern die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS oder die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max größer oder gleich dem Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 ist (ΔtVM_ZS ≥ ΔtS_0; ΔtEF_max ≥ ΔtS_0). Die Zuschaltung des Verbrennungsmotors erfolgt somit bevorzugt während der zugkraftfreien oder zugkraftabgesenkten Phase oder während der Lastaufbauphase der Hochschaltung, was auch mit einer niedrigen Eingangswellendrehzahl verbunden ist, auf die der Verbrennungsmotor beschleunigt werden muss. Nur wenn dies, z. B. aufgrund eines tief entladenen elektrischen Energiespeichers, nicht möglich ist, und dies ohne Verzögerung der Hochschaltung möglich ist, wird der Verbrennungsmotor vor der Hochschaltung zugeschaltet.
  • Im Fall einer bevorstehenden Rückschaltung ist dagegen vorgesehen, dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors vor der Schaltung erfolgt, sofern die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS oder die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max kleiner als der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 ist (ΔtVM_ZS < ΔtS_0 oder ΔtEF_max < ΔtS_0), und dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors während oder nach der Schaltung erfolgt, wenn die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max jeweils größer oder gleich dem Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 ist (ΔtVM_ZS ≥ ΔtS_0 und ΔtEF_max ≥ ΔtS_0). In diesem Fall steht der Vorteil einer niedrigeren Eingangswellendrehzahl bei einer Zuschaltung des Verbrennungsmotors vor der Rückschaltung dem Vorteil eines ruckfreieren Ablaufs bei einer Zuschaltung des Verbrennungsmotors während oder unmittelbar nach der Rückschaltung gegenüber.
  • Wenn der Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt der Zuschaltungsanforderung bei geöffneter Trennkupplung abgestellt ist (nVM = 0), wird die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS als Summe der Startdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_St, welche das Anschleppen des Verbrennungsmotors auf eine Mindeststartdrehzahl nVM_St und den verbrennungsmotorischen Start des Verbrennungsmotors umfasst, und der Ankoppeldauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_AK, welche die Beschleunigung des Verbrennungsmotors auf die Eingangswellendrehzahl nGE des Stufenschaltgetriebes und das Schließen der Trennkupplung umfasst, bestimmt (ΔtVM_ZS = ΔtVM_St + ΔtVM_AK).
  • Wenn der Verbrennungsmotor zum Zeitpunkt der Zuschaltungsanforderung bei geöffneter Trennkupplung jedoch schon im Leerlauf betrieben wird (nVM = nidle), wird die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS dagegen als die Ankoppeldauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_AK bestimmt (ΔtVM_ZS = ΔtVM_AK), welche die Beschleunigung des Verbrennungsmotors auf die Eingangswellendrehzahl nGE des Stufenschaltgetriebes und das Schließen der Trennkupplung umfasst.
  • Der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 kann aus der aktuellen Eingangswellendrehzahl nGE_0 des Stufenschaltgetriebes, der Schaltdrehzahl nGE_S des Stufenschaltgetriebes, und dem aktuellen Drehzahlgradienten (dnGE/dt)0 der Getriebeeingangswelle nach der Gleichung ΔtS_0 = (nGE_S – nGE_0)/(dnGE/dt)0 bestimmt werden.
  • Die Schaltdrehzahl nGE_S des Stufenschaltgetriebes wird bevorzugt anhand einer für den Verbrennungsbetrieb oder Hybridfahrbetrieb gültigen Schaltkennlinie bestimmt, da eine für den Elektrofahrbetrieb gültige Schaltkennlinie zu einer für den Verbrennungsmotor ungünstigen Schaltung führen kann. Aufgrund unterschiedlicher Drehmoment-Drehzahl-Charakteristiken einer Elektromaschine und eines Verbrennungsmotors werden für einen Elektrofahrbetrieb und für einen Verbrennungsbetrieb bzw. Hybridfahrbetrieb üblicherweise unterschiedliche Schaltkennlinien verwendet.
  • Die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max wird bevorzugt aus dem Ladezustand eines der Elektromaschine zugeordneten elektrischen Energiespeichers, der aktuellen Leistungsanforderung des Fahrers oder einer Geschwindigkeitsregelanlage und der zu erwartenden thermischen Belastung der Elektromaschine durch den fortgesetzten Elektrofahrbetrieb bestimmt.
  • Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
  • 1 Drehzahlverläufe einer Getriebeeingangswelle und eines Verbrennungsmotors (1a), Drehmomentverläufe einer Elektromaschine und des Verbrennungsmotors (1b) sowie Zustandsverläufe einer Trennkupplung und einer Schaltkupplung (1c) eines parallel-wirksamen Hybridantriebsstrangs gemäß 3 während eines ersten erfindungsgemäßen Steuerungsablaufs zum Zuschalten des Verbrennungsmotors,
  • 2 Drehzahlverläufe der Getriebeeingangswelle und des Verbrennungsmotors (2a), Drehmomentverläufe der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors (2b) sowie Zustandsverläufe der Trennkupplung und der Schaltkupplung (2c) des parallelwirksamen Hybridantriebsstrangs gemäß 3 während eines zweiten erfindungsgemäßen Steuerungsablaufs zum Zuschalten des Verbrennungsmotors, und
  • 3 eine schematische Ansicht eines parallel-wirksamen Hybridantriebsstrangs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens nach 1 und 2.
  • In 3 ist in schematischer Form ein parallel-wirksamer Hybridantriebsstrang 1 abgebildet, bei dem das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren beispielhaft anwendbar ist, das nachfolgend beschrieben wird. Der Hybridantriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor VM mit einer Triebwelle 2, eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine EM mit einem Rotor 3 und einer Rotorwelle 4, und ein Stufenschaltgetriebe G mit einer Eingangswelle GE. Das Stufenschaltgetriebe G ist vorliegend beispielhaft als ein mit Zugkraftunterbrechung schaltbares automatisiertes Schaltgetriebe ausgebildet. Der Rotor 3 der Elektromaschine EM ist eingangsseitig über eine automatisierte Trennkupplung K1 mit der Triebwelle 2 des Verbrennungsmotors VM verbindbar und von dieser trennbar, so dass der Verbrennungsmotor VM bedarfsweise durch die Elektromaschine EM gestartet, an diese angekoppelt und von dieser abgekoppelt werden kann. Ausgangsseitig steht der Rotor 3 bzw. die Rotorwelle 4 der Elektromaschine EM über eine automatisierte Schaltkupplung K2 mit der Eingangswelle GE des Stufenschaltgetriebes G in Verbindung. Ausgangsseitig weist das Stufenschaltgetriebe G eine Ausgangswelle 5 auf, die über ein Achsdifferenzial 6 mit den Antriebsrädern 7a, 7b einer Antriebsachse des betreffenden Kraftfahrzeugs in Triebverbindung steht.
  • Wird ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Hybridantriebsstrang 1 im reinen Elektrofahrbetrieb, d. h. mit abgeschalteten Verbrennungsmotor VM und geöffneter Trennkupplung K1, gefahren, so kann es aufgrund einer erhöhten Leistungsanforderung des Fahrers bzw. einer Geschwindigkeitsregelanlage oder aufgrund eines niedrigen Ladezustands des zugeordneten elektrischen Energiespeichers erforderlich sein, den Verbrennungsmotor VM zuzuschalten, d. h. zu starten und durch Schließen der Trennkupplung K1 an den Antriebstrang anzukoppeln. Wenn diese Anforderung zum Zuschalten des Verbrennungsmotors VM in zeitlicher Nähe zu einer bevorstehenden Schaltung des Stufenschaltgetriebes G auftritt, muss allerdings entschieden werden, ob der Verbrennungsmotor VM vor, während oder nach der vorgesehenen Schaltung antriebsbezogen an den Antriebstrang angekoppelt wird.
  • Nachfolgend wird nun anhand der in 1a abgebildeten Drehzahlverläufe nGE(t) der Eingangswelle GE des Stufenschaltgetriebes G und nVM(t) des Verbrennungsmotors VM, der in 1b abgebildeten Drehmomentverläufe MEM(t), MVM(t) der Elektromaschine EM und des Verbrennungsmotors VM, sowie der in 1c abgebildeten, den jeweiligen Schließgrad wiedergebenden Zustandsverläufe xK1(t), xK2(t) der Trennkupplung K1 und der Schaltkupplung K2 erläutert, wie ausgehend von einem Elektrofahrbetrieb der Verbrennungsmotor VM aufgrund einer ersten Entscheidung in zeitlicher Nähe zu einer Hochschaltung des Stufenschaltgetriebes G in einem Schleppstart gestartet und nachfolgend angekoppelt wird.
  • Nach dem Auftreten der Anforderung zum Zuschalten des Verbrennungsmotors VM zum Zeitpunkt t0 werden zunächst die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS, der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 der vorgesehenen Hochschaltung, und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max bestimmt. Da die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max größer als der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 ist (ΔtEF_max > ΔtS_0), wird entschieden, dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors VM während der Lastaufbauphase, d. h. am Ende der Hochschaltung stattfindet.
  • Demzufolge erfolgt ab dem Erreichen der Schaltdrehzahl nGE_S zum Zeitpunkt t1 zunächst die Hochschaltung, wobei die Lastfreiheit der Eingangswelle GE durch die Reduzierung des von der Elektromaschine EM abgegebenen Drehmomentes MEM auf Null erreicht wird. Die Schaltkupplung K2 kann daher während der Hochschaltung geschlossen bleiben. Während der Lastaufbauphase, d. h. nach der eigentlichen Hochschaltung ab dem Zeitpunkt t2, wird der Verbrennungsmotor VM durch das teilweise Schließen der Trennkupplung K1 und die gleichzeitige Erhöhung des von der Elektromaschine EM abgegebenen Drehmomentes MEM zunächst bis auf die Mindeststartdrehzahl nVM_St beschleunigt und daraufhin etwa zum Zeitpunkt t3 verbrennungsmotorisch gestartet. Danach wird der Verbrennungsmotor VM unter Erhöhung seines abgegebenen Drehmomentes MVM auf die Eingangswellendrehzahl nGE beschleunigt und durch das gleichzeitig erfolgende Schließen der Trennkupplung K1 an den Antriebsstrang angekoppelt, was zum Zeitpunkt t4 abgeschlossen ist. Währenddessen wird das von der Elektromaschine EM abgegebene Drehmoment MEM bis auf Null reduziert, d. h. die Elektromaschine EM abgestellt. Das Zuschalten des Verbrennungsmotors VM (ΔtVM_ZS, t2–t4) setzt sich somit aus dem Starten des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS, t2–t3) und dem Ankoppeln des Verbrennungsmotors (ΔtVM_AK, t3–t4) zusammen. Aufgrund der Zuschaltung des Verbrennungsmotors VM am Ende der Hochschaltung erfolgt diese besonders ruckarm und bei niedriger Eingangswellendrehzahl nGE und somit besonders komfortabel.
  • Anhand der in 2a abgebildeten Drehzahlverläufe nGE(t), nVM(t) der Eingangswelle GE des Stufenschaltgetriebes G und des Verbrennungsmotors VM, der in 2b abgebildeten Drehmomentverläufe MEM(t), MVM(t) der Elektromaschine EM und des Verbrennungsmotors VM, sowie der in 2c abgebildeten, den jeweiligen Schließgrad wiedergebenden Zustandsverläufe xK1(t), xK2(t) der Trennkupplung K1 und der Schaltkupplung K2 wird nachfolgend erläutert, wie ausgehend von einem Elektrofahrbetrieb der Verbrennungsmotor VM aufgrund einer zweiten Entscheidung zeitlich nah zu einer Hochschaltung des Stufenschaltgetriebes G in einem Schleppstart gestartet und nachfolgend angekoppelt wird.
  • Nach dem Auftreten der Anforderung zum Zuschalten des Verbrennungsmotors VM zum Zeitpunkt t0 werden zunächst wieder die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS, der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 der vorgesehenen Hochschaltung, und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max bestimmt. Da die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max und auch die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors ΔtVM_ZS nun aber jeweils kleiner als der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn ΔtS_0 sind (ΔtVM_ZS < ΔtS_0; ΔtEF_max < ΔtS_0), wird entschieden, dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors VM vor der Hochschaltung ausgeführt wird.
  • Demzufolge wird der Verbrennungsmotor VM sofort, d. h. ab dem Zeitpunkt t0, durch das teilweise Schließen der Trennkupplung K1 durch die Elektromaschine EM bis auf die Mindeststartdrehzahl nVM_St beschleunigt und daraufhin etwa zum Zeitpunkt t1' verbrennungsmotorisch gestartet. Danach wird der Verbrennungsmotor VM unter Erhöhung seines abgegebenen Drehmomentes MVM auf die Eingangswellendrehzahl nGE beschleunigt und durch das gleichzeitig erfolgende Schließen der Trennkupplung K1 an den Antriebsstrang angekoppelt, was zum Zeitpunkt t2' abgeschlossen ist. Währenddessen wird das von der Elektromaschine EM abgegebene Drehmoment MEM bis auf Null reduziert und die Elektromaschine EM somit abgestellt.
  • Das Zuschalten des Verbrennungsmotors VM (ΔtVM_ZS, t0–t2') setzt sich wieder aus dem Starten des Verbrennungsmotors (ΔtVM_St, t0–t1') und dem Ankoppeln des Verbrennungsmotors (ΔtVM_AK, t1'–t2') zusammen. Danach wird die Fahrt kurz im Verbrennungsfahrbetrieb fortgesetzt, bevor zum Zeitpunkt t3' die Schaltdrehzahl nGE_S erreicht wird. Daraufhin wird die vorgesehene Hochschaltung zwischen den Zeitpunkten t3' bis t4' durchgeführt. Die Lastfreiheit der Eingangswelle GE während der Hochschaltung wird vorliegend durch die Reduzierung des von dem Verbrennungsmotor VM abgegebenen Drehmomentes MVM und durch die Öffnung der Schaltkupplung K2 erreicht. Alternativ dazu ist dies auch durch die Aufnahme eines entsprechend hohen generatorischen Drehmomentes durch die Elektromaschine EM bei geschlossener Schaltkupplung K2 erreichbar. Aufgrund der Zuschaltung des Verbrennungsmotors VM vor der Hochschaltung erfolgt diese nicht unbedingt ruckarm und bei relativ hoher Eingangswellendrehzahl nGE, was relativ unkomfortabel, aber aufgrund der vorhandenen kurzen Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs ΔtEF_max unvermeidbar ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantriebsstrang
    2
    Triebwelle des Verbrennungsmotors
    3
    Rotor der Elektromaschine
    4
    Rotorwelle der Elektromaschine
    5
    Ausgangswelle des Stufenschaltgetriebes
    6
    Achsdifferenzial
    7a, 7b
    Antriebsräder
    EM
    Elektromaschine
    G
    Stufenschaltgetriebe
    GE
    Eingangswelle des Stufenschaltgetriebes
    K1
    Trennkupplung
    K2
    Schaltkupplung
    M
    Drehmoment
    MEM
    Drehmoment der Elektromaschine
    MVM
    Drehmoment des Verbrennungsmotors
    n
    Drehzahl
    nGE
    Drehzahl des Stufenschaltgetriebes, Eingangswellendrehzahl
    nGE_S
    Schaltdrehzahl
    nVM
    Motordrehzahl, Drehzahl des Verbrennungsmotors
    nVM_St
    Mindeststartdrehzahl des Verbrennungsmotors
    t
    Zeit
    t0
    Aktueller Zeitpunkt
    t1–t4
    Zeitpunkte
    t1'–t4'
    Zeitpunkte
    VM
    Verbrennungsmotor
    xK
    Schließgrad einer Kupplung
    xK1
    Schließgrad der Trennkupplung K1
    xK2
    Schließgrad der Trennkupplung K2
    Δt
    Zeitraum, Dauer
    ΔtEF_max
    Maximal mögliche Elektrofahrdauer
    ΔtS_0
    Zeitraum bis Schaltungsbeginn
    ΔtVM_AK
    Ankoppeldauer
    ΔtVM_St
    Startdauer des Verbrennungsmotors
    ΔtVM_ZS
    Zuschaltungsdauer
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1762417 A1 [0006]
    • DE 102007045366 A1 [0007]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (VM) mit einer Triebwelle (2), ein automatisiertes Stufenschaltgetriebe (G) mit mindestens einer Eingangswelle (GE), und eine als Motor und als Generator betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem Rotor (3) aufweist, der über eine automatisierte Trennkupplung (K1) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbar ist sowie mit der Eingangswelle (GE) des Stufenschaltgetriebes (G) in Verbindung steht, wobei der Verbrennungsmotor (VM) während eines Elektrofahrbetriebs nach einer Anforderung zum Übergang in den Verbrennungsbetrieb oder Hybridfahrbetrieb zeitlich nah zu einer bevorstehenden Schaltung des Stufenschaltgetriebes (G) zugeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS), der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0) und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) bestimmt werden, und dass in Abhängigkeit von diesen Zeiträumen (ΔtVM_ZS, ΔtS_0, ΔtEF_max) entschieden wird, ob die Zuschaltung des Verbrennungsmotors (VM) vor, während oder nach der vorgesehenen Schaltung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors (VM) im Fall einer bevorstehenden Hochschaltung vor der Schaltung erfolgt, wenn die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS) und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) jeweils kleiner als der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0) ist (ΔtVM_ZS < ΔtS_0 und ΔtEF_max < ΔtS_0), und während oder nach der Schaltung erfolgt, wenn die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS) oder die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) größer oder gleich dem Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0) ist (ΔtVM_ZS ≥ ΔtS_0 oder ΔtEF_max ≥ ΔtS_0).
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltung des Verbrennungsmotors (VM) im Fall einer bevorstehenden Rückschaltung vor der Schaltung erfolgt, wenn die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS) oder die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) kleiner als der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0) ist (ΔtVM_ZS < ΔtS_0 oder ΔtEF_max < ΔtS_0), und während oder nach der Schaltung erfolgt, wenn die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS) und die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) jeweils größer oder gleich dem Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0) ist (ΔtVM_ZS ≥ ΔtS_0 und ΔtEF_max ≥ ΔtS_0).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS) als Summe der Startdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_St), welche das Anschleppen des Verbrennungsmotors (VM) auf eine Mindeststartdrehzahl (nVM_St) und den verbrennungsmotorischen Start des Verbrennungsmotors (VM) umfasst, und der Ankoppeldauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_AK), welche die Beschleunigung des Verbrennungsmotors (VM) auf die Eingangswellendrehzahl (nGE) des Stufenschaltgetriebes (G) und das Schließen der Trennkupplung (K1) umfasst, bestimmt wird (ΔtVM_ZS = ΔtVM_St + ΔtVM_AK), sofern der Verbrennungsmotor (VM) zum Zeitpunkt der Zuschaltungsanforderung (t = t0) bei geöffneter Trennkupplung (K1 = 0) abgestellt ist (nVM = 0).
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltungsdauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_ZS) als die Ankoppeldauer des Verbrennungsmotors (ΔtVM_AK) bestimmt wird (ΔtVM_ZS = ΔtVM_AK), welche die Beschleunigung des Verbrennungsmotors (VM) auf die Eingangswellendrehzahl (nGE) des Stufenschaltgetriebes (G) und das Schließen der Trennkupplung (K1) umfasst, sofern der Verbrennungsmotor (VM) zum Zeitpunkt der Zuschaltungsanforderung (t = t0) bei geöffneter Trennkupplung (K1 = 0) im Leerlauf betrieben wird (nVM = nidle).
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitraum bis zum Schaltungsbeginn (ΔtS_0) aus der aktuellen Eingangswellendrehzahl (nGE_0) des Stufenschaltgetriebes (G), der Schaltdrehzahl (nGE_S) des Stufenschaltgetriebes (G) und dem aktuellen Drehzahlgradienten (dnGE/dt)0 der Getriebeeingangswelle (GE) nach der Gleichung ΔtS_0 = (nGE_S – nGE_0)/(dnGE/dt)0 bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltdrehzahl (nGE_S) des Stufenschaltgetriebes (G) anhand einer für den Verbrennungsbetrieb oder Hybridfahrbetrieb gültigen Schaltkennlinie bestimmt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mögliche Maximaldauer eines fortgesetzten Elektrofahrbetriebs (ΔtEF_max) aus dem Ladezustand eines der Elektromaschine (EM) zugeordneten elektrischen Energiespeichers, der aktuellen Leistungsanforderung des Fahrers oder einer Geschwindigkeitsregelanlage, und der zu erwartenden thermischen Belastung der Elektromaschine (EM) durch den fortgesetzten Elektrofahrbetrieb bestimmt wird.
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