WO2019185262A1 - Verfahren zum betrieb eines antriebsstranges eines kraftfahrzeugs, und antriebs-strangmodul eines solchen kraftfahrzeugs - Google Patents

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internal combustion
combustion engine
sci
speed
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Alexander Jungaberle
Holger Bacher
Peter Schiele
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive train of a motor vehicle, as well as a drive train module of such a motor vehicle.
  • the drive train of a conventional motor vehicle with internal combustion engine as the sole drive source usually has a starting element in the power flow between the drive source and drive wheels in order to enable a starting operation of the motor vehicle.
  • An example of such a starting element is a hydrodynamic torque converter.
  • the drive train of a motor vehicle with an electric motor as the only drive source usually requires no starting element, since the electric motor can accelerate the vehicle from a standing position.
  • the powertrain of a parallel hybrid vehicle usually requires a starting element, if a start-up should also be done solely by means of the internal combustion engine.
  • a start-up should also be done solely by means of the internal combustion engine.
  • various variants are known in the prior art.
  • the patent application DE 10 2006 018 058 A1 discloses various starting operations of a motor vehicle with a parallel hybrid drive train, which uses a torque converter as a starting element. In this case, a start of the internal combustion engine is performed during a purely electrical starting process. During the starting process, there is a lock-up clutch in the slip, in order to decouple the drive vibrations occurring during the engine start from the output.
  • a method for controlling a parallel hybrid powertrain which has a first friction clutch between the internal combustion engine and the electric motor, and a second friction clutch between the electric motor and the driving gear.
  • the second separating clutch is controlled in the slip mode.
  • a flywheel connected to the electric machine is accelerated by means of the electric machine.
  • the first friction clutch is closed so that an over- Shot-angular momentum of the flywheel contributes to the engine start.
  • Such a starting process is also referred to as a pulse start.
  • a powertrain module is also provided with a control unit for controlling the method according to claim 1.
  • the method is suitable for operating a motor vehicle drive train which includes an internal combustion engine, an electric machine, a disconnect clutch in the power flow between the internal combustion engine and the electric machine, a transmission for providing different gears between a drive shaft and an output shaft of the transmission and a hydrodynamic torque converter.
  • transducer in the power flow between the electric machine and the drive shaft has.
  • the torque converter is assigned a lock-up clutch. By closing the lock-up clutch, a mechanical connection is made between the impeller and the turbine wheel of the torque converter, so that in the closed state of the lock-up clutch, the hydrodynamic path of the torque converter is bridged. Under “closed” is to be understood as the state of a clutch in which this has no or only a very low differential speed. Under a very low differential speed is to be understood as a so-called micro-slip, which does not exceed an amount of ten revolutions per minute.
  • the disconnect clutch is initially open.
  • the lock-up clutch is controlled in such a way that it is in the slip state during the starting process.
  • a shift element of the transmission is now controlled in such a way that it is also in the slip state during the startup process.
  • a differential speed between impeller and turbine of the torque converter can be limited, so that the power transmission between the electric machine and transmission drive shaft takes place even when increasing the speed of the electric machine to a predominant share on the lock-up clutch instead of the hydrodynamic power path.
  • a possible remaining increase in the torque acting on the transmission drive shaft, caused by the amplification function of the torque converter, can be compensated by the slip state of the shifting element. The torque acting on the output shaft thus remains controllable even during the starting process of the internal combustion engine.
  • the switching element is controlled such that a differential speed of the lock-up clutch during the increase of the rotational speed of the electrical see machine for increasing the angular momentum at least as long as less than or equal to a limit remains until the transmission torque of the clutch for starting the engine is increased.
  • the limit value is preferably selected so that an increase in torque from impeller to turbine wheel either does not occur at all, or does not exceed a predetermined level.
  • the process according to the invention is preferably carried out during a starting process which takes place during a starting process of the motor vehicle, in particular during an acceleration phase of the motor vehicle.
  • the motor vehicle is driven solely by means of the electric machine.
  • both the lock-up clutch and the switching element are converted from the slipping state to the closed state, so that there is a fixed speed ratio between the speed of the rotor and the speed of the output shaft.
  • the differential speed on the switching element and only then reduced the differential speed at the lock-up clutch.
  • the design effort for cooling the switching element can be reduced.
  • the separating clutch is driven in such a way that forms a differential speed at the separating clutch even after already started starting the engine.
  • the disconnect clutch for starting the engine is not fully closed, but remains in a slipping state. After the start of the engine, this can set its own speed. The speed of the engine is set higher than an output side speed of the clutch.
  • both the separating clutch and the switching element are transferred from the slipping state to the closed state in the further course.
  • the differential speed at the switching element, and then the differential at the separating clutch are reduced.
  • the differential speed at the lock-up clutch is preferably reduced only when the differential speed was reduced at the disconnect clutch.
  • the decision as to whether or not the separating clutch remains in the slip state after the starting process of the internal combustion engine has taken place is preferably dependent on a desired driving torque of the motor vehicle.
  • the separating clutch should remain in the slip state, in particular when the desired drive torque reaches or exceeds a defined limit value.
  • the desired drive torque may be characterized, for example, by an accelerator pedal position of the motor vehicle.
  • a powertrain module of a motor vehicle which comprises at least one electric machine, a transmission for providing different gear ratios between a drive shaft and an output shaft of the transmission, a hydrodynamic torque converter in the power flow between the electric machine and the output shaft and a control unit.
  • the control unit is set up to control the method described above.
  • FIG. 1 shows a hybrid powertrain with a hydrodynamic torque converter.
  • FIGS. 2 and 3 each show a time sequence of different sizes of the hybrid drive train.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a hybrid powertrain for a motor vehicle.
  • the hybrid powertrain has an internal combustion engine VM and a second electric machine EM. Between the internal combustion engine VM and the electric machine EM a separating clutch KO is arranged. By means of the separating clutch KO a power flow between the engine VM and the electric machine EM is switchable.
  • the hybrid powertrain further includes a transmission G with a drive shaft GW1 and an output shaft GW2.
  • the output shaft GW2 is connected to a differential gear AG, via which the power applied to the output shaft GW2 power is distributed to drive wheels DW of the motor vehicle.
  • a torque converter TC is arranged in the power flow between the electric machine EM and the drive shaft GW1.
  • the torque converter includes an impeller P which is connected to the electric machine EM, more specifically to a rotor of the electric machine EM.
  • a turbine wheel T of the torque converter TC is connected to the drive shaft GW1.
  • Pump impeller P and turbine wheel T cooperate hydrodynamically, so that power can be transferred hydrodynamically from impeller P to turbine wheel T.
  • Impeller P and turbine T are mechanically connected to each other by closing a lock-up clutch WK.
  • the transmission G is arranged to display different gears between the drive shaft GW1 and the output shaft GW2.
  • several switching elements are provided.
  • One of these is exemplified in FIG. 1 and is referred to therein as SCI.
  • the switching elements incl.
  • the switching element SCI cooperate with not shown in Fig. 1 Planetenrad arrangementsn to form the various gears between the drive shaft GW1 and output shaft GW2. This is only an example. Instead of or in addition to the planetary gear sets and spur gears and / or one or more friction gear can be used, which cooperate with the switching elements, incl.
  • the switching element SCI to the aisle formation.
  • an electronic control unit ECU is provided.
  • the control unit ECU is in communication with a converter INV, which is assigned to the electric machine EM for its control.
  • the control unit ECU is further in communication with the transmission G.
  • the transmission G comprises an actuator for actuating the switching element SCI.
  • the transmission G also includes an actuator for actuating the lock-up clutch WK and an actuator for actuating the separating clutch KO. Again, this is only an example.
  • the separating clutch KO could also be actuated by an actuator, which is independent of the gear G. The same applies to the operation of the lock-up clutch WK.
  • the electric machine EM is set up both to drive the motor vehicle and to start the internal combustion engine.
  • various processes of a starting process of the motor vehicle are shown, in which the motor vehicle is initially driven only by the electric machine EM.
  • the internal combustion engine VM is started by utilizing an angular momentum of the rotor of the electric machine EM.
  • FIG. 2 shows a time sequence of different sizes of the hybrid drive train, including a rotational speed EM_n of the rotor of the electric machine EM, a rotational speed VM_n of the internal combustion engine VM, a rotational speed T_n of the turbine T, a differential rotational speed SCI_n at the switching element SCI, a differential rotational speed WK_n at the lockup clutch WK, a differential speed K0_n on the clutch KO and a speed GW2_n * i.
  • the speed GW2_n * i results from a speed GW2_n of the output shaft GW2 multiplied by an output speed of the switching element SCI.
  • the rotational speed GW2_n * i characterizes the rotational speed GW2_n of the output shaft GW2 taking into account the current gear ratio between an output side of the shifting element SCI and the output shaft GW2.
  • an idling speed VM_n_idle of the internal combustion engine VM is indicated.
  • the rotational speed EM_n already has a value greater than zero, while both the internal combustion engine VM and the output shaft GW2 have no rotational speed VM_n, GW2_n.
  • the motor vehicle is thus at standstill at time T10, with a differential speed WK_n greater than zero.
  • the switching element SCI is closed, so that there is no differential speed SCI_n.
  • the rotational speeds GW2_n * i and T_n start to increase; the motor vehicle drives so.
  • the motor vehicle is driven by the electric machine EM.
  • the differential speed between the rotor and the output shaft GW2 is compensated by a slip operation of the lockup clutch WK, the switching element SCI is still closed at time T1.
  • the speed VM_n remains zero because the clutch KO is open.
  • the speed EM_n is raised to a greater extent than before the time T1 1.
  • the differential speed WK_n increases significantly.
  • the switching element SCI is brought into slippage shortly before a time T12, so that a differential speed SCI_n greater than zero is formed.
  • the differential speed SCI_n is now set so that the differential speed WK_n does not exceed a predetermined level.
  • the speed GW2_n * i increases more, so the vehicle accelerates faster than before the time T12.
  • a transmission torque of the clutch KO is increased at time T13, so that a power flow between the electric machine EM and the internal combustion engine VM is produced.
  • the rotational speed VM_n starts to increase, so that the engine VM is accelerated to its starting rotational speed.
  • the speed EM_n drops sharply.
  • the speed GW2_n * i increases while the motor vehicle thus continues to accelerate.
  • the rotational speeds VM_n, EM_n have the same value, so that the differential rotational speed K0_n becomes equal to zero.
  • the switching element SCI and the lockup clutch WK are still slipping because the rotational speed EM_n is greater than the rotational speed T_n, and the rotational speed T_n is greater than the rotational speed GW2_n * i.
  • the relatively abrupt reaching of the synchronous state of the separating clutch KO has no influence on the rotational speed GW2_n * i.
  • the differential speed SCI_n is reduced until the time T15, the speed T_n and GW2_n * i have reached the synchronous state. Thereafter, the differential speed WK_n is reduced, until the time T16, the speed EM_n the speed GW2_n * i corresponds.
  • both the lock-up clutch are located WK and the switching element SCI in the slip state.
  • vibrations in the drive train which are caused by the starting of the internal combustion engine VM, are thereby decoupled from the output shaft GW2.
  • the electric machine EM can be accelerated to a high speed EM_n, so that the angular momentum of the rotor of the electric machine EM and the elements connected therewith increases. This angular momentum is included as energy in the starting process of the internal combustion engine VM.
  • FIG. 3 shows a further time sequence of the variables of the hybrid drive train shown in FIG. 2.
  • the sequence shown in Fig. 3 is particularly suitable for a starting process in which the desired drive torque is even higher than in the starting process of FIG. 2.
  • the clutch KO is controlled such that even after the start of the engine VM Differential speed between the internal combustion engine VM and rotor of the electric machine EM is formed.
  • the speed VM_n exceeds after the time T14, the speed EM_n. This is possible because the internal combustion engine VM can deliver a torque itself after its start.
  • the rotational speed VM_n can be maintained above the idling rotational speed VM_n_idle immediately after the start of the internal combustion engine VM, as a result of which a higher power output of the internal combustion engine VM is possible.
  • the differential speeds SCI_n, WK_n and K0_n are reduced again.
  • the differential speed SCI_n is thereby reduced first, so that at the time T15, the input speed of the switching element SCI corresponds to the speed GW2_n * i.
  • the synchronous state between the engine VM and the rotor of the electric machine EM is achieved at time T15a.
  • the synchronous state between the rotor of the electric machine EM and the turbine T is reached only at time T16.
  • control unit ECU can be in communication with other control units, in particular with a control unit VM assigned to the engine VM.
  • reference numeral VM assigned to the engine VM.

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang zumindest einen Verbrennungsmotor (VM), eine elektrische Maschine (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (TC) mit Überbrückungskupplung (WK) im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (EM) und der Antriebswelle (GW1) sowie eine Trennkupplung (KO) im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) und der elektrischen Maschine (EM) aufweist, wobei für den Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) erhöht wird, während die Trennkupplung (KO) geöffnet ist, wobei sowohl ein Schaltelement (SCI) des Getriebes (G) als auch die Überbrückungskupplung (WK) derart angesteuert wird, dass sich beide Kupplungen (KO, WK) während dem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM), welcher durch Erhöhen eines Übertragungsmoments der Trennkupplung (KO) erfolgt, in einem Schlupfzustand befinden.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, und Antriebs- stranqmodul eines solchen Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs.
Der Antriebsstrang eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor als einzige Antriebsquelle weist üblicherweise ein Anfahrelement im Kraftfluss zwischen Antriebsquelle und Antriebsrädern auf, um einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Ein Beispiel für ein solches Anfahrelement ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor als einzige Antriebsquelle erfordert in der Regel kein Anfahrelement, da der Elektromotor das Fahrzeug aus dem Stand beschleunigen kann.
Der Antriebsstrang eines Parallel-Hybridfahrzeugs erfordert üblicherweise ein Anfahrelement, sofern ein Anfahrvorgang auch allein mithilfe des Verbrennungsmotors erfolgen soll. Zum Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang sind im Stand der Technik verschiedene Varianten bekannt. Die Patentanmeldung DE 10 2006 018 058 A1 offenbart dabei verschiedenartige Anfahrvorgänge eines Kraftfahrzeug mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang, welcher einen Drehmomentwandler als Anfahrelement nutzt. Dabei wird während eines rein elektrischen Anfahrvorgangs ein Start des Verbrennungsmotors durchgeführt. Während des Startvorgangs befindet sich eine Wandlerüberbrückungskupplung im Schlupf, um beim Verbrennungsmotorstart auftretende Antriebsschwingungen vom Abtrieb zu entkoppeln.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2004 023 673 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Parallel-Hybridantriebsstrangs bekannt, welches zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eine erste Reibkupplung, und zwischen Elektromaschine und Fahrgetriebe eine zweite Reibkupplung aufweist. Zum Start des Verbrennungsmotors wird die zweite Trennkupplung im Schlupfbetrieb gesteuert. Anschließend wird eine mit der Elektromaschine verbundene Schwungmasse mittels der Elektromaschine beschleunigt. Daraufhin wird die erste Reibkupplung geschlossen, sodass ein Über- schuss-Drehimpuls der Schwungmasse zum Verbrennungsmotorstart beiträgt. Ein derartiger Startvorgang wird auch als Impulsstart bezeichnet.
Ein derartiger Impulsstart ist bei einem Antriebsstrang mit hydrodynamischen Drehmomentwandlers zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang jedoch nur sehr eingeschränkt verwendbar. Denn durch Schlupfbetrieb der zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang angeordneten Reibkupplung, welche durch die Überbrückungskupplung gebildet wird, verbleibt der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers im Kraftfluss zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang. Eine Beschleunigung der Elektromaschine zur Erhöhung des Drehimpulses würde aufgrund der Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers das auf den Getriebeeingang wirkende Moment erhöhen. Dadurch könnte das Kraftfahrzeug beispielsweise unerwartet beschleunigen. Dies ist unerwünscht. Wird der Verbrennungsmotor nun impulsartig gestartet, sinkt die Drehzahl der Elektromaschine in kurzer Zeit stark ab. Die Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers kann dabei stark abnehmen, sodass das an der Getriebeeingangswelle wirkende Moment deutlich reduziert wird. Dadurch könnte das Kraftfahrzeug unerwartet verzögern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem ein Impulsstart auch bei einem Hybridantriebsstrang mit Drehmomentwandler zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang ermöglicht wird, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren. In Patentanspruch 12 wird zudem ein Antriebsstrangmodul mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 angegeben.
Das Verfahren ist zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges geeignet, welches einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, eine Trennkupplung im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes sowie einen hydrodynamischen Drehmoment- wandler im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle aufweist. Dem Drehmomentwandler ist eine Überbrückungskupplung zugeordnet. Durch Schließen der Überbrückungskupplung wird eine mechanische Verbindung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers hergestellt, sodass im geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers überbrückt ist. Unter„geschlossen“ ist dabei der Zustand einer Kupplung zu verstehen, in dem diese keine oder nur eine sehr geringe Differenzdrehzahl aufweist. Unter einer sehr geringen Differenzdrehzahl ist dabei ein sogenannter Mikro-Schlupf zu verstehen, welcher einen Betrag von zehn Umdrehungen pro Minute nicht überschreitet.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors eine Drehzahl der elektrischen Maschine zu erhöhen, um den Drehimpuls eines Rotors der elektrischen Maschine und der damit drehfest verbundenen Elemente zu erhöhen. Dabei ist die Trennkupplung zunächst geöffnet. Die Überbrückungskupplung wird dabei derart angesteuert, dass sich diese während des Startvorgangs im Schlupfzustand befindet. Zusätzlich zur Überbrückungskupplung wird nun ein Schaltelement des Getriebes derart angesteuert, dass sich dieses während des Startvorgangs ebenso im Schlupfzustand befindet.
Durch diese Maßnahme kann eine Differenzdrehzahl zwischen Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers begrenzt werden, sodass die Leistungsübertragung zwischen elektrischer Maschine und Getriebe-Antriebswelle auch bei Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Maschine zu einem überwiegenden Anteil über die Überbrückungskupplung anstatt über den hydrodynamischen Leistungspfad erfolgt. Eine eventuelle verbleibende Erhöhung des auf die Getriebe-Antriebswelle wirkenden Moments, hervorgerufen durch die Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers, kann dabei durch den Schlupfzustand des Schaltelements kompensiert werden. Das an der Abtriebswelle wirkende Moment bleibt somit auch während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors steuerbar.
Vorzugsweise wird das Schaltelement derart angesteuert, dass eine Differenzdrehzahl der Überbrückungskupplung während der Erhöhung der Drehzahl der elektri- sehen Maschine zur Steigerung des Drehimpulses zumindest so lange kleiner oder gleich einem Grenzwert bleibt, bis das Übertragungsmoment der Trennkupplung zum Starten des Verbrennungsmotors erhöht wird. Der Grenzwert ist vorzugsweise so gewählt, dass eine Drehmomenterhöhung von Pumpenrad zu Turbinenrad entweder gar nicht erst auftritt, oder ein vorgegebenes Maß nicht überschreitet.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Ablauf bei einem Startvorgang durchgeführt, welcher während eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs stattfindet, insbesondere während einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs. Zu Beginn des Anfahrvorgangs wird das Kraftfahrzeug allein mittels der elektrischen Maschine angetrieben.
Vorzugsweise werden nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors sowohl die Überbrückungskupplung als auch das Schaltelement vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand überführt, sodass ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Rotors und der Drehzahl der Abtriebswelle besteht. Dabei wird zuerst die Differenzdrehzahl am Schaltelement, und erst dann die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung abgebaut. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zur Kühlung des Schaltelements verringert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Trennkupplung derart angesteuert, dass sich an der Trennkupplung auch nach bereits erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors eine Differenzdrehzahl ausbildet. In anderen Worten wird die Trennkupplung zum Starten des Verbrennungsmotors nicht vollständig geschlossen, sondern verbleibt in einem schlupfenden Zustand. Nach erfolgtem Start des Verbrennungsmotors kann diese ihre Drehzahl selbstständig einstellen. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird dabei höher eingestellt als eine abtriebsseitige Drehzahl der Trennkupplung. Ein solches Vorgehen ist besonders für Fahrzustand mit hoher Sollbeschleunigung des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
Vorzugsweise werden im weiteren Verlauf sowohl die Trennkupplung als auch das Schaltelement vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand überführt. Dabei wird zuerst die Differenzdrehzahl am Schaltelement, und erst dann die Diffe- renzdrehzahl an der Trennkupplung abgebaut. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zur Kühlung des Schaltelements verringert werden. Die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung wird vorzugsweise erst dann abgebaut, wenn die Differenzdrehzahl an der Trennkupplung abgebaut wurde.
Vorzugsweise ist die Entscheidung, ob die Trennkupplung nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors im Schlupfzustand verbleibt oder nicht, abhängig von einem Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs. Die Trennkupplung soll insbesondere dann im Schlupfzustand verbleiben, wenn das Soll-Antriebsmoment einen definierten Grenzwert erreicht oder überschreitet. Das Soll-Antriebsmoment kann beispielsweise durch eine Fahrpedalstellung des Kraftfahrzeugs charakterisiert sein.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs angegeben, welches zumindest eine elektrische Maschine, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Abtriebswelle sowie eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit ist dabei zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler; sowie
Fig. 2 und Fig. 3 je einen zeitlichen Ablauf verschiedener Größen des Hybridantriebsstrangs.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungsmotor VM und eine zweite elektrische Maschine EM auf. Zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM ist eine Trennkupplung KO angeordnet. Mittels der Trennkupplung KO ist ein Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM schaltbar. Der Hybridantriebsstrang umfasst ferner ein Getriebe G mit einer Antriebswelle GW1 und einer Abtriebswelle GW2. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, über welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird. Im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine EM und der Antriebswelle GW1 ist ein Drehmomentwandler TC angeordnet. Der Drehmomentwandler umfasst ein Pumpenrad P, welches mit der elektrischen Maschine EM verbunden ist, genauer gesagt mit einem Rotor der elektrischen Maschine EM. Ein Turbinenrad T des Drehmomentwandlers TC ist mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Pumpenrad P und Turbinenrad T wirken hydrodynamisch zusammen, sodass Leistung vom Pumpenrad P hydrodynamisch auf das Turbinenrad T übertragen werden kann. Pumpenrad P und Turbinenrad T sind durch Schließen einer Überbrückungskupplung WK mechanisch miteinander verbindbar.
Das Getriebe G ist zur Darstellung von verschiedenen Gängen zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 eingerichtet. Zur Bildung der Gänge sind mehrere Schaltelemente vorgesehen. Eines davon ist in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, und ist darin als SCI bezeichnet. Die Schaltelemente, inkl. dem Schaltelement SCI wirken mit in Fig. 1 nicht dargestellten Planetenradsätzen zusammen, um die verschiedenen Gänge zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 zu bilden. Dies ist nur beispielhaft anzusehen. Anstelle oder ergänzend zu den Planetenradsätzen können auch Stirnradstufen und/oder ein oder mehrere Reibradgetriebe verwendet werden, welche mit den Schaltelementen, inkl. dem Schaltelement SCI zur Gangbildung Zusammenwirken.
Ferner ist eine elektronische Steuereinheit ECU vorgesehen. Die Steuereinheit ECU steht mit einem Umrichter INV in Kommunikationsverbindung, welcher der elektrischen Maschine EM zu deren Steuerung zugeordnet ist. Die Steuereinheit ECU steht ferner mit dem Getriebe G in Kommunikationsverbindung. Das Getriebe G umfasst einen Aktuator zur Betätigung des Schaltelements SCI. Ferner umfasst das Getriebe G auch einen Aktuator zur Betätigung der Überbrückungskupplung WK und einen Aktuator zur Betätigung der Trennkupplung KO. Auch dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Trennkupplung KO könnte auch von einem Aktuator betätigt werden, welcher unabhängig vom Getriebe G ist. Gleiches gilt für die Betätigung der Überbrückungskupplung WK.
Die elektrische Maschine EM ist sowohl zum Antrieb des Kraftfahrzeugs als auch zum Start des Verbrennungsmotors eingerichtet. In den folgenden Figuren werden verschiedene Abläufe eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs dargestellt, bei dem das Kraftfahrzeug initial nur von der elektrischen Maschine EM angetrieben wird. Während dem Anfahrvorgang wird der Verbrennungsmotor VM unter Ausnutzung eines Drehimpulses des Rotors der elektrischen Maschine EM gestartet.
Fig. 2 zeigt einen zeitlichen Ablauf verschiedener Größen des Hybridantriebsstrangs, darunter eine Drehzahl EM_n des Rotors der elektrischen Maschine EM, eine Drehzahl VM_n des Verbrennungsmotors VM, eine Drehzahl T_n der Turbine T, eine Differenzdrehzahl SCI_n am Schaltelement SCI, eine Differenzdrehzahl WK_n an der Überbrückungskupplung WK, eine Differenzdrehzahl K0_n an der Trennkupplung KO sowie eine Drehzahl GW2_n*i. Die Drehzahl GW2_n*i ergibt sich aus einer Drehzahl GW2_n der Abtriebswelle GW2, multipliziert mit einer Ausgangsdrehzahl des Schaltelements SCI. In anderen Worten charakterisiert die Drehzahl GW2_n*i die Drehzahl GW2_n der Abtriebswelle GW2 unter Berücksichtigung der aktuellen Übersetzung zwischen einer Ausgangsseite des Schaltelements SCI und der Abtriebswelle GW2. Zur besseren Einschätzung der Größenordnung der verschiedenen Drehzahlen ist eine Leerlaufdrehzahl VM_n_idle des Verbrennungsmotors VM angegeben.
Zu einem Zeitpunkt T10 weist die Drehzahl EM_n bereits einen Wert größer Null auf, während sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die Abtriebswelle GW2 keine Drehzahl VM_n, GW2_n aufweisen. Das Kraftfahrzeug befindet sich also zum Zeitpunkt T10 im Stillstand, wobei eine Differenzdrehzahl WK_n größer Null vorliegt. Das Schaltelement SCI ist geschlossen, sodass keine Differenzdrehzahl SCI_n vorliegt. Zu einem Zeitpunkt T1 1 beginnen die Drehzahl GW2_n*i und T_n anzusteigen; das Kraftfahrzeug fährt also an. Angetrieben wird das Kraftfahrzeug dabei durch die elektrische Maschine EM. Die Differenzdrehzahl zwischen Rotor und Abtriebswelle GW2 wird durch einen Schlupfbetrieb der Überbrückungskupplung WK ausgeglichen, das Schaltelement SCI ist zum Zeitpunkt T1 1 weiterhin geschlossen. Die Drehzahl VM_n bleibt weiterhin Null, da die Trennkupplung KO geöffnet ist.
Nach dem Zeitpunkt T1 1 wird die Drehzahl EM_n in stärkerem Maße als vor dem Zeitpunkt T1 1 angehoben. Dadurch steigt die Differenzdrehzahl WK_n deutlich an. Um zu vermeiden, dass der Drehmomentwandler TC aufgrund der vergrößerten Differenzdrehzahl WK_n das auf die Antriebswelle GW1 wirkende Moment vergrößert, wird das Schaltelement SCI kurz vor einem Zeitpunkt T12 in Schlupf gebracht, so- dass sich eine Differenzdrehzahl SCI_n größer Null ausbildet. Die Differenzdrehzahl SCI_n wird nun so eingestellt, dass die Differenzdrehzahl WK_n ein vorgegebenes Maß nicht überschreitet.
Zum Zeitpunkt T12 steigt die Drehzahl GW2_n*i stärker an, das Fahrzeug beschleunigt also stärker als vor dem Zeitpunkt T12. Nun soll der Verbrennungsmotor VM gestartet werden. Dazu wird zum Zeitpunkt T13 ein Übertragungsmoment der Kupplung KO erhöht, sodass ein Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Verbrennungsmotor VM hergestellt wird. Dadurch beginnt die Drehzahl VM_n anzusteigen, sodass der Verbrennungsmotor VM auf seine Startdrehzahl hin beschleunigt wird. Die Drehzahl EM_n sinkt dabei stark ab. Die Drehzahl GW2_n*i steigt dabei an, das Kraftfahrzeug beschleunigt also weiter. Zu einem Zeitpunkt T14 weisen die Drehzahlen VM_n, EM_n den gleichen Wert auf, sodass die Differenzdrehzahl K0_n gleich Null wird. Zum Zeitpunkt T14 befinden sich das Schaltelement SCI und die Überbrückungskupplung WK weiterhin im Schlupf, da die Drehzahl EM_n größer ist als die Drehzahl T_n, und die Drehzahl T_n größer ist als die Drehzahl GW2_n*i. Dadurch hat das verhältnismäßig abrupte Erreichen des Synchronzustands der Trennkupplung KO keinen Einfluss auf die Drehzahl GW2_n*i. Im weiteren Verlauf wird die Differenzdrehzahl SCI_n abgebaut, bis zum Zeitpunkt T15 die Drehzahl T_n und GW2_n*i den Synchronzustand erreicht haben. Danach wird auch die Differenzdrehzahl WK_n abgebaut, bis zum Zeitpunkt T16 die Drehzahl EM_n der Drehzahl GW2_n*i entspricht.
Während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors VM, weicher zwischen den Zeitpunkten T13 und T14 erfolgt, befinden sich sowohl die Überbrückungskupplung WK als auch das Schaltelement SCI im Schlupfzustand. Einerseits werden dadurch Schwingungen im Antriebsstrang, welche durch das Starten des Verbrennungsmotors VM hervorgerufen werden, von der Abtriebswelle GW2 entkoppelt. Andererseits kann die elektrische Maschine EM auf eine hohe Drehzahl EM_n beschleunigt werden, sodass der Drehimpuls des Rotors der elektrischen Maschine EM und der damit verbundenen Elemente ansteigt. Dieser Drehimpuls geht als Energie in den Startvorgang des Verbrennungsmotors VM mit ein.
Fig. 3 zeigt einen weiteren zeitlichen Ablauf der in Fig. 2 dargestellten Größen des Hybridantriebsstrangs. Der in Fig. 3 gezeigte Ablauf ist insbesondere für einen Anfahrvorgang geeignet, bei dem das Soll-Antriebsmoment noch höher ist als bei dem Anfahrvorgang gemäß Fig. 2. Hierbei wird die Trennkupplung KO derart angesteuert, dass sich auch nach erfolgtem Start des Verbrennungsmotors VM eine Differenzdrehzahl zwischen Verbrennungsmotor VM und Rotor der elektrischen Maschine EM ausbildet. Die Drehzahl VM_n übersteigt dabei nach dem Zeitpunkt T14 die Drehzahl EM_n. Dies ist möglich, da der Verbrennungsmotor VM nach dessen Start selbst ein Drehmoment abgeben kann. Durch den Ablauf gemäß Fig. 3 kann die Drehzahl VM_n unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors VM über der Leerlaufdrehzahl VM_n_idle gehalten werden, wodurch eine höhere Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors VM möglich ist.
Im weiteren Verlauf werden die Differenzdrehzahlen SCI_n, WK_n und K0_n wieder abgebaut. Die Differenzdrehzahl SCI_n wird dabei als erstes abgebaut, sodass zum Zeitpunkt T15 die Eingangsdrehzahl des Schaltelements SCI der Drehzahl GW2_n*i entspricht. Der Synchronzustand zwischen Verbrennungsmotor VM und Rotor der elektrischen Maschine EM wird zum Zeitpunkt T15a erreicht. Der Synchronzustand zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Turbine T wird erst zum Zeitpunkt T16 erreicht.
Die in Fig. 2 und Fig. 3 beschriebenen Abläufe werden im Wesentlichen durch die Steuereinheit ECU gesteuert. Die Steuereinheit ECU kann dazu mit weiteren Steuereinheiten in Kommunikationsverbindung stehen, insbesondere mit einer dem Verbrennungsmotor VM zugeordneten Steuereinheit. Bezugszeichen
VM Verbrennungsmotor
VM_n Drehzahl
VM_n_idle Leerlaufdrehzahl
KO Trennkupplung
K0_n Differenzdrehzahl
EM Elektrische Maschine
EM_n Drehzahl
TC Drehmomentwandler
P Pumpenrad
T Turbinenrad
T_n Drehzahl
WK Überbrückungskupplung
WK_n Differenzdrehzahl
G Getriebe
GW1 Antriebswelle
SCI Schaltelement
SCI_n Differenzdrehzahl
GW2 Abtriebswelle
GW2_n*i Drehzahl
AG Differentialgetriebe
DW Antriebsrad

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang zumindest einen Verbrennungsmotor (VM), eine elektrische Maschine (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1 ) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (TC) im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (EM) und der Antriebswelle (GW1 ) sowie eine Trennkupplung (KO) im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) und der elektrischen Maschine (EM) aufweist, wobei ein hydrodynamischer Pfad des Drehmomentwandlers (TC) durch Schließen einer Überbrückungskupplung (WK) überbrückbar ist, wobei die Überbrückungskupplung (WK) derart angesteuert wird, dass sich die Überbrückungskupplung (WK) während eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors (VM) in einem Schlupfzustand befindet,
dadurch gekennzeichnet, dass
- für den Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) erhöht wird, während die Trennkupplung (KO) geöffnet ist,
- wobei ein Schaltelement (SCI) des Getriebes (G) derart angesteuert wird, dass sich das Schaltelement (SCI) während dem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM), welcher durch Erhöhen eines Übertragungsmoments der Trennkupplung (KO) erfolgt, in einem Schlupfzustand befindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (SCI) des Getriebes (G) derart angesteuert wird, dass eine Differenzdrehzahl (WK_n) der Überbrückungskupplung (WK) während der Erhöhung der Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) zumindest bis zur Erhöhung des Übertragungsmoments der Trennkupplung (KO) kleiner oder gleich einem Grenzwert bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) während eines Anfahrvorgangs abläuft, bei dem das Kraftfahrzeug initial allein von der elektrischen Maschine (EM) angetrieben wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (GW2_n) der Abtriebswelle (GW2) während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors (VM) ansteigt.
5. Verfahren nach Anspruch einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrehzahl (SCI_n) am Schaltelement (SCI) und die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) abgebaut werden, wobei zunächst die Differenzdrehzahl (SCI_n) am Schaltelement (SCI) und anschließend daran die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) abgebaut wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (KO) derart angesteuert wird, dass sich an der Trennkupplung (KO) auch nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (K0_n) ausbildet, sodass eine Drehzahl (VM_n) des Verbrennungsmotors (VM) höher ist als eine abtriebsseitige Drehzahl der Trennkupplung (KO).
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrehzahl (K0_n) an der Trennkupplung (KO) und die Differenzdrehzahl (SCI_n) an dem
Schaltelement (SCI) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) abgebaut werden, wobei zunächst die Differenzdrehzahl (SCI_n) am Schaltelement (SCI) und anschließend daran die Differenzdrehzahl (K0_n) der Trennkupplung (KO) abgebaut wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) erst dann abgebaut wird, wenn die Differenzdrehzahl (K0_n) an der Trennkupplung (KO) abgebaut wurde.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung, ob an der Trennkupplung (KO) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (K0_n) aufgebaut wird, abhängig von einem Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (KO) dann derart angesteuert wird, dass sich an der Trennkupplung (KO) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (K0_n) ausbildet, wenn das Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs einen definierten Grenzwert erreicht oder überschreitet.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Antriebsmoment durch eine Fahrpedalstellung des Kraftfahrzeugs charakterisiert ist.
12. Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine elektrische Maschine (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1 ) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (TC) im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (EM) und der Antriebswelle (GW1 ) sowie eine Steuereinheit (ECU), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ECU) zur Steuerung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.
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