DE102004002061A1 - Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges und Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebstranges (1) eines Hybridfahrzeuges und ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges, mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einer elektrischen Maschine (3), mit einem zwischen der elektrischen Maschine und einem Abtrieb (5) in einem Kraftfluss des Antriebsstranges angeordneten und mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit ausgeführten Schaltelement und einer zwischen der elektrischen Maschine (3) und der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Kupplungseinrichtung (7) beschrieben. Über die Kupplungseinrichtung (7) sind die elektrische Maschine (3) und die Brennkraftmaschine (2) miteinander in Wirkverbindung bringbar, wobei das Hybridfahrzeug wahlweise über die elektrische Maschine (3) und/oder über die Brennkraftmaschine (2) antreibbar ist und die Brennkraftmaschine (2) mittels der elektrischen Maschine (3) startbar ist. Im Betrieb des Antriebsstranges (1) wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) während des Startvorganges der Brennkraftmaschine (2) derart eingestellt, dass am Abtrieb des Antriebsstranges (1) ein von dem Startvorgang der Brennkraftmaschine (2) unabhängiges Drehmoment anliegt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art und einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 13 näher definierten Art.
  • Aus der Praxis bekannte Antriebsstränge von Hybridfahrzeugen weisen meist eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine auf. Diese Ausgestaltung verleiht Hybridfahrzeugen gegenüber reinen Elektrofahrzeugen eine bessere Reichweite und Verfügbarkeit. Darüber hinaus ist in Ballungsgebieten mittels der elektrischen Maschine eine schadstoffemissionsfreie Fahrt möglich. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, ein Hybridfahrzeug in bestimmten Betriebssituationen gleichzeitig durch die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine anzutreiben.
  • Um eine Gewichtszunahme eines Hybridfahrzeuges gegenüber Fahrzeugen zu reduzieren, welche als Antrieb lediglich eine Brennkraftmaschine aufweisen, ist in der Praxis dazu übergegangen worden, einen Starter für die Brennkraftmaschine sowie einen Stromgenerator eines Hybridfahrzeuges durch die elektrische Maschine zu ersetzen.
  • Wird das Hybridfahrzeug allein von der elektrischen Maschine angetrieben, ist die Brennkraftmaschine vorzugsweise abgeschaltet und durch eine zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine angeordnete Kupplung vom restlichen Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges getrennt. Das am Abtrieb des Hybridfahrzeuges erforderliche Antriebsmoment wird alleine von der elektrischen Maschine aufgebracht. Zum Starten der Brennkraftma schine wird die Kupplung geschlossen und die Brennkraftmaschine wird von der elektrischen Maschine auf ihre Startdrehzahl geführt.
  • Auf der der Brennkraftmaschine abgewandten Seite der elektrischen Maschine ist zur Übertragung und Wandlung des von der Brennkraftmaschine erzeugten Drehmomentes in der Regel ein Getriebe vorgesehen, wobei die Möglichkeiten des Aufbaus des Getriebes mannigfaltig sind und von dem dem Fahrzeug zugrunde liegenden Antriebskonzept abhängig sind.
    •
  • Gemeinsam ist allen Getrieben jedoch die Aufgabe der Wandlung der Motordrehzahl und des Motordrehmomentes, so dass sich an den Antriebsrädern Drehzahlen und Drehmomente einstellen, die den gewünschten Fahrgeschwindigkeiten bei ausreichend hohen Antriebsmomenten bzw. Zugkräften entsprechen. Des Weiteren hat das Getriebe die Aufgabe, eine Rückwärtsfahrt durch Umkehrung der Drehrichtung der Antriebsräder zu ermöglichen.
  • Die vorgenannten aus der Praxis bekannten Antriebsstränge von Hybridfahrzeugen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der vorbeschriebene Startvorgang der Brennkraftmaschine mittels der elektrischen Maschine auf Grund von für einen Fahrer unerwarteten Schwankungen des am Abtrieb des Hybridfahrzeuges anliegenden Antriebsmomentes zur Beeinträchtigung des Fahrkomforts führt.
  • Es sind aus der Praxis auch Hybridfahrzeuge bekannt, bei welchen das am Abtrieb anliegende Antriebsmoment von einem Startvorgang der Brennkraftmaschine nicht beeinträchtigt wird. Der Antriebsstrang dieser Hybridfahrzeuge ist jeweils mit zwei elektrischen Maschinen ausgeführt, wobei eine der elektrischen Maschinen in der vorbeschriebenen Art und Weise als Antriebsaggregat für das Hybridfahrzeug und die zweite elektrische Maschine nur als Starter für die Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
  • Derartig ausgeführte Antriebsstränge von Hybridfahrzeugen weisen nachteilhafterweise jedoch einen großen Bauraumbedarf sowie ein hohes Gewicht auf und sind aufgrund der zusätzlichen zweiten elektrischen Maschine durch höhere Herstellkosten gekennzeichnet.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges zur Verfügung zu stellen und einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges zu schaffen, mittels den ein Fahrkomfort eines Hybridfahrzeuges insbesondere während eines Startvorgangs einer Brennkraftmaschine verbessert wird und ein Bauraumbedarf sowie Fertigungskosten eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges gesenkt werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Antriebsstrang gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 13 gelöst.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine, mit einer elektrischen Maschine, mit einem zwischen der elektrischen Maschine und einem Abtrieb in einem Kraftfluss des Antriebsstranges angeordneten und mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit ausgeführten Schaltelement und einer zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine angeordneten Kupplungseinrichtung, über die die elektrische Maschine und die Brennkraftmaschine in Wirkverbindung bringbar sind, ist ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges derart betreibbar, dass ein Übergang von einem Antrieb des Hybridfahrzeuges durch die elektrische Maschine zu einem Parallelantrieb des Hybridfahrzeuges über die elektrische Maschine und die Brennkraftmaschine oder zu einem reinen brennkraftmaschinenseitigen Antrieb des Hybridfahrzeuges sowie ein Startvorgang der Brennkraftmaschine über die elektrische Maschine ohne für einen Fahrer des Hybridfahrzeuges merkbare antriebsstrangseitige Reaktionsmomente durchführbar ist.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass im Betrieb des Antriebsstrangs die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine derart eingestellt wird, dass am Abtrieb des Antriebsstranges ein von einem Startvorgang der Brennkraftmaschine unabhängiges Drehmoment anliegt.
  • Eine Drehmomentänderung am Abtrieb wird dadurch vermieden, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes erfindungsgemäß derart eingestellt wird, dass das am Abtrieb anliegende Drehmoment lediglich in Abhängigkeit der jeweils eingestellten Übertragungsfähigkeit des Schaltelements variiert und aufgrund einer Beschleunigung oder einem Abbremsen der Drehzahl der elektrischen Maschine während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine nicht verändert wird. Dabei können nachteilhafterweise Änderungen des am Abtrieb anliegenden Drehmomentes, die vorzugsweise aufgrund einer Fahrerwunschvorgabe ergehen sollen, auf einfache Art und Weise über die Veränderung der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes eingestellt werden. Drehmomentänderungen am Abtrieb, die aufgrund des Startens der Brennkraftmaschine auftreten, werden vorzugsweise durch einen Schlupfbetrieb des Schaltelementes vermieden.
  • Damit besteht vorteilhafterweise im Zugbetrieb des Antriebsstranges die Möglichkeit, die rotatorischen Massen der elektrischen Maschine vor dem Starten der Brennkraftmaschine bei von der elektrischen Maschine entkoppelter Brennkraftmaschine zu beschleunigen, ohne dass am Abtrieb eines Hybridfahrzeuges eine unerwünschte Änderung des Abtriebsmomentes auftritt.
  • Weist die elektrische Maschine am Ende einer Beschleunigungsphase während des Starvorganges die zum Starten der Brennkraftmaschine erforder liche rotatorische Energie auf, wird die Wirkverbindung zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine über die Kupplung hergestellt und die Brennkraftmaschine kann über einen so genannten Schwungstart ohne für einen Fahrer eines Hybridfahrzeuges spürbare antriebsstrangseitige Reaktionsmomente gestartet werden.
  • Dabei ist es vorgesehen, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes gegenüber einem herkömmlichen Betrieb des Antriebsstranges herabgesetzt ist und während der Beschleunigungsphase der elektrischen Maschine und der Startphase der Brennkraftmaschine in einem Schlupfbetrieb gehalten wird, wobei die der elektrischen Maschine zugeordnete Seite des Schaltelementes mit einer höheren Drehzahl als die dem Abtrieb zugeordnete Hälfte des Schaltelementes betrieben wird.
  • Darüber hinaus besteht im Schubbetrieb des Antriebsstranges die Möglichkeit, die elektrische Maschine ausgehend vom Abtrieb des Fahrzeuges bei entkoppelter Brennkraftmaschine generatorisch zu betreiben und die Brennkraftmaschine durch Herstellen der Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine über die Kupplungseinrichtung bei Vorliegen der elektrischen Maschine mit einer Drehzahl, die größer als die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine ist, zu starten, ohne das am Abtrieb des Fahrzeugs ein durch den Startvorgang der Brennkraftmaschine beeinflusstes Drehmoment anliegt.
  • Das bedeutet, dass die durch das abtriebsseitig vorliegende Schubmoment angetriebenen rotatorischen Massen der elektrischen Maschine beim Starten der Brennkraftmaschine von dieser abgebremst werden und das am Abtrieb des Fahrzeuges anliegende und durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugte Bremsmoment durch das Abbremsen der elektrischen Maschine beim Starten der Brennkraftmaschine nicht verändert wird.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes derart eingestellt wird, dass nur ein vordefinierter Drehmomentwert des Bremsmomentes der elektrischen Maschine von dem Schaltelement am Abtrieb des Hybridfahrzeuges abgestützt wird. Damit liegt während des Startvorganges der Brennkraftmaschine am Abtrieb eines Hybridfahrzeuges immer ein vorzugsweise einer Fahrerwunschvorgabe oder einem Fahrprogramm entsprechendes Bremsmoment an, dass vom Startvorgang der Brennkraftmaschine aufgrund der erfindungsgemäß eingestellten Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes entkoppelt ist.
  • Dabei ist es vorgesehen, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes gegenüber einem herkömmlichen Betrieb des Antriebsstranges herabgesetzt ist und während der Abbremsphase der elektrischen Maschine und der Startphase der Brennkraftmaschine in einem Schlupfbetrieb gehalten wird, wobei die der elektrischen Maschine zugeordnete Seite des Schaltelementes mit einer niedrigeren Drehzahl als die dem Abtrieb zugeordnete Hälfte des Schaltelementes betrieben wird.
  • Der erfindungsgemäße Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 13, der zwischen der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine mit einer Einrichtung zur Drehunförmigkeitsdämpfung ausgebildet ist, stellt einen kostengünstigen und bauraumoptimierten Antriebstrang dar, da die Einrichtung wenigstens teilweise im einem Gehäuse eines Getriebes des Antriebsstranges integriert ist und der Antriebsstrang zu dem nur mit einer elektrischen Maschine ausgeführt ist, die sowohl zum Starten der Brennkraftmaschine als auch als Antriebsaggregat für das Hybridfahrzeug vorgesehen ist.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
    •
  • Es zeigt:
  • 1 eine stark schematisierte Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges;
  • 2 eine stark schematisierte Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges;
  • 3 mehrere miteinander korrespondierende Verläufe von Betriebsparametern verschiedener Komponenten des in 1 dargestellten Antriebsstranges während eines Startvorganges der Brennkraftmaschine im Zugbetrieb des Antriebsstranges; und
  • 4 mehrere miteinander korrespondierende Verläufe von Betriebsparametern verschiedener Komponenten des in 1 dargestellten Antriebsstranges während eines Startvorganges der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb des Antriebsstranges.
  • Bezug nehmend auf 1 ist ein Antriebsstrang 1 eines Hybridfahrzeuges stark schematisiert dargestellt. Der Antriebsstrang 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 2, eine elektrische Maschine 3, ein Getriebe 4 und einen Abtrieb 5. Zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 ist eine Einrichtung 6 zur Drehungleichförmigkeitsdämpfung sowie eine Kupplungseinrichtung 7 angeordnet.
  • Mittels der Kupplungseinrichtung 7 ist eine Wirkverbindung zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 herstellbar, um verschiedene Betriebszustände des Antriebsstranges 1 des Hybridfahrzeuges, wie einen alleinigen Antrieb über die elektrische Maschine 3, einen parallelen Antrieb über die Brennkraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 oder einen alleinigen Antrieb über die Brennkraftmaschine 2, durchführen zu können.
  • Darüber hinaus besteht durch die Anordnung der Kupplungseinrichtung 7 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine 2 erst bei Vorliegen der für einen Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 erforderlichen rotatorischen Energie der elektrischen Maschine 2 über die Kupplungseinrichtung 7 an die elektrische Maschine 3 derart zu koppeln, dass die Brennkraftmaschine 2 von der elektrischen Maschine 3 gestartet wird.
  • Die Einrichtung 6 zur Drehunförmigkeitsdämpfung, deren Einsatz vor allem bei als Dieselmotoren ausgestalteten Brennkraftmaschinen eine Erhöhung eines Fahrkomforts bewirkt, weist ein Feder-Dämpfer-System 8 auf, welches zwischen einer Primärmasse 9 und den eine Sekundärmasse der Einrichtung 6 darstellenden rotatorischen Massen der elektrischen Maschine 3 angeordnet ist. Die Wirkungsweise der Einrichtung 6 zur Drehunförmigkeitsdämpfung entspricht im Wesentlichen der Wirkungsweise herkömmlicher 2-Massen-Schwungräder, die Drehungleichförmigkeiten von Brennkraftmaschinen, die durch die veränderlichen Verbrennungsvorgänge der Brennkraftmaschine an deren Kurbelwelle auftreten, dämpfen. Über die Einrichtung 6 zur Drehungleichförmigkeitsdämpfung werden die durch die Drehungleichförmigkeiten im Antriebsstrang 1 verursachten Frequenzen derart verschoben, dass die Resonanzstellen unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 2 liegen, so dass diese von Insassen des Hybridfahrzeuges nicht wahrnehmbar sind.
  • Das Getriebe 4 ist vorliegend als ein herkömmliches Automatgetriebe mit integrierter Anfahrkupplung ausgeführt, über welches verschiedene Übersetzungen darstellbar sind, wobei das Getriebe 4 jedes an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann, das auch mit einem separaten Anfahrelement, wie einem hydrodynamischen Drehmomentwandler oder einer reibschlüssigen Kupplung, die nicht zur Darstellung einer Übersetzung in dem Automatgetriebe verwendet wird, kombiniert sein kann.
  • Die Kupplungseinrichtung 7 kann als Magnetpulverkupplung, als Trockenkupplung mit elektrischem oder hydraulischem Aktuator oder als Mehrscheibentrockenkupplung mit elektrischem oder hydraulischem Aktuator ausgeführt sein, wobei die Kupplungseinrichtung 7 jede an sich aus der Praxis bekannte und für den jeweilig vorliegenden Anwendungsfall geeignete schaltbare Kupplung sein kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Kupplungseinrichtung 7 in das Gehäuse der elektrischen Maschine 3 zu integrieren, wobei letztgenannte wiederum im Bereich eines Getriebeeingangs des Getriebes 4 in das Gehäuse des Getriebes 4 integriert sein kann.
  • Dabei kann die Kupplungseinrichtung 7 in ihrer baulichen Ausgestaltung einer Wandlerüberbrückungskupplung entsprechen und mit einem Blechgehäuse der elektrischen Maschine 3 gekoppelt sein. Dabei besteht die Möglichkeit, die Kupplungseinrichtung 7 und die elektrische Maschine 3 vorzugsweise im Gehäuse des Getriebes 4 anzuordnen, so dass das Getriebe mit der elektrischen Maschine eine bauliche Einheit bzw. ein einfach zu montierendes Modul ausbildet.
  • Darüber hinaus besteht durchaus die Möglichkeit, auch die Einrichtung zur Drehunförmigkeitsdämpfung in das Getriebe zu integrieren, wodurch der Modulcharakter des Getriebes im Bereich des Antriebsstranges weiter unterstützt wird.
  • Dabei kann ein an sich aus der Praxis bekanntes Automatgetriebe mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler sowie einer geregelten Wandlerüberbrückungskupplung dahingehend verändert sein, dass die elektrische Maschine zwischen der Kombination aus der Wandlerüberbrückungskupplung und dem hydrodynamischen Drehmomentwandler und dem Getriebe angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung des Antriebsstranges werden während eines brennkraftmaschinenseitigen Antriebs des Hybridfahrzeuges Anfahrvorgänge mittels des hydrodynamischen Drehmomentwandlers durchgeführt.
  • Die Ausführung des Antriebsstranges 1 mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler weist den Vorteil auf, dass die elektrische Maschine, welche bei allen beschriebenen Ausführungen des Antriebsstranges als so genannte Kurbelwellen-Starter-Generator-Einheit wirkt, durch die getriebeinterne Anordnung über den Kühlkreislauf des Getriebes 4 gekühlt werden kann und die in der elektrischen Maschine 3 entstehende Betriebswärme über den Ölkühler des Getriebes 4 auf einfache Art und Weise an die Umgebung abführbar ist.
  • Alternativ hierzu besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, die elektrische Maschine 3 in das Getriebe 4 zu integrieren, um die elektrische Maschine über den Kühlölhaushalt des Getriebes 3 zu kühlen, wenn die Kupplungseinrichtung beispielsweise als Magnetpulverkupplung, als Trockenkupplung mit elektrischem Aktuator oder als Mehrscheibentrockenkupplung mit elektrischem Aktuator ausgeführt ist.
  • Die Anordnung der Kupplungseinrichtung 7 zwischen der Brennkraftmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 stellt zusätzlich die Funktionalität einer Überlastschutzeinrichtung für das Feder-Dämpfer-System 8 dar, da das Feder-Dämpfer-System 8 bei brennkraftmaschinenseitigen Momentenspitzen des Antriebsmomentes in Antriebsstrang bis an seine maximale Auslegungsgrenze oder sogar darüber hinaus belastet wird und ein Dämpfer 8A des Feder-Dämpfer-Systems 8 voll eintaucht und auf Anschlag geht, wobei in diesem Zustand außer unzulässig hohen Bauteilbelastungen keine dämpfende Wirkung seitens des Dämpfers 8A mehr vorliegt.
  • Das bedeutet, dass das im Antriebsstrang 1 fließende Drehmoment im Bereich des Feder-Dämpfer-Systems 8 für eine bestimmte Zeit in die Bauteile des Feder-Dämpfer-Systems 8 ungedämpft eingeleitet wird, was nachteilhafterweise zu unerwünscht hohen Bauteilbelastungen führt, die unter Umständen Bauteilschädigungen verursachen.
  • Mit der Kupplungseinrichtung 7 besteht nunmehr bei Auftreten derartiger Momentenspitzen die Möglichkeit, diese in der Kupplungseinrichtung durch einen kurzzeitigen definierten Schlupf, d. h. einem kurzzeitigen Aufreißen der Kupplungseinrichtung 7, abzubauen, wenn die Kupplungseinrichtung 7 mit einer stufenlos variierbaren Übertragungsfähigkeit, wie eine reibschlüssige Lamellenkupplung oder dergleichen, ausgeführt ist. Dadurch kann das Feder-Dämpfer-System 8 im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen mit geringeren Sicherheitsfaktoren, welche grundsätzlich eine Überdimensionierung des Systems bedeuten, ausgeführt werden und sowohl ein Bauraumbedarf als auch Herstellkosten des Systems reduziert werden.
  • Neben den vorbeschriebenen brennkraftmaschinenseitigen Momentenspitzen im Antriebsstrang können Drehmomentüberhöhungen im Antriebsstrang auch während bestimmter Fahrsituationen auftreten, wie beispielsweise beim Überfahren eines Bordsteines oder beim Überfahren eines rutschigen Untergrundes, die im Antriebsstrang 1 ausgehend vom Abtrieb 5 bis hin zum Feder-Dämpfer-System 8 wirken. Auch in diesem Fall kann es vorgesehen sein, dass die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 derart eingestellt ist, dass die Drehmomentüberhöhungen im Antriebsstrang 1 im Bereich der Kupplungseinrichtung 7 durch einen während des Zeitraums der Drehmomentüberhöhungen auftretenden Schlupfbetrieb in der Kupplungseinrichtung 7 abgebaut werden und daher nicht ungedämpft mit voller Höhe in das Feder-Dämpfer-System 8 eingeleitet werden. Nach dem Auftreten der Drehmomentspitzen wird der definierte Schlupfbetrieb in der Kupplungseinrichtung 7 beendet, um unerwünschte Verlustleistungen im Antriebsstrang zu vermeiden.
  • Entspricht die bauliche Ausführung der Kupplungseinrichtung 7 der einer geregelten Wandlerkupplung, kann es vorgesehen sein, dass die in das Gehäuse des Getriebes integrierte Kupplungseinrichtung über ein hydraulisches Steuersystem des Getriebes angesteuert wird und eine Druckanbindung über eine hohlgebohrte Getriebeeingangswelle des Getriebes 4 realisiert ist. Der Rücklauf der Kupplungseinrichtung 7 in den Sumpf des Getriebes 4 kann beispielsweise als eine von der Wandlerglocke des hydrodynamischen Drehmomentwandlers ausgehende Schlauchlösung oder als eine in einem Kurbelwellenstumpf angeordnete Rückführung ausgestaltet sein. Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, die Kupplungseinrichtung 7 mit einem eigenen geschlossenen Ölkreislauf auszuführen, wenn die in der Kupplungseinrichtung bzw. in der Wandlerkupplung auftretende Reibungswärme im Bereich der Wandlerglocke an die Umgebung abführbar ist.
  • In 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges in stark schematisierter Darstellung gezeigt, welches sich von dem in 1 dargestellten Antriebsstrang im Bereich der Einrichtung 6 zur Drehunförmigkeitsdämpfung und der Anordnung der Kupplungseinrichtung 7 im Leistungsfluss des Antriebsstranges 1 unterscheidet.
  • Bei dem in 2 dargestellten Antriebsstrang 1 ist die Kupplungseinrichtung 7 zwischen der Einrichtung 6 und der elektrischen Maschine 3 angeordnet, wobei das Feder-Dämpfer-System 8 zwischen der Primärmasse 9 und einer vorliegend als separates Bauteil ausgeführten Sekundärmasse 10 der Einrichtung 6 zur Drehunförmigkeitsdämpfung angeordnet ist. Die Kupplungseinrichtung 7 ist zwischen der Sekundärmasse 10, der Einrichtung 6 und der elektrischen Maschine 3 angeordnet. Auch bei dieser Ausgestaltung des Antriebsstranges 1 besteht die Möglichkeit, die Einrichtung 6 gemeinsam mit der Kupplungseinrichtung 7 und der elektrischen Maschine 3 in das Gehäuse des Getriebes 4 zu integrieren. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Einrichtung 6, welche auf der der Brennkraftmaschine 2 zugewandten Seite der Kupplungseinrichtung 7 angeordnet ist, der Brennkraftmaschine 2 zuzuordnen und die Kupplungseinrichtung 7 gemeinsam mit der elektrischen Maschine 3 in das Getriebe 4 zu integrieren.
  • Selbstverständlich liegt es im Ermessen des Fachmannes, aus den einzelnen Komponenten des in 1 bzw. des in 2 dargestellten Antriebsstranges 1 in geeigneter Art und Weise Module zu bilden, um die Montage der einzelnen Komponenten des Antriebsstranges in das Hybridfahrzeug zu vereinfachen. So besteht durchaus auch die Möglichkeit, die Einrichtung 6 bei dem in 2 dargestellten Antriebsstrang 1 an die Brennkraftmaschine zu koppeln, die Kupplungseinrichtung in das Gehäuse der elektrischen Maschine zu integrieren und die elektrische Maschine 3 und die Kupplungseinrichtung 7 als separates Modul auszuführen, dass nicht in das Gehäuse des Getriebes 4 integriert ist.
  • Anhand in 3 dargestellter Verläufe verschiedener Betriebsparameter des Antriebsstranges 1 gemäß 1 wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges zunächst im Zugbetrieb des Antriebsstranges 1 exemplarisch näher erläutert. Anschließend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Darstellung in
  • 4 während eines Schubbetriebes des Antriebsstranges gemäß 1 beschrieben.
  • 3 zeigt mehrere miteinander korrespondierende Verläufe von Betriebsparametern der verschiedenen Komponenten des in 1 dargestellten Antriebsstranges 1 während eines Anfahrvorganges eines Hybridfahrzeuges, der zunächst nur über die elektrische Maschine 3 durchgeführt wird. Mit zunehmender Zeit t wird die Brennkraftmaschine 2 mittels der elektrischen Maschine 3 gestartet und anschließend als Antriebsaggregat zum Antreiben des Hybridfahrzeuges eingesetzt.
  • Zwischen den in 3 dargestellten Zeitpunkten T_0 und T_1 findet ein Anfahrvorgang bzw. eine Anfahrphase eines Hybridfahrzeuges statt, bei dem das Hybridfahrzeug alleine von der elektrischen Maschine 3 angetrieben wird. Ausgehend vom Zeitpunkt T_0, welcher vorliegend prinzipiell den Startzeitpunkt des Anfahrvorganges charakterisiert, wird eine Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 des Antriebsstranges 1, welches vorliegend auch als ein Schaltelement zur Darstellung wenigstens einer Anfahrübersetzung des als Automatgetriebe ausgeführten Getriebes 4 mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit ausgebildet ist, mit zunehmender Zeit t bis hin zum Zeitpunkt T_1 stetig reduziert. Aufgrund der zunehmenden Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 11 steigt ein am Abtrieb 5 anliegendes Abtriebsmoment m_ab an.
  • Eine Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 verläuft während des Anfahrvorganges des Hybridfahrzeuges einer fahrerseitigen Leistungsanforderung entsprechend nahezu konstant, während eine Abtriebsdrehzahl n_ab zwischen den beiden Zeitpunkten T_0 und T_1 aufgrund des zunehmenden Abtriebsmomentes m_ab stetig ansteigt.
  • Des Weiteren ist eine Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2 sowie ein über die Kupplungseinrichtung 7 führbares Drehmoment m_kuppl während der Anfahrphase Null oder aufgrund von zwischen den beiden Kupplungshälften der Kupplungseinrichtung 7 wirkenden Schleppmomenten wenigstens annähernd Null, da die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 derart eingestellt ist, dass über die Kupplungseinrichtung 7 nahezu kein Drehmoment führbar ist und die Brennkraftmaschine 2 ausgeschaltet ist.
  • Zum Zeitpunkt T_1 beginnt eine Startphase für die Brennkraftmaschine mit einer so genannten Vorbereitungsphase für einen Schwungstart der Brennkraftmaschine 2 über die elektrische Maschine 3, wobei die Steuerung und Regelung des Antriebsstranges 1 in der nachbeschriebenen Art und Weise erfolgt, dass im Antriebsstrang 1 während der Startphase für einen Fahrer spürbare antriebsstrangseitige Reaktionsmomente vermieden werden.
  • Zum Zeitpunkt T_1 wird die Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 auf einen vordefinierten Drehzahlwert n_KSG_max angehoben, bei der die elektrische Maschine 3 eine derartige rotatorische Energie aufweist, dass die Brennkraftmaschine 2 bei aktivierter Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 3 und der Brennkraftmaschine 2 von der elektrischen Maschine 3 auf ihre Startdrehzahl bringbar ist, ohne dass im Antriebsstrang 1 für einen Fahrer einen Fahrkomfort beeinträchtigende Reaktionen spürbar sind.
  • Gleichzeitig wird eine Übertragungsfähigkeit des sich im Kraftfluss des Antriebsstranges 1 befindlichen Schaltelementes 11, welches vorliegend das in das Getriebe 4 integrierte und vorgenannte Anfahrelement des Antriebsstranges 1 ist, oder eines sich zur Darstellung der aktuell in dem Getriebe 4 eingelegten Übersetzung im Kraftfluss des Antriebsstranges befindlichen Schaltelementes mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit, wie eine reibschlüssige Lamellenkupplung oder dergleichen, derart eingestellt, dass das Anheben der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 keine Veränderung des am Abtrieb 5 anliegenden Abtriebsmomentes m_ab zur Folge hat. Das bedeutet, dass die mit der Drehzahlerhöhung der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine einhergehende Drehmomenterhöhung der elektrischen Maschine 3 keine Veränderung des Abtriebsmomentes m_ab am Abtrieb 5 bewirkt.
  • Dies wird dadurch erreicht, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 11 des Antriebsstranges 1 derart eingestellt wird, dass die Erhöhung des von der elektrischen Maschine 3 abgegebenen Antriebsmomentes im Bereich des Anfahrelementes durch einen definierten Schlupfbetrieb kompensiert wird und nur derjenige Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine 3 in Richtung des Abtriebs 5 weitergeleitet wird, der vorzugsweise einer fahrerseitigen Leistungsanforderung bzw. einem von einem zur Steuerung des Antriebsstranges herangezogenen Fahrprogramm und dem jeweiligen Betriebszustand entsprechend zum Abtrieb 5 weiterzuleitenden Drehzahlwert entspricht. Somit ist gewährleistet, dass während der gesamten Startphase das gewünschte Abtriebsmoment am Abtrieb 5 vorliegt. Dieser gesteuert und geregelt eingestellte Schlupfbetrieb des Anfahrelementes des Getriebes 4 wird durch den Verlauf der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes nach dem Zeitpunkt T_1 in 3 grafisch wiedergegeben.
  • Zu einem Zeitpunkt T_2 wird die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 über eine Rampenfunktion auf einen oberen Wert der Übertragungsfähigkeit angehoben, bei der die Brennkraftmaschine 2 mit der elektrischen Maschine 3 gekoppelt ist. Anschließend ist ein Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 2 ohne Schlupf in der Kupplungseinrichtung 7 in Richtung des Abtriebs 5 über die Kupplungseinrichtung 7 führbar. Hiervon abweichend ist die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 auch über andere geeignete Funktionen auf den erforderlichen Wert bringbar.
  • Die Erhöhung der Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 ist in 2 implizit durch den Verlauf des über die Kupplungseinrichtung 7 führba ren Antriebsmomentes m_kuppl grafisch dargestellt, wobei die Erhöhung des über die Kupplungseinrichtung 7 führbaren Drehmomentes m_kuppl eine Reduzierung der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 sowie der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 bewirkt, da ein zunehmender Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine 3 in Richtung der Brennkraftmaschine 2 geführt wird. Mit zunehmender Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 steigt die Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2 an, wobei die Anknüpfung der rotatorischen Massen der Brennkraftmaschine 2 an die elektrische Maschine 3 die Reduzierung der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 und die Verringerung der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 bewirkt.
  • Zu einem Zeitpunkt T_3 entspricht die Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2 der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 und die Kupplungseinrichtung 7 ist synchron. Zu einem Zeitpunkt T_4 ist das Schaltelement 11 nahezu synchron, wobei nach dem Zeitpunkt T_4 eine Regelung der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 durch eine entsprechende Drehzahlführung der Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2, die durch einen Motoreingriff vorgenommen wird, erfolgt. In synchronem Zustand des Schaltelementes 11 wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 11 derart eingestellt, dass das am Abtrieb 5 anliegende Abtriebsmoment m_ab in Abhängigkeit des von der Brennkraftmaschine 2 und/oder der elektrischen Maschine 3 abgegebenen Drehmomentes variiert. Das bedeutet, dass das am Abtrieb 5 anliegende Abtriebsmoment m_ab nicht mehr über den in dem Schaltelement 11 eingestellten Schlupf gesteuert und geregelt wird.
  • Daran anschließend besteht in Abhängigkeit der Steuerungslogik des Antriebsstranges 1 die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 gleichzeitig zum Antreiben des Hybridfahrzeuges zu verwenden, oder den Antrieb über die Brennkraftmaschine 2 bzw. die elektrische Maschine 3 alleine auszuführen. Wird über die Brennkraftmaschine 3 ein An triebsmoment erzeugt, welches höher ist als ein angefordertes Abtriebsmoment, besteht die Möglichkeit, die elektrische Maschine 3 generatorisch zu betreiben und die von der elektrischen Maschine 3 erzeugte elektrische Energie in einen Energiespeicher des Hybridfahrzeuges einzuspeisen.
  • Der vorbezeichnete vordefinierte Drehzahlwert n_KSG_max, der zum Starten der Brennkraftmaschine 2 durch die elektrischen Maschine 3 erforderlich ist, wird in Abhängigkeit des zum Zeitpunkt T_1 aktuell vorliegenden Betriebszustandes des Antriebsstranges 1 aus der für den Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 erforderlichen rotatorischen Energie der elektrischen Maschine 3 berechnet. Bei dieser Berechnung des Drehzahlwertes n_KSG_max der elektrischen Maschine 3 wird zusätzlich berücksichtigt, dass während des Startvorganges ein Synchronpunkt des Schaltelementes 11 des Getriebes 4, das während des Beschleunigungsvorganges der elektrischen Maschine 3 nach dem Zeitpunkt T_1 in einem Schlupfzustand betrieben wird, nach dem Einrücken der Kupplungseinrichtung 7 nicht erreicht bzw. nicht unterschritten wird, da bei einem Unterschreiten des Synchronpunktes im Antriebsstrang 1 ein Lastwechsel von einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb auftritt, der unerwünschte Reaktionen im Antriebsstrang, insbesondere im Bereich von Verzahnungen, zur Folge hat.
  • Dies resultiert aus der Tatsache, dass während der Beschleunigungsphase der elektrischen Maschine 3, bei der das Anfahrelement des Getriebes 4 schlupfend betrieben wird, eine Eingangsdrehzahl des Anfahrelementes, d. h. eine mit der elektrischen Maschine 3 in Wirkverbindung stehende Hälfte des Anfahrelementes, mit einer größeren Drehzahl umläuft, als die damit korrespondierende Hälfte des Anfahrelementes, welche mit dem Abtrieb 5 des Antriebsstranges 1 verbunden ist. In diesem Betriebszustand des Anfahrelementes wird dem Abtrieb 5 jeweils ein Wert des Abtriebsmomentes zugeführt, der in Abhängigkeit der eingestellten Übertragungsfähigkeit des Anfahrelementes entspricht und von dem aktuell von der elektrischen Maschine 3 abgegebenen Antriebsmoment im Wesentlichen unabhängig ist. Dieser Zustand ist bei dem vorliegend als positiver Schlupfbetrieb des Anfahrelementes bezeichneten Zustandes des Anfahrelementes bis hin zum Synchronpunkt des Anfahrelementes gegeben. Das bedeutet, dass das am Abtrieb 5 anliegende Abtriebsmoment im positiven Schlupfbetrieb des Anfahrelementes unabhängig von in dem Teil des Antriebsstranges 1 auftretenden Drehmomentschwankungen ist, der zwischen dem Anfahrelement und der Brennkraftmaschine 2 liegt.
  • Wird der brennkraftmaschinenseitige Teil des Antriebstranges 1 durch das Schließen der Kupplungseinrichtung 7 und das damit einhergehende Starten der Brennkraftmaschine 2 durch die Trägheit der über die Kupplungseinrichtung 7 zugeschalteten rotatorischen Massen des auf der dem Abtrieb 5 abgewandten Seite der Kupplungseinrichtung 7 befindlichen Teils des Antriebsstranges 1 derart abgebremst, dass das Anfahrelement seinen Synchronpunkt erreicht bzw. diesen sogar unterschreitet, sinkt das Abtriebsmoment am Abtrieb entgegen einer fahrerseitigen Leistungsanforderung oder einer anderweitigen Steuerungsvorgabe ab, was jedoch unerwünscht ist.
  • Der beim Unterschreiten des Synchronpunktes des Anfahrelementes im Antriebsstrang 1 auftretende Lastwechsel, der im Betrieb des Antriebsstranges 1 ein den Fahrkomfort verminderndes Ereignis darstellt und von einem Fahrer des Hybridfahrzeuges unter Umständen als Schlag bzw. Stoß wahrgenommen wird, hat auch kurzfristige und unerwünscht hohe Bauteilbelastungen zur Folge. Ein solcher Stoß bzw. Schlag steht in Abhängigkeit von Bauteilelastizitäten und Bauteiltoleranzen der einzelnen Bauteile des Antriebsstranges, welche sich aufgrund der Vielzahl der Bauteile in nicht unerheblichem Maße aufsummieren.
  • Insbesondere im Bereich von Verzahnungen ist es zu beobachten, dass die Anlage bei einem Lastwechsel zwischen zwei miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern von einer Zahnflanke der Zähne auf die jeweils andere Zahnflanke wechselt. Bei diesem Wechsel richten sich die Bauteile neu aus. Während des Ausrichtens der Bauteile befinden sich diese in einem lastfreien Zustand, in welchem die Bauteile ungebremst beschleunigt werden. Kommen die Verzahnungen an ihren jeweils gegenüberliegenden Zahnflanken wieder in Anlage, werden sie schlagartig abgebremst. Je schneller und ungedämpfter ein solcher Lastwechsel stattfindet, desto härter ist der Schlag beim Anlegen an den Zahnflanken.
  • Speziell im Zugbetrieb eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges und bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine durch die elektrische Maschine wird eine gute Fahrqualität angestrebt, da der Fahrer mit keiner auffälligen antriebsstrangseitigen Reaktion rechnet.
  • Derartige Reaktionen werden mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache Art und Weise vermieden, da im Antriebsstrang 1 eines Hybridfahrzeuges mittels des Anfahrelementes oder eines anderen sich im Kraftfluss des Antriebsstranges befindlichen Schaltelementes durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine derartige Elastizität im Antriebsstrang zur Verfügung gestellt werden kann, mittels der antriebsstrangseitige und die Fahrqualität vermindernde Reaktionen im Antriebsstrang gedämpft werden können.
  • Das bedeutet, dass während des erfindungsgemäßen Verfahrens der Drehzahlwert n_KSG_max, auf welchen die Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 während der Startphase der Brennkraftmaschine 2 angehoben wird, derart über einen in die Motorsteuerung und/oder in die Getriebesteuerung und/oder in einen übergeordneten Momentenmanager implementierten Algorithmus berechnet wird, dass ein Unterschreiten des Synchronpunktes des Anfahrelementes während der Startvorganges der Brennkraftmaschine sicher vermieden wird.
  • 4 zeigt die in 3 dargestellten Verläufe der Betriebsparameter der verschiedenen Komponenten des in 1 dargestellten Antriebsstranges 1 während eines Schubbetriebes des Antriebsstranges 1, wobei am Abtrieb 5 des Antriebsstranges 1 zunächst ein dem Schubmoment entgegenwirkendes Bremsmoment anliegt, welches über die generatorisch betriebene elektrische Maschine 3 erzeugt wird. Mit zunehmender Zeit t wird die Brennkraftmaschine 2 mittels der elektrischen Maschine 3 gestartet und anschließend als Motorbremse zum Bremsen des Hybridfahrzeuges eingesetzt.
  • Zwischen den in 4 dargestellten Zeitpunkten T_5 und T_6 findet eine Schubfahrt mit abgeschalteter Brennkraftmaschine 2 eines Hybridfahrzeuges statt, bei dem am Abtrieb 5 eines Hybridfahrzeuges ein dem Schubmoment entgegenwirkendes Bremsmoment alleine von der elektrischen Maschine 3 erzeugt wird.
  • Zum Zeitpunkt T_6, welcher den Startzeitpunkt für eine Vorbereitungsphase des Antriebsstranges 1 für einen Schwungstart der Brennkraftmaschine 2 durch die elektrische Maschine 3 darstellt, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 11 derart reduziert, dass die Differenzdrehzahl nd_SE bei Vorliegen der Kupplungseinrichtung 7 mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der im Wesentlichen über die Kupplungseinrichtung 7 kein Drehmoment führbar ist, synchron ist und das von der elektrischen Maschine 3 erzeugte Bremsmoment über das Schaltelement 11 am Abtrieb 5 abgestützt wird.
  • Dabei entspricht das über das Schaltelement 11 geführte Bremsmoment der elektrischen Maschine 3 einer Fahrerwunschvorgabe bzw. einer Vorgabe eines in einem Steuergerät abgelegten Fahrprogramms. Anschließend wird die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 angehoben, so dass die Brennkraftmaschine 2 zunehmend von der elektrischen Maschine 3 angetrieben wird. Dabei steigt das von der Kupplungseinrichtung 7 übertragene Drehmoment m_kuppl in der in 4 dargestellten Art und Weise zwischen dem Zeitpunkt T_6 und einem Zeitpunkt T_7 zunehmend an, wobei mit steigender Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 die Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 abnimmt und die Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2 angehoben wird.
  • Dadurch, dass durch die Herstellung der Wirkverbindung zwischen der elektrischen Maschine 3 und der Brennkraftmaschine 2 über die Kupplungseinrichtung 7 zunehmend Drehmoment von der elektrischen Maschine 3 auf die Brennkraftmaschine 2 übertragen wird, liegt an der der elektrischen Maschine 3 zugewandten Hälfte des Schaltelementes 11 ein höheres Bremsmoment an, als dies vor dem Zuschalten der Brennkraftmaschine 2 der Fall war. Da die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 11 vor dem Zuschalten der Brennkraftmaschine 2 derart reduziert wurde, dass lediglich ein vordefinierter Drehmomentwert über das Schaltelement 11 am Abtrieb 5 abstützbar ist, geht das Schaltelement 11 in einen Schlupfbetrieb über, was in 4 durch ein Ansteigen der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 grafisch wiedergegeben ist.
  • Das Schaltelement 11 weist dabei einen derart definierten Schlupf auf, dass über das Schaltelement 11 nach wie vor der vor dem Zuschalten der Brennkraftmaschine 3 am Abtrieb 5 abgestützte Drehmomentwert am Abtrieb 5 anliegt und für den Fahrer keine durch den Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 verursachten Reaktionsmomente durch eine Veränderung des am Abtrieb 5 abgestützten Bremsmomentes bemerkbar sind.
  • Um die Brennkraftmaschine 2 an die elektrische Maschine 3 anzukoppeln, wird die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 zu einem Zeitpunkt T_8 über eine Rampenfunktion auf einen oberen Wert der Übertragungsfähigkeit angehoben, bei der die Brennkraftmaschine 2 mit der elektrischen Maschine 3 verbunden ist. Anschließend ist ein Antriebsmoment der Brennkraftmaschine 2 ohne Schlupf in der Kupplungseinrichtung 7 in Richtung des Abtriebs 5 über die Kupplungseinrichtung 7 führbar. Hiervon abweichend ist die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 auch über andere geeignete Funktionen auf den erforderlichen Wert bringbar.
  • Die Erhöhung der Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 ist in 4 implizit durch den Verlauf des über die Kupplungseinrichtung 7 führbaren Antriebsmomentes m_kuppl grafisch dargestellt, wobei die Erhöhung des – über die Kupplungseinrichtung 7 führbaren Drehmomentes m kuppl eine Reduzierung der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 sowie der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 des Getriebes 4 bewirkt, und wobei ein zunehmender Anteil des Schubmomentes des Abtriebes 5, welches die elektrische Maschine 3 antreibt, in Richtung der Brennkraftmaschine 2 geführt wird. Des Weiteren steigt mit zunehmender Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung 7 die Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2 an, wobei die Anknüpfung der rotatorischen Massen der Brennkraftmaschine 2 an die elektrische Maschine 2 die Reduzierung der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 und die Vergrößerung der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 bewirkt.
  • Zu einem Zeitpunkt T_9 entspricht die Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2 der Drehzahl n_KSG der elektrischen Maschine 3 und die Kupplungseinrichtung 7 ist synchron. Zu einem Zeitpunkt T_7 ist das Schaltelement 11 nahezu synchron, wobei nach dem Zeitpunkt T_7 eine Regelung der Differenzdrehzahl nd_SE des Schaltelementes 11 durch eine entsprechende Drehzahlführung der Drehzahl n_mot der Brennkraftmaschine 2, die durch einen Motoreingriff vorgenommen wird, erfolgt. In synchronem Zustand des Schaltelementes 11 wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 11 derart eingestellt, dass das am Abtrieb 5 anliegende Bremsmoment in Abhängigkeit des von der Brennkraftmaschine 2 und/oder der elektrischen Maschine 3 erzeugten Bremsmomentes variiert. Das bedeutet, dass das am Abtrieb 5 anlie gende Bremsmoment nicht mehr über den in dem Schaltelement 11 eingestellten Schlupf gesteuert und geregelt wird.
  • Daran anschließend besteht in Abhängigkeit der Steuerungslogik des Antriebsstranges 1 die Möglichkeit, die Brennkraftmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 gleichzeitig zum Erzeugen eines Bremsmomentes bzw. als Motorbremse des Hybridfahrzeuges zu verwenden, oder die Brennkraftmaschine 2 bzw. die elektrische Maschine 3 jeweils alleine als Motorbremse zu verwenden. Das Schaltelement 11, welches bei den Antriebssträngen gemäß 1 und 2 in das Getriebes 4 integriert ist, kann selbstverständlich bei weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Antriebsstranges im Leistungsfluss des Antriebsstranges auch als separates Schaltelement vor oder nach dem Getriebe 4 zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Abtrieb 5 des Antriebsstranges 1 angeordnet sein, um in Antriebsstrang im Bereich zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Abtrieb 5 eine derartige Elastizität zur Verfügung stellen zu können, dass während eines Startvorganges der Brennkraftmaschine 2 für einen Fahrer keine aus dem Startvorgang der Brennkraftmaschine 2 resultierenden Reaktionsmomente spürbar sind.
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Brennkraftmaschine
    3
    elektrische Maschine
    4
    Getriebe
    5
    Abtrieb
    6
    Einrichtung zur Drehunförmigkeitsdämpfung
    7
    Kupplungseinrichtung
    8
    Feder-Dämpfer-System
    9
    Primärmasse
    10
    Sekundärmasse
    11
    Schaltelement
    m_ab
    Abtriebsmoment
    m_kuppl
    Drehmoment der Kupplungseinrichtung
    nd_SE
    Differenzdrehzahl des Schaltelementes
    n_ab
    Abtriebsdrehzahl
    n_KSG
    Drehzahl der elektrischen Maschine
    n_KSG_max
    definierter Drehzahlwert
    n_mot
    Drehzahl der Brennkraftmaschine
    T_0 – T_9
    diskreter Zeitpunkt
    t
    Zeit

Claims (18)

  1. Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges (1) eines Hybridfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einer elektrischen Maschine (3), mit einem zwischen der elektrischen Maschine (3) und einem Abtrieb (5) in einem Kraftfluss des Antriebsstranges (1) angeordneten und mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit ausgeführten Schaltelement (11) und einer zwischen der elektrischen Maschine (3) und der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Kupplungseinrichtung (7), über die die elektrische Maschine (3) und die Brennkraftmaschine (2) in Wirkverbindung bringbar sind, wobei das Hybridfahrzeug wahlweise über die elektrische Maschine (3) und/oder über die Brennkraftmaschine (2) antreibbar ist und die Brennkraftmaschine (2) mittels der elektrischen Maschine (3) durch Herstellen der Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine (2) über die Kupplungseinrichtung (7) startbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Betrieb des Antriebsstrangs (1) die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) während des Startvorganges der Brennkraftmaschine (2) derart eingestellt wird, dass am Abtrieb des Antriebsstranges (1) ein von dem Startvorgang der Brennkraftmaschine (2) unabhängiges Drehmoment anliegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Zugbetrieb des Antriebsstrangs (1) das Antriebsmoment der elektrischen Maschine (3) bei Vorliegen der Kupplungseinrichtung (7) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der im Wesentlichen kein Drehmoment über die Kupplungseinrichtung (7) führbar ist, während eines Startvorganges der Brennkraftmaschine (2) erhöht wird und die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) derart eingestellt wird, dass am Abtrieb des Antriebsstranges (1) ein von der Erhöhung des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine (3) unabhängiges Drehmoment anliegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) derart eingestellt wird, dass das Schaltelement (11) während der Erhöhung des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine (3) schlupfend betrieben wird und nur ein Teil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine (3) über das Schaltelement (11) in Richtung des Abtriebs (5) geführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsmoment der elektrischen Maschine (3) auf einen zu einer für den Start der Brennkraftmaschine (2) erforderlichen rotatorischen Energie der elektrischen Maschine (3) äquivalenten Drehzahlwert (n_KSG_max) erhöht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen des Drehzahlwertes (n_KSG_max) der elektrischen Maschine (3) die Übertragungsfähigkeit der Kupplungseinrichtung (7) derart angehoben wird, dass die Brennkraftmaschine (2) von der elektrischen Maschine (3) gestartet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlwert (n_KSG_max) der elektrischen Maschine (3) mindestens einem derartigen Wert entspricht, dass ein Lastwechsel des Antriebsstranges (1) während des Startvorgangs der Brennkraftmaschine (2) vom Zugbetrieb in den Schubbetrieb unterbleibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schubbetrieb des Antriebsstrangs (1) die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) während eines Startvorganges der Brennkraftmaschine (2) derart eingestellt wird, dass eine während des Startvorganges der Brennkraftmaschine (2) auftretende Reduzierung des Antriebsmomentes der elektri schen Maschine (3) im Bereich des Schaltelementes (11) durch einen Schlupfbetrieb des Schaltelementes (11) ausgeglichen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) während des Schubbetriebs des Antriebsstranges (1) zur Darstellung eines dem Schubmoment des Abtriebs (5) entgegenwirkenden Bremsmomentes generatorisch betrieben wird und der Startvorgang der Brennkraftmaschine (2) bei Vorliegen einer Drehzahl (n_KSG) der elektrischen Maschine (3) größer als die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (2) durchgeführt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) während des Startvorganges der Brennkraftmaschine (2) derart gesteuert und geregelt wird, dass über das Schaltelement (11) ein am Abtrieb (5) anzulegendes und vordefiniertes Bremsmoment der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine (3) ab Abtrieb (5) abstützbar ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) derart eingestellt wird, dass das am Abtrieb (5) anliegende Drehmoment einer fahrerseitigen Leistungsanforderung entspricht.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (11) derart eingestellt wird, dass das am Abtrieb (5) anliegende Drehmoment einem von einem Fahrprogramm vorgegebenen Drehmomentwert entspricht.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (2) nach dem Starten derart gesteuert und geregelt wird, dass eine Drehzahl (n_mot) der Brennkraftmaschine (2) größer oder gleich einer Synchrondrehzahl des Schaltelementes (11) ist.
  13. Antriebsstrang (1) eines Hybridfahrzeuges mit einer Brennkraftmaschine (2), mit einer elektrischen Maschine (3), mit einem zwischen der elektrischen Maschine (3) und einem Abtrieb (5) in einem Kraftfluss des Antriebsstranges (1) angeordneten und mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit ausgeführten Schaltelement (11) und einer zwischen der elektrischen Maschine (3) und der Brennkraftmaschine (2) angeordneten Kupplungseinrichtung (7), über die die elektrische Maschine (3) und die Brennkraftmaschine (2) in Wirkverbindung bringbar sind, wobei das Hybridfahrzeug wahlweise über die elektrische Maschine (3) und/oder über die Brennkraftmaschine (2) antreibbar ist und die Brennkraftmaschine (2) mittels der elektrischen Maschine (3) durch Herstellen der Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine (2) über die Kupplungseinrichtung (7) startbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennkraftmaschine (2) und der elektrischen Maschine eine Einrichtung (6) zur Drehunförmigkeitsdämpfung vorgesehen ist, die wenigstens teilweise im einem Gehäuse eines Getriebes (4) integriert ist.
  14. Antriebsstrang nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) zur Drehunförmigkeitsdämpfung wenigstens eine Primärmasse (9) und eine Sekundärmasse (10) aufweist, welche über ein Feder-Dämpfer-System (8) miteinander gekoppelt sind.
  15. Antriebsstrang nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinrichtung (7) zwischen der Primärmasse (9) und der Sekundärmasse angeordnet ist, wobei die Primärmasse (9) auf der der Brennkraftmaschine (2) zugewandten Seite der Kupplungseinrichtung (7) und die Sekundärmasse auf der der elektrischen Maschine (3) zugewandten Seite der Kupplungseinrichtung (7) angeordnet ist.
  16. Antriebsstrang nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die rotatorischen Massen der elektrischen Maschine (3) die Sekundärmasse der Einrichtung (6) zur Drehunförmigkeitsdämpfung bilden.
  17. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Kupplungseinrichtung (7) als auch die Einrichtung (6) zur Drehunförmigkeitsdämpfung im Gehäuse des Getriebes (4) integriert sind.
  18. Antriebsstrang nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (11) im Leistungsfluss des Antriebsstranges (1) ausgehend von der elektrischen Maschine (3) in Richtung des Abtriebs (5) vor, im oder nach dem Getriebe (4) angeordnet ist.
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