DE102006031684A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb, mit einem Automatgetriebe, mit einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordneten Kupplung sowie mit einer zwischen dem Elektromotor und dem Automatgetriebe angeordneten Kupplung oder Wandlereinrichtung, wobei dann, wenn der Antriebsstrang ausschließlich vom Elektromotor angetrieben wird, der Verbrennungsmotor dadurch gestartet werden kann, dass die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung geschlossen wird. Erfindungsgemäß wird zum Starten des Verbrennungsmotors die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung während der Ausführung einer Rückschaltung geschlossen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines zumindest ein Automatgetriebe und einen Hybridantrieb umfassenden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe. Ein Getriebe wandelt Drehmomente und Drehzahlen und setzt so das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats um. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der zumindest ein Automatgetriebe und als Antriebsaggregat einen Hybridantrieb umfasst.
  • Aus der US 2005/0221947 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines ein Automatgetriebe und einen Hybridantrieb umfassenden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei einerseits zwischen einem Verbrennungsmotor des Hybridantriebs und einem Elektromotor des Hybridantriebs eine Kupplung und andererseits zwischen dem Elektromotor des Hybridantriebs und dem Automatgetriebe eine weitere Kupplung angeordnet ist. Dann, wenn der Antriebsstrang ausschließlich vom Elektromotor des Hybridantriebs angetrieben wird, kann nach diesem Stand der Technik der Verbrennungsmotor des Hybridantriebs dadurch gestartet werden, dass während der Ausführung einer Hochschaltung durch das Automatgetriebe des Antriebsstrangs die zwischen dem Verbrennungsmotor des Hybridantriebs und dem Elektromotor desselben angeordnete Kupplung geschlossen wird. Nach der US 2005/0221947 A1 dient hierbei der Elektromotor des Hybridantriebs dem Starten des Verbrennungsmotors des Hybridantriebs, wodurch sich hierdurch am Getriebeausgang des Automatgetriebes eine Drehmomentänderung einstellen kann, die von einem Fahrer üblicherweise als störend empfunden wird.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein Verfahren zum Betreiben eines ein Automatgetriebe und einen Hybridantrieb umfassenden Antriebsstrangs zu schaffen, bei welchen das Starten des Verbrennungsmotors so gut wie nicht spürbar ist.
  • Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird zum Starten des Verbrennungsmotors die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung während der Ausführung einer Rückschaltung geschlossen.
  • Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, den Verbrennungsmotor eines Hybridantriebs während der Ausführung einer Rückschaltung zu starten. Hierdurch kann sich zwar die Schaltdauer der Rückschaltung geringfügig verlängern, am Getriebeausgang des Automatgetriebes ist jedoch so gut wie keine Drehmomentänderungen feststellbar und demnach ist der Start des Verbrennungsmotors für einen Fahrer nicht spürbar.
  • Vorzugsweise wird die zwischen dem Verbrennungsmotor des Hybridantriebs und dem Elektromotor derselben angeordnete Kupplung dann geschlossen, wenn sich in Folge der auszuführenden Rückschaltung eine Drehzahlerhöhung am Getriebeeingang des Automatgetriebes einstellt.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Verbrennungsmotor derart während der Rückschaltung gestartet, dass spätestens mit Beendigung der Rückschaltung ein Anschleppen des Verbrennungsmotors abgeschlossen ist und derselbe demnach ein positives Abtriebsmoment bereitstellt. Während des Anschleppens des Verbrennungsmotors wird ein Druck an einem während der Rückschaltung zu schließenden Schaltelement des Automatgetriebes und/oder an einem während der Rückschaltung zu öffnenden Schaltelement des Automatgetriebes in etwa konstant gehalten.
  • Vorzugsweise wird das Starten des Verbrennungsmotors dadurch unterstützt, dass während eines Anschleppens des Verbrennungsmotors eine Momenterhöhung des Elektromotors erfolgt.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt:
  • 1 ein erstes Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist;
  • 2 ein zweites Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist;
  • 3 ein erstes Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs;
  • 4 ein zweites Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs und
  • 5 ein drittes Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines zumindest ein Automatgetriebe und einen Hybridantrieb umfassenden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Ein Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor. 1 und 2 zeigen Antriebsstrangschemata eines Kraftfahrzeugs, bei welchen das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist.
  • 1 zeigt ein Schema eines Antriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang 1 gemäß 1 einen Hybridantrieb umfasst, der von einem Verbrennungsmotor 2 und einem Elektromotor 3 gebildet ist. Zwischen den Verbrennungsmotor 2 und den Elektromotor 3 ist eine Kupplung 4 geschaltet, die dann, wenn der Antriebsstrang 1 ausschließlich vom Elektromotor 3 betrieben wird, geöffnet ist. Neben dem Hybridantrieb umfasst der Antriebsstrang 1 gemäß 1 weiterhin ein Automatgetriebe 5, welches das vom Hybridantrieb bereitgestellte Zugkraftangebot auf anzutreibende Räder 6 des Antriebsstrangs umsetzt. Das Automatgetriebe 5 umfasst mehrere Schaltelemente, die zur Ausführung eines Gangwechsels ansteuerbar sind. Zwischen den Elektromotor 3 des Hybridantriebs und das Automatgetriebe 5 ist gemäß 1 eine weitere Kupplung 7 geschaltet.
  • Ein weiteres Schema eines Antriebsstrangs 8 eines Kraftfahrzeugs zeigt 2, wobei sich der Antriebsstrang gemäß 2 vom Antriebsstrang der 1 lediglich dadurch unterscheidet, dass zwischen den Elektromotor 3 des Hybridantriebs und das Automatgetriebe 5 keine Kupplung sondern vielmehr eine Wandlereinrichtung 9 geschaltet ist. Ansonsten stimmt das Antriebsstrangschema der 2 mit dem Antriebsstrangschema der 1 überein, so dass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Antriebsstränge gemäß 1 und 2 werden auch als Parallel-Hybrid-Antriebsstrange bezeichnet.
  • Wird ein Antriebsstrang gemäß 1 oder 2 bei geöffneter Kupplung 4 ausschließlich vom Elektromotor 3 des Hybridantriebs angetrieben, so kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen erforderlich sein, den Verbrennungsmotor 2 des Hybridantriebs zu starten, wobei dies dadurch erfolgt, dass die Kupplung 4, die zwischen den Verbrennungsmotor 2 und den Elektromotor 3 des Hybridantriebs geschaltet ist, geschlossen wird.
  • Um das Starten des Verbrennungsmotors 2 für den Fahrer so gut wie nicht spürbar zu gestalten, erfolgt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung das Starten des Verbrennungsmotors 2 durch Schließen der Kupplung 4 während der Ausführung einer Rückschaltung durch das Automatgetriebe. Eine Rückschaltung ist ein Gangwechsel von einem Ausgangsgang mit höherer Übersetzung in einen Zielgang mit geringer Übersetzung.
  • 3 zeigt sich bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens einstellende zeitliche Signalverläufe, wobei ein zeitlicher Signalverlauf 10 einen Drehzahlverlauf am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 visualisiert, wobei ein zeitlicher Signalverlauf 11 einen Motordrehzahlverlauf visualisiert, wobei ein zeitlicher Signalverlauf 12 einen Momentverlauf am Getriebeausgang des Automatgetriebes 5 visualisiert, wobei ein Signalverlauf 13 den Druckverlauf bzw. die Vorgabe des Druckverlaufs an einem während der Rückschaltung abzuschaltenden Schaltelement und ein Signalverlauf 14 den Druckverlauf an einem während der Rückschaltung zuzuschaltenden Schaltelement des Automatgetriebes 5 visualisiert, wobei ein zeitlicher Signalverlauf 15 den an der Kupplung 4 anliegenden Druck und ein zeitlicher Signalverlauf 16 das an der Kupplung 4 anliegende Moment visualisiert, und wobei der zeitliche Signalverlauf 17 das vom Elektromotor 3 des Hybridantriebs bereitgestellte Drehmoment, der zeitliche Signalverlauf 18 das vom Verbrennungsmotor 2 des Hybridantriebs bereitgestellte Drehmoment und der zeitliche Signalverlauf 19 eine Fahrpedalstellung visualisiert.
  • Gemäß 3 wird durch ein eine Rückschaltung auslösendes Ereignis zum Zeitpunkt t1 das während der Rückschaltung zuzuschaltende bzw. zu schließende Schaltelement gemäß dem Signalverlauf 14 durch eine Befüllungsphase zum Schalten vorbereitet, wobei zu diesem Zeitpunkt t1 gemäß dem Signalverlauf 15 auch die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 des Hybridantriebs angeordnete Kupplung 4 zum Schließen durch eine Befüllungsphase vorbereitet wird.
  • Ebenfalls zum Zeitpunkt t1 wird gemäß dem Signalverlauf 13 das während der Rückschaltung abzuschaltende bzw. zu öffnende Schaltelement des Automatgetriebes in eine Schaltphase überführt, wobei zum Zeitpunkt t2 der Druck an dem während der Rückschaltung abzuschaltenden Schaltelement soweit abgesenkt ist, dass die Drehzahl am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 gemäß dem Signalverlauf 10 die Synchrondrehzahl des Ausgangsgangs der Rückschaltung verlässt und anschließend ein positiver Gradient des Drehzahlverlaufs am Getriebeeingang vorliegt.
  • Gemäß 3 wird zum Zeitpunkt t3 die Kupplung 4 von der Befüllungsphase in die Schaltphase überführt, so dass zum Zeitpunkt t3 durch Schließen der Kupplung 4 der Verbrennungsmotor 2 an den Elektromotor 3 gekoppelt wird. Beginnend mit dem Zeitpunkt t3 wird der Verbrennungsmotor demnach vom Stillstand aus gestartet und hierzu auf die Drehzahl am Getriebeeingang des Automatgetriebes beschleunigt, wobei sich hierbei gemäß dem Signalverlauf 10 eine Abflachung des Gradienten des Drehzahlverlaufs am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 einstellt. Beginnend mit dem Zeitpunkt t3 muss zum Starten des Verbrennungsmotors 2 derselbe zunächst angeschleppt werden, wobei der Verbrennungsmotor 2 während des Anschleppens ein negatives Abtriebsmoment bereitstellt.
  • Erst zum Zeitpunkt t4 ist das Anschleppen des Verbrennungsmotors beendet, wobei im Anschluss an den Zeitpunkt t4 der Verbrennungsmotor ein positives Abtriebsmoment bereitstellt. Im Zeitpunkt t5 hat die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 die Drehzahl am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 erreicht, im Zeitpunkt t6 ist die auszuführende Rückschaltung abgeschlossen, wobei dann die Drehzahl am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 ebenso wie die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 die Synchrondrehzahl des Zielgangs der auszuführenden Rückschaltung erreicht hat.
  • Aus den zeitlichen Signalverläufen der 3 folgt demnach, dass die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 des Hybridantriebs und dem Elektromotor desselben angeordnete Kupplung 4 dann zum Starten des Verbrennungsmotors geschlossen wird, wenn sich infolge der auszuführenden Rückschaltung eine Drehzahlerhöhung am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 einstellt.
  • Spätestens mit Beendigung der Rückschaltung stellt der Verbrennungsmotor 2 ein positives Abtriebsmoment bereit, nämlich spätestens dann, wenn die Eingangsdrehzahl des Automatgetriebes 5 der Synchrondrehzahl des Zielgangs der Rückschaltung entspricht. Vorzugsweise stellt der Verbrennungsmotor 2 bereits vor dem Zeitpunkt, in welchem die Drehzahl des Verbrennungsmotors der Eingangsdrehzahl des Automatgetriebes 5 entspricht, ein positives Abtriebsmoment bereit.
  • Wie 3 ebenfalls entnommen werden kann, wird der Verbrennungsmotor derart während der Rückschaltung gestartet, dass während des Anschleppens des Verbrennungsmotors in einer durch die Zeitpunkte t3 und t4 definierten Zeitspanne sowohl gemäß dem Signalverlauf 13 der Druck an dem während der Rückschaltung zu öffnenden Schaltelement des Automatgetriebes 5 als auch gemäß dem Signalverlauf 14 der Druck an den während der Rückschaltung zu schließenden Schaltelements des Automatgetriebes 5 in etwa konstant gehalten wird. Gemäß dem Signalverlauf 15 wird jedoch während dieser Zeitspanne der Druck an der zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 angeordneten Kupplung 4 erhöht. Gemäß dem Signalverlauf 17 bleibt im Ausführungsbeispiel der 3 das vom Elektromotor 3 bereitgestellte Moment während dieser Zeitspanne unverändert.
  • Wie 4 entnommen werden kann, kann zur Unterstützung des Startens des Verbrennungsmotors 2 während des Anschleppens desselben gemäß dem Signalverlauf 17 am Elektromotor 3 des Hybridantriebs eine Momenterhöhung erfolgen, wobei gemäß dem Signalverlauf 4 die Zeitpunkte t4 und t5 zu sammenfallen. Im Ausführungsbeispiel der 4 stellt der Verbrennungsmotor demnach exakt zu dem Zeitpunkt, zu welchem gemäß den Signalverläufen 10 und 11 die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 die Drehzahl am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 erreicht hat, ein positives Abtriebsmoment bereit. Hierdurch kann die Ausführung der Rückschaltung beschleunigt werden, wodurch jedoch der Elektromotor 3 kurzzeitig in einen Überlastbereich gefahren werden kann.
  • In den Ausführungsbeispielen der 3 und 4 ist gemäß den Signalverläufen 19 die Farbpedalstellung konstant, so dass demnach nicht durch Beeinflussung der Gaspedalstellung eine Rückschaltung ausgelöst wird, sondern z.B. dadurch, dass ein Ladezustand von Batterien zum Betrieb des Elektromotors zu gering ist, um die gewünschte Geschwindigkeit einzuhalten. Wie 5 zeigt, kann jedoch eine Schaltung auch gemäß dem dort gezeigten Signalverlauf 19 durch eine Gaspedalbetätigung des Fahrers ausgelöst werden, wobei dann im Zeitpunkt t1 zusätzlich gemäß dem Signalverlauf 17 eine Momenterhöhung des Elektromotors 3 des Hybridantriebs erfolgt.
  • Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird demnach der Verbrennungsmotor eines Hybridantriebs während einer vom Automatgetriebe auszuführenden Rückschaltung gestartet, und zwar dann, wenn sich während der Rückschaltung eine Drehzahlerhöhung am Getriebeeingang des Automatgetriebes 5 einstellt. Durch Schließen der Kupplung 4, die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 positioniert ist, kann sich zwar geringfügig die zur Ausführung der Rückschaltung benötigte Zeit verlängern, da jedoch während der auszuführenden Rückschaltung das Abtriebsmoment von einem rutschenden Schaltelement des Automatgetriebes bestimmt wird, wirkt sich dies nicht auf die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs während der Rückschaltung aus. Das Zuschalten des Verbrennungsmotors ist demnach für einen Fahrer so gut wie nicht spürbar.
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Elektromotor
    4
    Kupplung
    5
    Automatgetriebe
    6
    Rad
    7
    Kupplung
    8
    Antriebsstrang
    9
    Wandlereinrichtung
    10
    Signalverlauf
    11
    Signalverlauf
    12
    Signalverlauf
    13
    Signalverlauf
    14
    Signalverlauf
    15
    Signalverlauf
    16
    Signalverlauf
    17
    Signalverlauf
    18
    Signalverlauf
    19
    Signalverlauf

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb, mit einem Automatgetriebe, mit einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordneten Kupplung, sowie mit einer zwischen dem Elektromotor und dem Automatgetriebe angeordneten Kupplung oder Wandlereinrichtung, wobei dann, wenn der Antriebsstrang ausschließlich vom Elektromotor angetrieben wird, der Verbrennungsmotor dadurch gestartet werden kann, dass die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Starten des Verbrennungsmotors die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung während der Ausführung einer Rückschaltung geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordnete Kupplung dann geschlossen wird, wenn sich in Folge der auszuführenden Rückschaltung eine Drehzahlerhöhung am Getriebeeingang des Automatgetriebes einstellt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor derart während der Rückschaltung gestartet wird, dass spätestens mit Beendigung der Rückschaltung der Verbrennungsmotor ein positives Abtriebsmoment bereitstellt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens dann, wenn die Eingangsdrehzahl des Automatgetriebes der Synchrondrehzahl des Zielgangs der Rückschaltung entspricht, der Verbrennungsmotor ein positives Abtriebsmoment bereitstellt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass spätestens dann, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors der Eingangsdrehzahl des Automatgetriebes entspricht, der Verbrennungsmotor ein positives Abtriebsmoment bereitstellt.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor derart während der Rückschaltung gestartet wird, dass während eines Anschleppens des Verbrennungsmotors ein Druck an einem während der Rückschaltung zu schließenden Schaltelement und/oder an einem während der Rückschaltung zu öffnenden Schaltelement des Automatgetriebes in etwa konstant gehalten wird:
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor derart während der Rückschaltung gestartet wird, dass während eines Anschleppens des Verbrennungsmotors ein Druck an der zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordneten Kupplung erhöht wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor derart während der Rückschaltung gestartet wird, dass während eines Anschleppens des Verbrennungsmotors ein Druck an der zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor angeordneten Kupplung in etwa konstant gehalten wird.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Starten des Verbrennungsmotors dadurch unterstützt wird, dass während eines Anschleppens des Verbrennungsmotors eine Momenterhöhung des Elektromotors erfolgt.
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