DE102007049137A1 - Hybridantriebsanordnung und Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges bei einer Hybridantriebsanordnung - Google Patents

Hybridantriebsanordnung und Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges bei einer Hybridantriebsanordnung Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges bei einer Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges vorgeschlagen, bei dem zumindest ein Steuergerät (8) verwendet wird, mit dem ein Verbrennungsmotor (1), zumindest eine Elektromaschine (3), ein Getriebe (4) und eine zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der Elektromaschine (3) angeordnete erste Kupplung (2) sowie eine zwischen der Elektromaschine (3) und dem Getriebe (4) angeordnete zweite Kupplung (5) zum Durchführen eines Anfahrvorganges angesteuert werden, wobei zum Übergang von elektrischen Anfahren zum zumindest teilwiesen verbrennungsmotorischen Anfahren das von der zweiten Kupplung (5) übertragbare Kupplungsmoment dem Fahrsollmoment nachgeführt wird, wobei das Moment der Elektromaschine (3), das Moment des Verbrennungsmotors (1) und/oder das Kupplungsmoment der ersten Kupplung (2) angepasst werden. Ferner wird eine Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges mit zumindest einem Steuergerät (6) vorgeschlagen, mit dem ein Verbrennungsmotor (1), zumindest eine Elektromaschine (3), ein Getriebe (4) und eine zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der Elektromaschine (3) angeordnete erste Kupplung (2) sowie eine zwischen der Elektromaschine (3) und dem Getriebe (4) angeordnete zweite Kupplung (5) zum Durchführen eines Anfahrvorganges ansteuerbar sind, wobei zum Übergang vom elektrischen Anfahren zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Anfahren das von der zweiten Kupplung (5) übertragbare ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hybridantriebsanordnung und ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges bei einer Hybridantriebsanordnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beziehungsweise 15 näher definierten Art.
  • Aus der Fahrzeugtechnik sind Hybridantriebsanordnungen und Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges für Fahrzeuge bekannt. Die bekannte Hybridantriebsanordnung umfasst beispielsweise einen Verbrennungsmotor, der über eine erste Kupplung mit einer Eingangswelle einer Elektromaschine koppelbar ist. Die Elektromaschine ist über eine zweite Kupplung mit der Eingangswelle eines Getriebes mit variabler Übersetzung verbunden. Die zweite Kupplung kann auch in das Getriebe integriert sein. Ferner ist ein Steuergerät vorgesehen, welches die einzelnen Komponenten ansteuert, um einen Anfahrvorgang bei dem Fahrzeug zu realisieren.
  • Wenn der Verbrennungsmotor sich im Leerlauf befindet, die erste Kupplung geöffnet ist, die zweite Kupplung geschlossen ist und ein Anfahrgang im Getriebe eingelegt ist, wird ein rein elektrisches Anfahren realisiert. Bei dieser Fahrsituationen beschleunigt das Fahrzeug nicht ausreichend, um den Verbrennungsmotor über die erste Kupplung ankoppeln zu können, da die Drehzahl der Elektromaschine in der Regel zu gering ist. Mögliche Gründe können darin liegen, dass der Anfahrwiderstand zu hoch, die verfügbare elektrische Energie aus dem Energiespeicher zu gering ist oder die Elektromaschine nicht genügend Moment aufbauen kann. Somit muss der Verbrennungsmotor ein zusätzliches Anfahrmoment liefern. Da die erste Kupplung nicht als Anfahrkupplung genutzt werden kann, muss über die zweite Kupplung verbrennungsmotorisch angefahren werden.
  • Um den Übergang zum verbrennungsmotorischen Anfahren zu realisieren, kann bei dem bekannten Verfahren vorgesehen sein, dass das Anfahrmoment an der Elektromaschine zunächst abgebaut wird, um die zweite Kupplung öffnen zu können. Dadurch kann die Elektromaschine an den Verbrennungsmotor über die erste Kupplung angekoppelt werden. Dies wird durch eine Synchronisierung der Drehzahl zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor realisiert, so dass die erste Kupplung geschlossen werden kann. Auf diese Weise kann mit der zweiten Kupplung angefahren werden, so dass das Moment des Verbrennungsmotors und das Moment der Elektromaschine zusammenwirken, um ein hybrides Anfahren über die zweite Kupplung zu realisieren. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass eine Zugkraftunterbrechung während des Überganges vom elektrischen Anfahren zum hybriden Anfahren bei dem bekannten Verfahren auftritt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Hybridantriebsanordnung und ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges der eingangs beschriebenen Gattungen vorzuschlagen, mit denen ein Übergang zwischen reinem elektrischem Anfahren und einem verbrennungsmotorischen beziehungsweise hybriden Anfahren ohne Zugkraftunterbrechung realisiert werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 beziehungsweise 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der Zeichnung.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird somit durch ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges bei einer hybrid Antriebsanordnungen eines Fahrzeuges gelöst, bei dem zumindest ein Steuergerät verwendet wird, mit dem ein Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine, ein Getriebe und eine zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine angeordnete erste Kupplung sowie eine zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe angeordnete zweite Kupplung zum Durchführen eines Anfahrvorganges angesteuert werden, wobei erfindungsgemäß zum Übergang vom elektrischen Anfahren zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Anfahren das von der zweiten Kupplung übertragbare Kupplungsmoment dem Fahrsollmoment nachgeführt wird, wobei das Moment der Elektromaschine und/oder das Moment des Verbrennungsmotors und/oder das Kupplungsmoment der ersten Kupplung entsprechend angepasst werden. Somit kann beispielsweise eine kontinuierliche Reduzierung der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung realisiert werden, bis der Schlupfzustand an der zweiten Kupplung erkannt wird. Dies kann beispielsweise durch eine Drehzahlmessung erkannt werden, die die Differenzdrehzahl zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor ermittelt. Erst dann kann die Elektromaschine an den Verbrennungsmotor angekoppelt werden, um das z. B. hybride Anfahren zu ermöglichen.
  • Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein gewünschter Übergang vom reinen elektrischen Anfahren zum beispielsweise hybriden Anfahren ohne Zugkraftunterbrechung realisiert werden. Daraus ergibt sich ein Sicherheitsgewinn, da das Fahrzeug beispielsweise an einer Steigerung nicht zurückrollen kann. Zudem wird der Fahrkomfort gesteigert, da kein Einbruch im Beschleunigungsverlauf auftritt. Ferner kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein dynamischeres Fahrverhalten bei dem Fahrzeug ermöglicht werden, wodurch eine bessere Fahrzeugbeschleunigung realisierbar ist. Dadurch, dass das Anfahrmoment nachgeführt wird, passt sich schon während des Überganges die Zugkraft bei dem Fahrzeug dem Fahrerwunsch an.
  • Im Rahmen einer möglichen Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektromaschine in einen drehzahlgeregelten Modus umgeschaltet wird, wobei das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung als Vorsteuermoment verwendet wird. Die Elektromaschine kann bei dieser Ausführungsvariante durch die Drehzahlführung auf die Synchrondrehzahl gebracht werden. In der Regel ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors bei der eingangs geschilderten Fahrsituation immer größer als die Drehzahl der Elektromaschine. Wenn die Synchrondrehzahl erreicht worden ist, kann die erste Kupplung geschlossen werden. Somit kann die Anfahrfunktion beziehungsweise der Anfahrvorgang durch das Moment des Verbrennungsmotors und das Moment der Elektromaschine beispielsweise zusammen aufgebracht werden.
  • Eine weitere mögliche Ausführungsvariante der Erfindung kann vorsehen, dass der Übergang vom elektrischen zum verbrennungsmotorischen Anfahren durch einfaches Abwarten realisiert wird, bis die Drehzahl der Elektromaschine synchron mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors ist. Vorzugsweise kann bei zu langsamer Erhöhung der Drehzahl der Elektromaschine vorgesehen sein, dass das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung weiter reduziert wird. Sobald eine Vorsynchronzahl oder Synchronzahl zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor erkannt wird, kann die erste Kupplung geschlossen werden. Somit kann auch bei dieser Variante die Anfahrfunktion beziehungsweise der Anfahrvorgang durch das Moment des Verbrennungsmotors und durch das Moment der Elektromaschine zusammen aufgebracht werden.
  • Ferner kann eine nächste Variante der Erfindung vorsehen, dass zum Übergang vom elektrischen zum verbrennungsmotorischen Anfahren das Moment des Verbrennungsmotors erhöht wird. Beispielsweise kann die Drehzahlregelung beim Verbrennungsmotor oberhalb einer Leerlaufdrehzahl eingestellt werden. Es sind auch andere Regelungsmöglichkeiten denkbar. Bei dieser Variante kann die Synchronisierung zwischen der Drehzahl der Elektromaschine und der Drehzahl des Verbrennungsmotors mit der ersten Kupplung realisiert werden. Vorzugsweise kann die erste Kupplung langsam geschlossen werden. Dies deshalb, um die hierbei anfallende Reibleistung an der ersten Kupplung in zulässigen Bereichen zu halten, so dass eine Überhitzung der ersten Kupplung ausgeschlossen wird. Schließlich wird die erste Kupplung vollständig geschlossen und der Übergang zu einer Anfahrfunktion beziehungsweise zu einem Anfahrvorgang realisiert, wobei das Moment des Verbrennungsmotors und das Moment der Elektromaschine zusammenwirken aufgebracht werden.
  • Bei sämtlichen Ausführungsvarianten kann somit das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung dem Fahrsollmoment nachgeführt werden. In der Regel kann eine Erhöhung des Kupplungsmomentes nur erfolgen, wenn ein ausreichendes Moment der Elektromaschine vorliegt. Eine Verringerung des Kupplungsmomentes an der zweiten Kupplung wird jedoch immer nachgeführt und das Moment der Elektromaschine, des Verbrennungsmotors und der ersten Kupplung wird während des Verfahrens entsprechend angepasst, so dass ein hybrides Anfahren über die zweite Kupplung ermöglicht wird.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges mit zumindest einem Steuergerät gelöst, mit dem ein Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine, ein Getriebe und eine zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine angeordnete erste Kupplung sowie eine zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe angeordnete zweite Kupplung zum Durchführen eines Anfahrvorganges ansteuerbar sind, wobei zum Übergang vom elektrischen Anfahren zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Anfahren das von der zweiten Kupplung übertragbare Kupplungsmoment dem Fahrsollmoment nachführbar ist, wobei das Moment der Elektromaschine, das Moment des Verbrennungsmotors und/oder das Kupplungsmoment der ersten Kupplung anpassbar sind.
  • Dadurch, dass das Steuergerät eine entsprechende Ansteuerlogik umfasst, die eine kontinuierliche Reduzierung der Übertragungsfähigkeit bei der zweiten Kupplung realisiert, bis Schlupf an der zweiten Kupplung erkannt wird, um dann den Verbrennungsmotor an die Elektromaschine über die erste Kupplung anzukoppeln und ein hybrides Anfahren zu ermöglichen, kann ein Zugkraft erhaltener Übergang vom reinen elektrischen Anfahren zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Anfahren realisiert werden.
  • Somit ergeben sich bei der vorgeschlagenen Hybridantriebsanordnung die bereits genannten Vorteile, die durch das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht werden. Vorzugsweise kann die vorgeschlagene Hybridantriebsanordnung zum Durchführen bzw. zum Einsatz des vorgenannten Verfahrens verwendet werden. Es sind auch andere Anwendungsgebiete des Verfahrens denkbar.
  • Vorzugsweise können die erfindungsgemäß vorgeschlagene Hybridantriebsanordnung und das vorgeschlagene Verfahren bei Parallelhybrid Antriebssytemen beispielsweise für Stadtbusse, Verteiler-Lastkraftwagen und Transporter eingesetzt werden. Es sind auch andere Einsatzgebiete denkbar.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die einzige Figur der Erfindung zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Fahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Hybridantriebsanordnung.
  • Das Fahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor 1, der über eine erste Kupplung 2 mit einer Elektromaschine 3 koppelbar ist. Die Abtriebswelle der Elektromaschine ist über eine zweite Kupplung 5 mit der Eingangswelle eines variablen Getriebes 4 verbunden. Die Ansteuerung durch das Steuergerät 6 wird in der Figur durch Pfeile angedeutet. Dabei ist es möglich, dass das Steuergerät beispielsweise als Hybridsteuergerät ausgebildet ist und weitere Steuergeräte umfassen kann, die den einzelnen anzusteuernden Komponenten zugeordnet sind.
  • Einen Übergang vom elektrischen Anfahren zum verbrennungsmotorischen Anfahren kann entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens zugkrafterhaltend bei der Hybridantriebsanordnung durchgeführt werden. Dazu wird über das Steuergerät 6 eine kontinuierliche Reduzierung der Übertragungsfähigkeit der zweiten Kupplung 5 durchgeführt, bis Schlupf an der zweiten Kupplung 5 erkannt wird. Dies kann z. B. durch eine Messung der Differenzdrehzahl zwischen der Elektromaschine 3 und dem Verbrennungsmotor 1 erkannt werden. Nach erfolgter Synchronisierung kann die Elektromaschine 3 an den Verbrennungsmotor 1 über die erste Kupplung 2 angekoppelt werden, so dass der Anfahrvorgang durch das Moment des Verbrennungsmotors 1 zumindest unterstützt wird.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    erste Kupplung
    3
    Elektromaschine
    4
    Getriebe
    5
    zweite Kupplung
    6
    Steuergerät

Claims (15)

  1. Verfahren zum Steuern und/oder Regeln eines Anfahrvorganges bei einer Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges, bei dem zumindest ein Steuergerät (8) verwendet wird, mit dem ein Verbrennungsmotor (1), zumindest eine Elektromaschine (3), ein Getriebe (4) und eine zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der Elektromaschine (3) angeordnete erste Kupplung (2) sowie eine zwischen der Elektromaschine (3) und dem Getriebe (4) angeordnete zweite Kupplung (5) zum Durchführen eines Anfahrvorganges angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Übergang vom elektrischen Anfahren zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Anfahren das von der zweiten Kupplung (5) übertragbare Kupplungsmoment dem Fahrsollmoment nachgeführt wird, wobei das Moment der Elektromaschine (3), das Moment des Verbrennungsmotors (1) und/oder das Kupplungsmoment der ersten Kupplung (2) angepasst werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das von der zweiten Kupplung (5) übertragbare Kupplungsmoment kontinuierlich reduziert wird, bis Schlupf an der zweiten Kupplung (5) erkannt wird, und dass die Elektromaschine (3) an den Verbrennungsmotor (1) über die erste Kupplung (2) angekoppelt wird, während die zweite Kupplung (5) im Schlupf betrieben wird und weiterhin das Anfahrmoment überträgt.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (3) in einen drehzahlgeregelten Modus umgeschaltet wird, wobei das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung (5) als Vorsteuermoment verwendet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (3) auf die Synchrondrehzahl mit dem Verbrennungsmotor (1) geführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die erste Kupplung (2) geschlossen wird, wenn die Synchrondrehzahl erreicht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Anfahrfunktion übergegangen wird, bei der das Moment des Verbrennungsmotors (1) und das Moment der Elektromaschine (3) zusammen wirken.
  7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass abgewartet wird, bis die Drehzahl der Elektromaschine (3) mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) synchronisiert ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu langsamer Drehzahlerhöhung an der Elektromaschine (3) das Kupplungsmoment der zweiten Kupplung (2) weiter reduziert wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die erste Kupplung (2) geschlossen wird, wenn eine Vorsynchronzahl oder Synchronzahl zwischen der Elektromaschine (3) und dem Verbrennungsmotor (1) erkannt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Anfahrfunktion übergegangen wird, bei der das Moment des Verbrennungsmotors (1) und das Moment der Elektromaschine (3) zusammen wirken.
  11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Moment des Verbrennungsmotors (1) erhöht wird oder die Dreh zahlregelung beim Verbrennungsmotor (1) oberhalb einer Leerlaufdrehzahl eingestellt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisierung der Drehzahl der Elektromaschine (3) an die Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) mittels der ersten Kupplung (2) durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kupplung (2) langsam geschlossen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei erfolgter Synchronisierung die erste Kupplung (2) geschlossen wird und ein Übergang in eine Anfahrfunktion durchgeführt wird, bei der das Moment des Verbrennungsmotors (1) und das Moment der Elektromaschine (3) zusammenwirken.
  15. Hybridantriebsanordnung eines Fahrzeuges, mit zumindest einem Steuergerät (6), mit dem ein Verbrennungsmotor (1), zumindest eine Elektromaschine (3), ein Getriebe (4) und eine zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und der Elektromaschine (3) angeordnete erste Kupplung (2) sowie eine zwischen der Elektromaschine (3) und dem Getriebe (4) angeordnete zweite Kupplung (5) zum Durchführen eines Anfahrvorganges ansteuerbar sind, insbesondere zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Übergang vom elektrischen Anfahren zum zumindest teilweisen verbrennungsmotorischen Anfahren das von der zweiten Kupplung (5) übertragbare Kupplungsmoment dem Fahrsollmoment nachführbar ist, wobei das Moment der Elektromaschine (3), das Moment des Verbrennungsmotors (1) und/oder das Kupplungsmoment der ersten Kupplung (2) anpassbar sind.
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