DE102007055824A1

DE102007055824A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebes eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007055824A1
Application number: DE102007055824A
Authority: DE
Inventors: Christian Mittelberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-06-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebes (1, 1') eines Fahrzeugs, mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang (2, 2'), umfassend einen Verbrennungsmotor (3), wenigstens eine Elektromaschine (5), wenigstens ein in Kraftflussrichtung zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der Elektromaschine (5) angeordnetes Schaltelement (4), mittels dem der Verbrennungsmotor (3) mit der Elektromaschine (5) verbindbar ist, ein Getriebe (7) und einen Abtrieb (26), bei dem der Verbrennungsmotor (3) mittels der Elektromaschine (5) gestartet wird. Um den Zeitaufwand zum Starten des Verbrennungsmotors (3) mittels der Elektromaschine (5) möglichst gering zu halten und dennoch einen hohen Fahrkomfort zu gewährleisten, wird bei einer Startanforderung, abhängig von einer momentanen Drehzahl der Elektromaschine (5), ein Schwungstart oder ein Direktstart des Verbrennungsmotors (3) durchgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 11.
Hybridabtriebe gewinnen im Fahrzeugbau aufgrund ihres Potenzials zur Verringerung von Schadstoffemissionen und Energieverbrauch zunehmend an Bedeutung. Derartige Fahrzeuge weisen verschiedenartige Antriebsquellen auf, wobei insbesondere Kombinationen von Verbrennungs- und Elektromotoren von Vorteil sind, da sie einerseits die Reichweiten- und Leistungsvorteile von Brennkraftmaschinen und andererseits die flexiblen Einsatzmöglichkeiten der elektrischen Maschinen als alleinige oder Hilfsantriebsquelle oder als Startergenerator sowie als Generator zur Stromerzeugung und Rekuperation nutzen können.
Vom Markt werden Hybrid-Antriebsstränge gefordert, die möglichst ohne zusätzlichen Bauraumbedarf, bei möglichst geringer Kompliziertheit und bei geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand in Fahrzeuge implementiert werden können. Es werden grundsätzlich zwei Hybrid-Topologien, der Serienhybrid und der Parallelhybrid unterschieden. Solche Anordnungen sind bereits bekannt und werden ständig weiterentwickelt.
Beim seriellen Hybrid sind die Antriebsmaschinen antriebstechnisch hintereinander geschaltet. Dabei dient der Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor, als Antrieb für einen Generator, der eine elektrische Maschine speist. Das Fahrzeug wird somit ausschließlich mittels der elektrischen Maschine angetrieben. Der Verbrennungsmotor ist hingegen von den Antriebsrädern entkoppelt und kann daher ständig in einem einzigen Betriebspunkt, also bei einem bestimmten Drehmoment und konstanter Drehzahl betrieben werden.
Dieses Antriebskonzept eignet sich beispielsweise für Busse im städtischen Kurzstreckenverkehr, wobei vorzugsweise ein Betriebspunkt, bei dem der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors möglichst hoch ist und gleichzeitig Schadstoffemissionen, Kraftstoffverbrauch und Geräuschentwicklung in einem günstigen Bereich liegen, eingestellt wird. Ungünstig wirkt sich beim seriellen Hybrid dagegen aus, dass der Wirkungsgrad des Antriebs aufgrund der mechanisch-elektrischen Mehrfachumwandlung eingeschränkt ist.
Demgegenüber bieten Parallelhybrid-Antriebstränge durch eine bezüglich des Kraftflusses parallele Anordnung der Triebstrangaggregate neben der Überlagerung der Antriebsmomente, also einem gemischten Antrieb, auch die Möglichkeit der Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem, kurz elektrischem, Antrieb. Funktionell kann beim Parallelhybrid der Verbrennungsmotor durch jeweiliges Belasten bzw. Unterstützen mittels einer oder mehrerer elektrischer Maschinen weitgehend bei optimalem Drehmoment betrieben werden, so dass der maximale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors effektiv genutzt werden kann. Durch die elektrische Unterstützung des Verbrennungsmotors verringert sich im Mittel der Kraftstoffverbrauch. Da bei kurzzeitigen erhöhten Leistungsanforderungen im sogenannten Boostbetrieb, beispielsweise bei Überholvorgängen, eine Summierung der Antriebsleistung möglich ist, kann der Verbrennungsmotor nahezu ohne Einbußen an Leistung und Fahrkomfort des Fahrzeuges vergleichsweise kleiner, und gewichts- und bauraumsparender ausgelegt werden, welches sich zusätzlich emissionsverringernd und kostengünstig auswirkt. Die Elektromaschine kann zudem als integrierter Startergenerator (ISG) zum Start des Verbrennungsmotors über eine Kupplung fungieren. Weiterhin kann die Elektromaschine im generatorischen Betrieb zum Laden eines elektrischen Energiespeichers dienen und zur Rekuperation im Bremsbetrieb eingesetzt werden. Als Getriebe zur Variation der Übersetzung des Antriebes der angetriebenen Achsen kommen grundsätzlich alle Formen von Fahrzeuggetrieben in Betracht.
Bei einem Parallelhybrid-Antrieb kann im praktischen Fahrbetrieb, abhängig von einer jeweiligen Hybrid-Betriebsstrategie, die Antriebsform des Fahrzeuges zwischen verbrennungsmotorischem Antrieb, elektromotorischem Antrieb und gemischtem Antrieb häufig wechseln. Im rein elektrischen Fahrbetrieb ist die Elektromaschine mit dem Abtrieb verbunden, während der Verbrennungsmotor über ein Trennelement vom Antriebsstrang entgekoppelt ist. Soll die Elektromaschine in dieser Situation als integrierter Startergenerator den Verbrennungsmotor starten, so wird der Verbrennungsmotor über das Trennelement wieder in den Antriebsstrang eingekoppelt. Den Starts des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine kommt beim Hybridfahrzeug eine besondere Bedeutung zu, weil sie einerseits für den Fahrkomfort und anderseits für die Fahrdynamik maßgebend sind. Zudem spielen sie für die Wirtschaftlichkeit und den Wirkungsgrad des Hybridantriebes eine wichtige Rolle. Grundsätzlich kann ein solcher Motorstart sowohl während eines Übersetzungswechsels des Getriebes als auch außerhalb von Getriebeschaltvorgängen und sowohl mit als auch ohne Zugkraftunterbrechung erfolgen. Dabei können eine Schaltstrategie und eine Hybrid-Betriebsstrategie derart korreliert sein, dass relativ häufig eine Schaltanforderung mit einer Motorstartanforderung zusammenfällt, wobei je nach Antriebskonzept und Getriebebauart der Schaltvorgang mit einer Zugkraftunterbrechung verknüpft sein kann.
Die wechselnde Anbindung der Elektromaschine und des Verbrennungsmotors an den Abtrieb wird beim Parallelhybrid meist über Kupplungen realisiert. Dabei werden Zwei-Kupplungsanordnungen (2K) und Ein-Kupplungsanordnungen (1K) unterschieden, wobei bei beiden Konzepten die Elektromaschine als integrierter Startergenerator (2K-ISG bzw. 1K-ISG-Anordnung) fungieren kann. Bei einem 2K-ISG-Antriebsstrang, wie beispielsweise aus der US 2005 022 1947 A1 bekannt, ist der Verbrennungsmotor über eine erste Kupplung mit der Elektromaschine verbindbar. Die Elektromaschine wiederum ist über eine separate zweite Kupplung mit einem Fahrzeuggetriebe koppelbar. Bei einem 1K-ISG-Antriebsstrang, wie er beispielsweise aus der DE 10 2005 051 382 A1 bekannt ist, entfällt hingegen eine zweite separate Kupplung zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe bzw. dem Abtrieb. Die Elektromaschine kann dann direkt mit einem Getriebeeingang verbunden sein. Die Funktion einer optionalen zweiten Kupplung zwischen der Elektromaschine und dem Abtrieb kann, soweit dies bei dem jeweiligen Antriebskonzept vorgesehen bzw. erforderlich ist, auch von gegebenenfalls vorhandenen getriebeinternen Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen, wie sie beispielsweise in Getriebeautomaten verbaut sind oder von einer dem Getriebe vorgeschalteten Wandlerüberbrückungskupplung übernommen werden.
Der Start des Verbrennungsmotors bei einem Übersetzungswechsel bei elektrischer Fahrt oder bei einem Anfahrvorgang kann, wie beispielsweise aus der DE 10 2005 007 966 A1 und der bereits erwähnten DE 10 2005 051 382 A1 bekannt, durchgeführt werden, indem das Getriebe zunächst, gegebenenfalls mit einem dafür erforderlichen Drehmomentabbau am Getriebeeingang, in eine Neutralstellung geschaltet, anschließend eine Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine geschlossen und dann der Verbrennungsmotor mittels der Elektromaschine gestartet wird.
Möglich ist es auch, dass, in Äquivalenz zu einer Getriebeneutralstellung, zum Start des Verbrennungsmotors, soweit vorhanden, eine zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe angeordnete zweite Kupplung geöffnet wird. Durch die Neutralstellung des Getriebes bzw. die Trennung der Elektromaschine vom Getriebe ist bei Starts in zugkraftunterbrochener Schaltung somit in jedem Fall der Verbrennungsmotor beim Startvorgang vom Abtrieb des Getriebes vollständig oder zumindest nahezu vollständig entkoppelt, so dass motorstartbedingte Stoßbelastungen im Triebstrang weitgehend vermieden werden können. Nach dem Motorstart kann eine in der Regel notwendige Synchronisierung eines Getriebeeingangs auf eine Anschlussdrehzahl der einzulegenden Folgeübersetzung bzw. eines Anfahrganges erfolgen und abschießend nach der erfolgten Synchronisierung kann der Zielgang bzw. der Anfahrgang eingelegt und die Zugkraft hergestellt bzw. wiederhergestellt werden. Derartige Startvorgänge stellen einen hohen Fahrkomfort des Hybridantriebs sicher, sind jedoch in der Regel durch die relativ lange Zugkraftunterbrechung bzw. Anfahrzeit mit Einbußen bei der Fahrdynamik verbunden.
Es sind auch, wie beispielsweise aus der DE 199 45 473 A1 bekannt, zugkrafterhaltende Schleppstarts des Verbrennungsmotors möglich, bei denen die Elektromaschine während des Startvorgangs mit dem Abtrieb verbunden bleibt. Derartige Starts sichern eine vergleichsweise hohe Fahrdynamik, verursachen jedoch in der Regel durch Stoßbelastungen im Antriebsstrang Komforteinbußen.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebes eines Fahrzeuges, mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, anzugeben, bei denen der Zeitaufwand zum Starten des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine möglichst gering ist und die dennoch einen hohen Fahrkomfort gewährleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem Hybridantrieb durch eine elektromaschinendrehzahl-abhängige Vorauswahl eines Startmodus die Dauer des Startvorgangs beim Start des Verbrennungsmotors mittels der Elektromaschine verkürzt werden kann.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebes eines Fahrzeugs, mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor, wenigstens eine Elektromaschine, we nigstens ein zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine angeordnetes Schaltelement, mittels dem der Verbrennungsmotor mit der Elektromaschine verbindbar ist, ein Getriebe und einen Abtrieb, bei dem der Verbrennungsmotor mittels der Elektromaschine gestartet wird. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass bei einer Startanforderung zum Starten des Verbrennungsmotors, abhängig von einer momentanen Drehzahl der Elektromaschine, ein Schwungstart oder ein Direktstart des Verbrennungsmotors durchgeführt wird.
Weiterhin wird die gestellte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst.
Demnach geht die Erfindung weiterhin aus von einer Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebes eines Fahrzeugs, mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang umfassend einen Verbrennungsmotor, wenigstens eine Elektromaschine, wenigstens ein zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine angeordnetes Schaltelement, mittels dem der Verbrennungsmotor mit der Elektromaschine verbindbar ist, ein Getriebe und einen Abtrieb, bei welcher der Verbrennungsmotor mittels der Elektromaschine startbar ist. Zudem sind Steuerungsmittel vorhanden, mittels denen bei einer Startanforderung zum Starten des Verbrennungsmotors, abhängig von einer momentanen Drehzahl der Elektromaschine, ein Schwungstart oder ein Direktstart des Verbrennungsmotors durchführbar ist.
Durch die Erfindung wird eine Verkürzung des Start-/Ankoppelvorgangs des Verbrennungsmotors beim Parallelhybridantrieb ermöglicht. Dies wird dadurch erreicht, dass bei einer Startanforderung die momentane Drehzahl der Elektromaschine zur Vorauswahl eines Startmodus des Verbrennungsmotors aus einer Mehrzahl von unterschiedlichen Startmodi herangezogen wird, wobei entweder ein Schwungstart oder eine Direktstart gewählt wird, je nach dem welcher der beiden Startmodi entsprechend der momentanen Elektromaschi nendrehzahl den zeitlich kürzesten Beschleunigungsvorgang des Verbrennungsmotors auf eine startfähige Motordrehzahl zur Verfügung stellt.
Zur Durchführung eines Schwungstarts wird zunächst die Elektromaschine bei geöffnetem, beispielsweise als eine reibschlüssige Trenn- und Anfahrkupplung ausgebildeten, Schaltelement auf eine vorgegebene Mindestdrehzahl beschleunigt oder eine aktuelle Elektromaschinendrehzahl oberhalb der Mindestdrehzahl gehalten, anschließend wird das Schaltelement geschlossen und schließlich wird der Verbrennungsmotor bei Erreichen der Mindestdrehzahl oder einer zwischen der Mindestdrehzahl und einer zuvor gehaltenen Elektromaschinendrehzahl liegenden Zieldrehzahl, beispielsweise einer Leerlaufdrehzahl, gestartet.
Ein Schwungstart ist demnach bei einem Gangwechsel bei elektrischer Fahrt besonders vorteilhaft, da die Elektromaschine das Fahrzeug bereits mit einer bestimmten Drehzahl antreibt, die lediglich auf eine zum Start erforderliche Mindestdrehzahl, angehoben werden muss, bevor das Schaltelement geschlossen wird, oder, falls die aktuelle Drehzahl der Elektromaschine bereits höher als die Mindestdrehzahl ist, durch Schließen des Schaltelementes zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine unmittelbar auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragbar ist. Vorzugsweise wird ein solcher Start in einer zugkraftunterbrochenen Phase des Gangwechsels, also bei in Neutral geschaltetem Getriebe oder soweit vorhanden bei offenem zweiten Schaltelement durchgeführt, so dass der Verbrennungsmotor beim Startvorgang vom Abtrieb entkoppelt ist, wodurch der Start und die Ankopplung des Verbrennungsmotors besonders komfortabel ist.
Zur Durchführung eines Direktstarts wird hingegen der Verbrennungsmotor mittels der anfänglich stehenden oder mit einer Drehzahl unterhalb einer Mindestdrehzahl drehenden Elektromaschine bei geschlossenem Schaltele ment auf die Mindestdrehzahl oder eine oberhalb der Mindestdrehzahl liegende Zieldrehzahl beschleunigt und anschließend gestartet.
Ein Direktstart ist demnach bei einem Anfahrvorgang besonders vorteilhaft, da die Elektromaschine und der Verbrennungsmotor dann die Drehzahl Null haben, so dass es hinsichtlich der Startzeit günstiger ist, den Verbrennungsmotor gleichzeitig mit der Elektromaschine zu beschleunigen. Dazu wird das verbrennungsmotorseitige Schaltelement bei in Neutral geschaltetem Getriebe, oder, falls zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe ein zweites Schaltelement angeordnet ist, bei geöffnetem zweiten Schaltelement geschlossen und anschließend der Verbrennungsmotor mittels der Elektromaschine bei steigender Drehzahl auf eine Zieldrehzahl, beispielsweise eine Drehzahl geringfügig oberhalb einer Leerlaufdrehzahl, beschleunigt und dann gestartet.
Die Wahl des Startmodus erfolgt vorteilhaft anhand einer Drehzahlschwelle bzw. einem Drehzahlgrenzwert der Elektromaschine. Demnach kann vorgesehen sein, dass ein Schwungstart durchgeführt wird, wenn die Elektromaschinendrehzahl zum Zeitpunkt oder zeitlich nahe an der Startanforderung oberhalb eines Drehzahlschwellwertes liegt, und dass ein Direktstart durchgeführt wird, wenn die Elektromaschinendrehzahl zum Zeitpunkt oder zeitlich nahe an der Startanforderung unterhalb des Drehzahlschwellwertes liegt.
Die Drehzahlschwelle kann im einfachsten Fall ein fest vorgegebener konstanter Drehzahlwert sein. Eine genauere Vorauswahl kann durch eine Drehzahlschwelle erreicht werden, die anhand eines abgespeicherten Kennfeldes ermittelt wird, in dem ein Drehzahlwert in Abhängigkeit von geeigneten erfassten Parametern ausgelesen wird. Eine flexible Bestimmung des Drehzahlschwellwertes wird durch eine Anpassung an die jeweilige Fahrsituation und/oder eine Überprüfung aktueller Betriebsdaten, beispielsweise eines relevanten Temperaturwertes und/oder eines Ladezustandes eines elektrischen Antriebsenergiespeichers, ermöglicht. Schließlich können auch abgespeicherte Drehzahlschwellwerte zurückliegender Startvorgänge zur Bestimmung einer aktuellen Drehzahlschwelle berücksichtigt werden.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1 eine schematische Darstellung eines ersten Hybridantriebes eines Fahrzeugs zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens, und
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Hybridantriebes eines Fahrzeugs zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens.
Demnach ist in 1 ein Schema eines Fahrzeug-Hybridantriebes 1 mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang 2 dargestellt, wie er beispielsweise für ein Nutzfahrzeug (Lkw, Bus, Transporter, Sonderfahrzeug) vorgesehen sein kann. Der Antriebsstrang 2 weist einen Verbrennungsmotor 3, beispielsweise einen Dieselmotor, mit einer Kurbelwelle 24 auf, die über ein als eine Kupplung ausgebildetes Schaltelement 4 mit einer Elektromaschine 5 verbindbar ist. Die Elektromaschine 5 ist über einen Getriebeeingang 6 mit einem Getriebe 7 antriebstechnisch gekoppelt. Dem Getriebe 7 kann ein nicht näher erläuterter Nebenabtrieb (PTO: Power Take-Off) 8 nachgeordnet sein. Über einen Abtrieb 26 und ein Differenzial 9 kann ein jeweils anliegendes Abtriebsmoment des Hybridantriebes 1 an eine Antriebsachse 10 und über diese an die Antriebsräder 11 weitergeleitet werden.
Die Elektromaschine 5 kann je nach Betriebssituation als elektrisches Antriebsaggregat oder als Generator betrieben werden. Dazu ist sie mit einem Umrichter 12 verbunden, der von einem Umrichter-Steuergerät 13 ansteuerbar ist. Über den Umrichter 12 ist die Elektromaschine 5 mit einem elektrischen Antriebsenergiespeicher 14, beispielsweise einer 340 V-Hochvolt-Batterie (auch Supercaps sind möglich), verbunden. Im motorischen Betrieb wird die Elektromaschine 5 vom Energiespeicher 14 gespeist. Im generatorischen Betrieb, also beim Antrieb durch den Verbrennungsmotor 3 und/oder im Rekuperationsbetrieb, wird der Energiespeicher 14 durch die Elektromaschine 5 aufgeladen. Weiterhin fungiert die Elektromaschine 5 als integrierter Startergenerator (ISG) zum Starten des Verbrennungsmotors 3. Der Hochvoltkreis des Energiespeichers 14 bzw. die daran angeschlossenen Steuergeräte sind über einen bidirektionalen Gleichspannungswandler (DC/DC) 15 an ein Bordnetz (24 V oder 12 V) 16 angeschlossen. Der Energiespeicher 14 ist mittels eines Batteriemanagementsystems (BMS) 17 bezüglich seines Ladezustandes (SOC: State of Charge) überwachbar und regelbar. Der Gleichspannungswandler 15 ist von einem Gleichspannungswandler-Steuergerät 18 ansteuerbar. Zudem ist ein Steuergerät 19 für nicht näher erläuterte Bremsregelungsfunktionen, insbesondere ein Antiblockiersystem (ABS) bzw. ein elektronisches Bremssystem (EBS) sowie ein weiteres Steuergerät 20 für eine elektronische Dieselregelung (EDC) des beispielhaft als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmotors 3 vorgesehen. Die einzelnen genannten Steuergeräte können auch, wenigstens zum Teil, in einem Steuergerät zusammengefasst sein.
Weiterhin ist eine integrierte Steuerungseinrichtung 21 angeordnet, in der ein Getriebesteuergerät (TCU: Transmission Control Unit), ein Hybridsteuergerät (HCU: Hybrid Control Unit) sowie verschiedene Betriebsfunktionen zusammengefasst sind. Der Steuerungseinrichtung 21 sind zudem als eine Steuerungseinheit ausgebildete Steuerungsmittel 25 zur Erfassung und Auswertung der Drehzahl der Elektromaschine 5 für eine Vorauswahl eines Startmodus von mehreren Startmodi zugeordnet.
Die Steuerungseinheit 25 ist außerdem zur Speicherung von Drehzahlschwellwerten und Kennfeldern geeignet, die für die Vorauswahl des jeweils geeigneten Startmodus zur Verfügung stehen. Weiterhin können der Steuerungseinheit 25 aktuelle Fahrzustands- und Betriebdaten zur Bestimmung eines aktuellen Drehzahlschwellwertes und gegebenenfalls zum Vergleich mit abgespeicherten Drehzahlwerten zugeführt werden.
Die Steuerungseinheit 25 ist derart ausgebildet, dass sie bei einer Startanforderung zum Starten des Verbrennungsmotors 3, mit der Steuerungseinrichtung 21, die auch den Betrieb der Elektromaschine 5 und die Ansteuerung des Schaltelementes 4 regelt, bei einer von der Drehzahl der Elektromaschine abhängigen Vorauswahl eines Startmodus und der Durchführung des jeweils ausgewählten Startmodus zusammenwirkt.
Zur Steuerung und Umschaltung der möglichen Antriebsmodi des Hybridantriebes 1 ist weiterhin eine zentrale Strategie-Einheit 22 vorgesehen, die, vorteilhaft über einen Datenbus (z. B. CAN) 23, mit der Steuerungseinrichtung 21 und der Steuereinheit 25 sowie den weiteren relevanten Steuergeräten 13, 17, 18, 19 kommuniziert.
Der in 1 dargestellte Antriebsstrang 2 ist als eine 1K-ISG-Anordnung ausgebildet, also mit einer Trenn- oder Anfahrkupplung als Schaltelement 4 zur Ankopplung des Verbrennungsmotors 3 an den Antriebsstrang 2 und zur Verbindung mit der Elektromaschine 5. Die Elektromaschine 5 ist über den Getriebeeingang 6, also über eine Getriebeeingangswelle, direkt mit dem Getriebe 7 verbunden. Eine Wirkverbindung der Elektromaschine 5 mit dem Abtrieb 26 ist je nach Ausbildung dieses Getriebes 7 über (nicht explizit dargestellte) getriebeinterne Schaltelemente realisiert und regelbar. Diese Anordnung ist für die Durchführung des nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft zu verstehen.
Das Verfahren ist ebenso mit einer in 2 gezeigten 2K-ISG-Anordnung eines Hybridantriebes 1' mit einem Antriebsstrang 2' durchführbar. Darin ist ein zweites separates Schaltelement 27 zwischen der Elektromaschine 5 und dem Getriebe 7 angeordnet ist, über das die Elektromaschine 5, unabhängig von der Bauart des Getriebes 7, vom Abtrieb 26 vollständig abkoppelbar ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches mit dem Hybridantrieb 1 bzw. 1' durchführbar ist, beruht auf einer Auswahl eines Startmodus bei einer Startanforderung zum Start des Verbrennungsmotors 3 in Abhängigkeit von der momentanen Drehzahl der Elektromaschine 5. Dazu stehen zwei Startmöglichkeiten zur Verfügung:
Ist die Drehzahl der Elektromaschine 5 größer als ein vorbestimmter Schwellwert bzw. Grenzwert, so wird ein Schwungstart ausgeführt. Ist die Drehzahl der Elektromaschine 5 hingegen kleiner als dieser Schwellwert, so erfolgt ein Direktstart. Die Drehzahlschwelle kann beispielsweise nahe Null liegen.
Bei einem Schwungstart wird die Elektromaschine 5 auf eine erforderliche Mindestdrehzahl beschleunigt oder auf der aktuellen Drehzahl gehalten, wenn diese oberhalb der Mindestdrehzahl liegt. Anschließend wird das Schaltelement 4 geschlossen. Der Verbrennungsmotor 3 wird gestartet, sobald der Verbrennungsmotor 3 eine gewünschte Zieldrehzahl, beispielsweise eine Leerlaufdrehzahl erreicht hat. Der Schwungstart wird vorzugsweise in einer zugkraftunterbrochenen Phase, beispielsweise bei einem Gangwechsel, im elektrischen Fahrbetrieb ausgeführt, also bei Drehzahlen der Elektromaschine 5 nahe oder oberhalb der Mindestdrehzahl.
Bei einem Direktstart ist oder wird das Schaltelement 4 hingegen zu Beginn geschlossen und der Verbrennungsmotor 3 wird zusammen mit der Elektromaschine 5 auf eine gewünschte Zieldrehzahl, beispielsweise knapp über der Leerlaufdrehzahl, beschleunigt und dann gestartet. Der Direktstart wird vorzugsweise bei einem Anfahrvorgang bei stehendem Fahrzeug ausgeführt. Das Getriebe 7 ist dabei also in Neutral geschaltet oder die Elektromaschine 5 ist über ein zwischen der Elektromaschine 5 und dem Abtrieb 26 angeordnetes zweites Schaltelement 27 vom Abtrieb 26 vollständig entkoppelt und die Elektromaschinendrehzahl ist anfänglich Null oder nahe Null.
In der jeweiligen Betriebssituation, also Motorstart bei elektrischer Fahrt oder Motorstart beim Anfahren, wird somit durch die Wahl des Schwungstart bzw. des Direktstart jeweils der im Ergebnis vergleichsweise zeitlich kürzere Startvorgang durchgeführt.

1, 1': Hybridantrieb
2, 2': Antriebsstrang
3: Verbrennungsmotor
4: Schaltelement
5: Elektromaschine
6: Getriebeeingang
7: Getriebe
8: Nebenabtrieb
9: Differenzial
10: Antriebsachse
11: Fahrzeugrad
12: Umrichter
13: Umrichter-Steuergerät
14: Elektrischer Antriebsenergiespeicher
15: Gleichspannungswandler
16: Bordnetz
17: Batteriemanagementsystem
18: Spannungswandler-Steuergerät
19: Elektronische Bremsregelung
20: Elektronische Dieselregelung
21: Steuerungseinrichtung
22: Betriebsstrategieeinheit
23: Datenbus
24: Kurbelwelle
25: Steuerungsmittel
26: Abtrieb
27: Schaltelement
ABS: Antiblockiersystem
BMS: Batterie-Management-System
DC/DC: Gleichspannungswandler (Direct Current)
EBS: Elektronisches Bremssystem (Electronic Brake System)
EDC: Elektronische Dieselregelung (Electronic Diesel Control)
HCU: Hybridsteuerung (Hybrid Control Unit)
TCU: Getriebesteuerung (Transmission Control Unit)
PTO: Nebenabtrieb (Power Take-Off)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 20050221947 A1 [0008]
- DE 102005051382 A1 [0008, 0009]
- DE 102005007966 A1 [0009]
- DE 19945473 A1 [0011]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebes (1, 1') eines Fahrzeuges, mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang (2, 2'), umfassend einen Verbrennungsmotor (3), wenigstens eine Elektromaschine (5), wenigstens ein zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der Elektromaschine (5) angeordnetes Schaltelement (4), mittels dem der Verbrennungsmotor (3) mit der Elektromaschine (5) verbindbar ist, ein Getriebe (7) und einen Abtrieb (26), bei dem der Verbrennungsmotor (3) mittels der Elektromaschine (5) gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Startanforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (3), abhängig von einer momentanen Drehzahl der Elektromaschine (5), ein Schwungstart oder ein Direktstart des Verbrennungsmotors (3) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung eines Schwungstarts zunächst die Elektromaschine (5) bei geöffnetem Schaltelement (4) auf eine vorgegebene Mindestdrehzahl beschleunigt oder eine aktuelle Elektromaschinendrehzahl oberhalb der Mindestdrehzahl gehalten wird, anschließend das Schaltelement (4) geschlossen wird und schließlich der Verbrennungsmotor (3) bei Erreichen der Mindestdrehzahl oder einer zwischen der Mindestdrehzahl und einer zuvor gehaltenen Elektromaschinendrehzahl liegenden Zieldrehzahl gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung eines Direktstarts der Verbrennungsmotor (3) mittels der zunächst stillstehenden oder mit einer Drehzahl unterhalb einer Mindestdrehzahl drehenden Elektromaschine (5) bei geschlossenem Schaltelement (4) auf die Mindestdrehzahl oder eine oberhalb der Mindestdrehzahl liegende Zieldrehzahl beschleunigt und anschließend gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwungstart durchgeführt wird, wenn die Elektromaschinendrehzahl zum Zeitpunkt oder zeitlich dicht bei der Startanforderung oberhalb eines Drehzahlschwellwertes liegt, und dass ein Direktstart durchgeführt wird, wenn die Elektromaschinendrehzahl zum Zeitpunkt oder zeitlich dicht bei der Startanforderung unterhalb des Drehzahlschwellwertes liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlschwellwert als eine Konstante fest vorgegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Drehzahlschwellwert jeweils anhand eines abgespeicherten Kennfeldes ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Drehzahlschwellwert jeweils anhand eines momentanen Fahrzustandes bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktueller Drehzahlschwellwert jeweils anhand des momentanen Wertes wenigstens eines Betriebsparameters bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter wenigstens ein relevanter Temperaturwert und/oder ein Ladezustand eines elektrischen Antriebsenergiespeichers (14) berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung eines aktuellen Drehzahlschwellwertes zuvor abgespeicherte Drehzahlschwellwerte berücksichtigt werden.
Vorrichtung zum Betrieb eines Hybridantriebes (1, 1') eines Fahrzeugs, mit einem Parallelhybrid-Antriebsstrang (2, 2'), umfassend einen Verbrennungsmotor (3), wenigstens eine Elektromaschine (5), wenigstens ein zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der Elektromaschine (5) angeordnetes Schaltelement (4), mittels dem der Verbrennungsmotor (3) mit der Elektromaschine (5) verbindbar ist, ein Getriebe (7) und einen Abtrieb (26), bei welcher der Verbrennungsmotor (3) mittels der Elektromaschine (5) startbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass Steuerungsmittel (25) vorgesehen sind, mittels denen bei einer Startanforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (3), abhängig von einer momentanen Drehzahl der Elektromaschine (5), ein Schwungstart oder ein Direktstart des Verbrennungsmotors (3) durchführbar ist.