DE102008036166A1 - Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs, insbesondere eines Wechsels von einem Elektromotorbetrieb in einen Hybridbetrieb. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Hybridfahrzeugs ein Verbrennungsmotor gestartet, dessen Drehzahl mit einer Drehzahl eines Getriebeeingangs des Hybridfahrzeugs synchronisiert und der Verbrennungsmotor an das Getriebe ankoppelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind, wie in DE 20 2005 019 996 U1 beschrieben, ein Fahrzeug und eine Vorrichtung zur Steuerung des Verbrennungsmotorstarts in einem Fahrzeug bekannt. Eine Steuerungsvorrichtung zur Steuerung des Starts eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine sowie eine erste, zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angebrachte Kupplung, mittels derer der Verbrennungsmotor wahlweise mit der elektrischen Maschine verbunden werden kann, und eine zweite, zwischen der elektrischen Maschine und Fahrzeugantriebsrädern angeordnete Kupplung, wobei die zweite Kupplung wahlweise eingerückt werden kann, um die Übertragung von Drehmoment zwischen der elektrischen Maschine und den Fahrzeugantriebsrädern zu fördern.
  • Die Steuerungsvorrichtung ist dahingehend ausgebildet, einen Start des Verbrennungsmotors anzufordern, die elektrische Maschine zu betreiben, die zweite Kupplung teilweise außer Eingriff zu bringen, wenn die zweite Kupplung bei der Anforderung des Starts des Verbrennungsmotors vollständig eingerückt ist, wobei der nur teilweise Eingriff der zweiten Kupplung einen Schlupf in dieser verursacht, wodurch die Fahrzeugantriebsräder wenigstens teilweise von Drehmomentungleichmäßigkeiten des Verbrennungsmotors isoliert werden sowie die erste Kupplung einzurücken, wodurch der Verbrennungsmotor mit der elektrischen Maschine verbunden wird und dem Verbrennungsmotor Kraftstoff zuzuführen, wodurch die Erzeugung von Drehmoment durch den Verbrennungsmotor gefördert wird.
  • In EP 0 965 475 A2 wird eine Kupplungskontrolle in einem Hybridfahrzeug beschrieben. Ein Hybridfahrzeug wird durch Öffnen oder Schließen einer Kupplung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe entweder von einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor angetrieben. Ein Generator ist mit dem Verbrennungsmotor verbunden und das Drehmoment des Verbrennungsmotors wird vom Generator absorbiert, wenn der Antrieb vom Elektromotor auf den Verbrennungsmotor umgeschaltet wird. Die Kupplung wird geschlossen, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors und des Elektromotors übereinstimmen. Daraus resultiert ein gleich bleibendes Drehmoment, welches auf das Getriebe wirkt, wodurch der Umschaltvorgang des Antriebs vom Elektromotor auf den Verbrennungsmotor für die Fahrzeuginsassen unbemerkt erfolgt.
  • In US 6,853,892 62 wird ein System zur Steuerung einer Kupplung beschrieben, welche einen Verbrennungsmotor mit einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs verbindet. Das System umfasst ein Steuergerät, um einen Drehzahlunterschied zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor festzustellen und ein Motorstartsignal zu bestimmen. Sensoren, welche am Verbrennungsmotor und am Elektromotor angeordnet sind, liefern Drehzahldaten an das Steuergerät. Basierend auf diesen Daten erzeugt das Steuergerät ein Kupplungspositionierungssignal an einen Servo-Aktor, welcher mit der Kupplung verbunden ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • In einem Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs, insbesondere eines Wechsels von einem Elektromotorbetrieb in einen Hybridbetrieb, wird erfindungsgemäß in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Hybridfahrzeugs ein Verbrennungsmotor gestartet, dessen Drehzahl mit einer Drehzahl eines Getriebeeingangs des Hybridfahrzeugs synchronisiert und der Verbrennungsmotor an das Getriebe angekoppelt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein komfort- und agilitätsoptimiertes Koppeln bzw. Abkoppeln des Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Betriebssituationen des Hybridfahrzeugs mittels einer Koordination von Motorstart, Drehzahlregelung, einer gezielten Anfahrkupplungsansteuerung und einer Drehmomentensteuerung beteiligter Aggregate. Ein für die Insassen ungewöhnliches bzw. unkomfortables Verhalten des Hybridfahrzeugs, welches durch das Koppeln bzw. Abkoppeln des Verbrennungsmotors verursacht wird, wie zum Beispiel eine ungewöhnliche Geräuschentwicklung des Verbrennungsmotors oder ein Ruckeln und plötzliches Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs, ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermeidbar.
  • Des Weiteren kann eine Zuschaltdynamik des Verbrennungsmotors mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens an den jeweiligen Betriebszustand des Hybridfahrzeugs angepasst werden. So kann der Verbrennungsmotor beispielsweise bei einer zusätzlichen Fahrleistungsanforderung, welche der Elektromotor nicht allein erzeugen kann, sehr schnell und derart in den Antrieb des Hybridfahrzeugs eingekoppelt werden, dass das Hybridfahrzeug bereits durch das Koppeln des Verbrennungsmotors zusätzlich beschleunigt wird. Im Fall des Koppelns des Verbrennungsmotors aufgrund eines Ladezustands von Batterien des Hybridfahrzeugs, d. h. beispielsweise ausschließlich um die Batterien zu laden, kann der Verbrennungsmotor mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne eine Komfortminderung für die Insassen und ohne einen Einfluss auf das Fahrverhalten des Hybridfahrzeugs gestartet und gekoppelt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist in zwei Phasen unterteilt, wobei zweckmäßigerweise in einer ersten Phase aufgrund einer Anforderung der Verbrennungsmotor gestartet und eine hydraulische Anfahrkupplung befüllt wird, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors mit einer Drehzahl des Getriebeeingangs synchronisiert wird und der Verbrennungsmotor nach erfolgter Drehzahlsynchronisation mittels der Anfahrkupplung, welche beispielsweise als so genannte nasse Anfahrkupplung ausgeführt ist, mit dem Getriebeeingang gekoppelt wird. Auf diese Weise wird der Verbrennungsmotor derart an den Getriebeeingang gekoppelt, dass ein sanfter, komfortabler und für die Insassen des Hybridfahrzeugs unbemerkter Übergang vom Elektrobetrieb in den Hybridbetrieb erfolgt.
  • Vorzugsweise wird ein Signal für den Zustand des Verbrennungsmotors zur Anforderung des Starts des Verbrennungsmotors auf den Wert Eins gesetzt, wodurch der Verbrennungsmotor gestartet wird.
  • Vorzugsweise wird ein Signal zum Befüllen der Anfahrkupplung auf den Wert Eins gesetzt, so dass ein Druckaufbau in der Anfahrkupplung bis zu einem Basiswert erfolgt, wodurch ein Schließen der Anfahrkupplung vorbereitet wird.
  • In einer besonders günstigen Ausführungsform wird einem Automatikgetriebe ein Sollgang vorgegeben, der einem bei Start des Verfahrens eingelegten Gang entspricht, so dass eine ruhige komfortable Weiterfahrt des Hybridfahrzeugs während des Verfahrens sichergestellt ist. Ein für die Insassen ungewöhnliches bzw. unkomfortables Verhalten des Hybridfahrzeugs während des Verfahrens wird auf diese Weise vermieden.
  • In einer besonders günstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verbrennungsmotor nach dem Start drehzahlgeregelt, indem ein erstes Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl am Getriebeeingang bestimmt wird. Mittels dieses ersten Solldrehmomentes wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors der Drehzahl des Getriebeeingangs angeglichen. Wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors auf einen Wert gesteuert, der etwas über der Drehzahl des Getriebeeingangs liegt, kann ein dynamisches Moment durch eine Verbrennungsmotorverzögerung während des Schließens der Anfahrkupplung zu einer zusätzlichen Fahrzeugbeschleunigung genutzt werden.
  • Ein Synchronlauf der Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Getriebeeingang wird in vorteilhafter Weise überprüft, indem sowohl die Drehzahldifferenz als auch eine Differenz von Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors und des Getriebeeingangs überwacht werden, wobei ein Signal für den Drehzahlsynchronlauf auf den Wert Eins gesetzt und gehalten wird, wenn sowohl die Drehzahldifferenz als auch die Differenz der Drehzahlgradienten über eine definierte Zeit innerhalb einer definierten Grenze liegen. Auf diese Weise wird festgestellt, wann der Drehzahlsynchronlauf zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang vorliegt und die Anfahrkupplung geschlossen werden kann.
  • Bei Zuschaltung des Verbrennungsmotors aufgrund einer Fahrleistungsanforderung wird vorzugsweise die Drehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert, indem ein Gradient der Drehzahl des Verbrennungsmotors gebildet wird, dieser Gradient mit einer parametrisierbaren Zeitspanne multipliziert wird, auf die Drehzahl des Verbrennungsmotors aufaddiert wird und eine derart ermittelte erwartete Drehzahl des Verbrennungsmotors mit der Drehzahl am Getriebeeingang verglichen wird, wobei ein Signal für den Drehzahlsynchronlauf auf den Wert Eins gesetzt und gehalten wird, wenn die erwartete Drehzahl des Verbrennungsmotors für eine bestimmte Zeit größer als die Drehzahl am Getriebeeingang ist. Auf diese Weise wird eine möglichst schnelle Zuschaltung des Verbrennungsmotors ermöglicht, da ermittelt wird, wann die Drehzahlsynchronisation erreicht sein wird, um dann sofort mit dem Schließen des Anfahrelementes zu beginnen.
  • Der Anfahrkupplung wird in vorteilhafter Weise ein Soll-Drehmomentgradient vorgegeben, sobald das Signal für den Drehzahlsynchronlauf auf den Wert Eins gesetzt ist. Wenn der Drehzahlsynchronlauf zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang vorliegt, kann die Anfahrkupplung geschlossen werden. Mittels des vorgegebenen Soll-Drehmomentgradienten wird der Verbrennungsmotor mittels der Anfahrkupplung sanft an den Getriebeeingang angekoppelt, wobei ein ansteigendes Drehmoment über die Anfahrkupplung übertragen wird. Die Ankoppelung des Verbrennungsmotors, d. h. der Wechsel in den Hybridbetrieb, erfolgt auf diese Weise für die Insassen des Hybridfahrzeugs unbemerkt bzw. ohne störende Auswirkungen.
  • In einer zweiten Phase des Verfahrens werden vorzugsweise vorgegebene Anfangsdrehmomente des Verbrennungsmotors und des Elektromotors mit einer vorgegebenen maximalen Steigerung an Solldrehmomente des neuen einzustellenden Hybridbetriebes angepasst. Eine Vorgabe des Drehmomentes des Elektromotors folgt hierbei nicht mehr einer Fahrervorgabe, sondern beispielsweise der Vorgabe einer Ladestrategie, wohingegen der Verbrennungsmotor nun der Fahrervorgabe folgt.
  • Das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors wird besonders bevorzugt summarisch modifiziert, indem das extern vorgegebene Anfangsdrehmoment des Verbrennungsmotors um den Anteil des momentanen Drehmoments des Elektromotors erhöht bzw. erniedrigt wird. Auf diese Weise bleibt ein Gesamtdrehmoment eines Antriebsstrangs des Hybridfahrzeugs konstant, so dass sich das Hybridfahrzeug normal weiterbewegt, d. h. nicht beispielsweise plötzlich und für die Insassen überraschend stark beschleunigt oder verzögert.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird zum Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektromotorbetrieb in einer ersten Abschaltphase das aktuell vorgegebene Anfangsdrehmoment des Elektromotors aus dem Hybridbetrieb auf das einer neuen Betriebsart Elektromotorbetrieb zugehörige vorgegebene Solldrehmoment erhöht und das aktuell vorgegebene Anfangsdrehmoment des Verbrennungsmotors aus dem Hybridbetrieb auf ein der neuen Betriebsart Elektromotorbetrieb zugehöriges vorgegebenes Solldrehmoment abgesenkt, wobei ein Anstieg bzw. eine Absenkung auf die Solldrehmomente mittels eines maximal zulässigen Gradienten begrenzt wird. Dieser Vorgang wird als so genannte Verrampung der Drehmomente bezeichnet. Dadurch kann der Verbrennungsmotor kontrolliert aus dem Antriebsstrang des Hybridfahrzeugs ausgekoppelt und abgeschaltet werden, so dass das Hybridfahrzeug Treibstoff sparend und umweltschonend ausschließlich mit dem Elektromotor betrieben werden kann. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt der Abschaltvorgang des Verbrennungsmotors ohne Komforteinbußen für die Insassen und ohne plötzliche unerwartete Änderungen der Fahrweise des Hybridfahrzeugs.
  • Vorzugsweise wird ein Signal zum Abschluss der Verrampung der Drehmomente auf den Wert Eins gesetzt, sobald ein Ist-Drehmoment des Elektromotors dem zugehörigen Solldrehmoment des Elektromotors entspricht und ein Ist-Drehmoment des Verbrennungsmotors dem zugehörigen Solldrehmoment des Verbrennungsmotors entspricht, d. h. das Hybridfahrzeug wird ab diesem Zeitpunkt praktisch ausschließlich von dem Elektromotor angetrieben, so dass der Verbrennungsmotor durch Trennen der Anfahrkupplung vom Getriebeeingang entkoppelt werden kann.
  • Zweckmäßigerweise wird die hydraulische Anfahrkupplung geöffnet und entleert, sobald das Signal zum Abschluss der Verrampung der Drehmomente auf den Wert Eins gesetzt ist, indem ein Signal zum Entleeren der Anfahrkupplung und ein Signal für den Zustand der Anfahrkupplung auf den Wert Null gesetzt werden, d. h. der Verbrennungsmotor wird durch Öffnen der Anfahrkupplung vom Getriebeeingang getrennt und kann abgeschaltet werden.
  • Vorzugsweise wird in einer zweiten Abschaltphase der Verbrennungsmotor gestoppt, indem das Signal für den Zustand des Verbrennungsmotors auf den Wert Null gesetzt wird. Dadurch wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet. Das Hybridfahrzeug ist damit im Elektromotorbetrieb, d. h. es wird umweltschonend und Treibstoff sparend ausschließlich mittels des Elektromotors angetrieben.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine Darstellung des Verfahrens zum Wechsel von einem Elektromotorbetrieb in einen Hybridbetrieb,
  • 2 eine Darstellung einer Unterfunktion für eine Drehzahlregelung,
  • 3 eine Darstellung einer Unterfunktion zur Sollwertermittlung eines Soll-Drehmomentgradienten, und
  • 4 eine Darstellung des Verfahrens zum Wechsel von einem Hybridbetrieb in einen Elektromotorbetrieb.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine Darstellung des Verfahrens zum Wechsel von einem Elektromotorbetrieb in einen Hybridbetrieb in einem Hybridfahrzeug. Dieses Verfahren ist in zwei Phasen P1, P2 unterteilt. In Phase P1 werden beginnend mit dem Aufruf des Verfahrens ein Motorstart eines Verbrennungsmotors und ein Befüllen einer hydraulischen Anfahrkupplung, welche als so genannte nasse Anfahrkupplung ausgeführt ist, angefordert. Dazu werden ein Signal SVM für den Zustand des Verbrennungsmotors und ein Signal SNAK für ein Befüllen der Anfahrkupplung auf den Wert Eins gesetzt. Ein Automatikgetriebe wird durch Vorgabe eines Sollganges Gsoll in einem Gang Gist gehalten, in dem es sich bei Aufruf des Verfahrens befand. Das Hybridfahrzeug wird zunächst noch elektrisch angetrieben gemäß eines vorgegebenen Anfangsdrehmomentes VEM für den Elektromotor, welches beispielsweise aus einer Fahrpedalanforderung abgeleitet wird.
  • Nach dem Start wird der Verbrennungsmotor drehzahlgeregelt. Hierzu bestimmt eine Unterfunktion U1 für eine Drehzahlregelung, welche in 2 dargestellt ist, ein erstes Solldrehmoment SVM1 für den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz DD zwischen einer Drehzahl DVM des Verbrennungsmotors und einer Drehzahl DGE an einem Getriebeeingang, auf welche der Verbrennungsmotor synchronisiert werden soll.
  • Parallel zu dieser Drehzahlregelung wird der Synchronlauf der Drehzahlen DVM, DGE von Verbrennungsmotor und Getriebeeingang in der Phase P1 mittels einer Unterfunktion U2 zu einer Drehzahlüberwachung überprüft, wie ebenfalls in 2 dargestellt. Ein Drehzahlgradient des Verbrennungsmotors und ein Drehzahlgradient des Getriebeeingangs werden jeweils mittels einer Division einer Drehzahländerung des Verbrennungsmotors bzw. einer Drehzahländerung des Getriebeeingangs zwischen zwei diskreten Zeitpunkten und einer Taktzeit ermittelt.
  • Wenn sowohl die Drehzahldifferenz DD zwischen der Drehzahl DVM des Verbrennungsmotors und der Drehzahl DGE des Getriebeeingangs als auch eine Differenz der Drehzahlgradienten von Verbrennungsmotor und Getriebeeingang über eine definierte Zeit innerhalb einer definierten Grenze liegen, wird ein Synchronlauf der Drehzahlen DVM, DGE von Verbrennungsmotor und Getriebeeingang erkannt und ein Signal DSL für den Drehzahlsynchronlauf wird auf den Wert Eins gesetzt und gehalten. Ist dieser Fall eingetreten, wird der Anfahrkupplung ein Soll-Drehmomentgradient NAKsoll vorgegeben, wie in 1 dargestellt. Dadurch wird ein übertragbares Drehmoment aufgebaut, wodurch der Verbrennungsmotor mit dem Getriebeeingang mittels der Anfahrkupplung mechanisch gekoppelt wird.
  • Der vorgegebene Soll-Drehmomentgradient NAKsoll wird von einer Unterfunktion U3 zu einer Sollwertermittlung des Soll-Drehmomentgradient NAKsoll ermittelt, welche in 3 dargestellt ist. Basierend auf einem Basiswert B wird der Soll-Drehmomentgradient NAKsoll in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz DD skaliert. Solange der Soll-Drehmomentgradient NAKsoll positiv bleibt, ist gesichert, dass die Anfahrkupplung geschlossen wird.
  • Sobald die Anfahrkupplung als geschlossen zurück gemeldet wird, ist die Phase P1 abgeschlossen und daher wird ein Signal P1OK auf den Wert Eins gesetzt und Phase P2 des Verfahrens, wie in 1 dargestellt, gestartet. Die Vorgaben für den Elektromotor und den Verbrennungsmotor werden nicht mehr von außen durch das vorgegebene Anfangsdrehmoment VEM für den Elektromotor bzw. durch das erste Solldrehmoment SVM1 für den Verbrennungsmotor vorgegeben, sondern von einer so genannten Drehmomentenverrampung.
  • Um eine komfortable Überleitung auf neue Drehmomentenvorgaben SVM2, SEM für den Verbrennungsmotor bzw. den Elektromotor sicherzustellen, wird ein zulässiger Drehmomentengradient der Vorgaben begrenzt. Hierzu wird ein maximaler Wert der Zu- oder Abnahme von einem Schritt auf einen folgenden Schritt limitiert. Die maximal zulässigen Gradienten sind vorgebbar. Das Solldrehmoment SEM des Elektromotors wird auf eine neue Vorgabe eingestellt, beispielsweise auf ein geringes Lademoment. Mittels dieser Gradientenbegrenzung durchläuft der Sollwert eine so genannte Drehmomentrampe von einem Startwert in Form des extern vorgegebenen Anfangsdrehmomentes VEM des Elektromotors zu einem neuen Sollwert mit einer vorgegebenen maximalen Steigung.
  • Entsprechend dem sich verändernden Solldrehmoment SEM des Elektromotors wird ein zweites Solldrehmoment SVM2 des Verbrennungsmotors summarisch modifiziert, d. h. das extern vorgegebene Anfangsdrehmoment VVM des Verbrennungsmotors wird um den Anteil des Drehmoments des Elektromotors erhöht bzw. erniedrigt. Unterschreitet die Zu- bzw. Abnahme der Sollwerte pro Zeitschritt den vorgegebenen Grenzwert, ist die Funktion erfolgreich beendet und ein Signal FOK wird daher auf den Wert Eins gesetzt.
  • Wird der Verbrennungsmotor zugeschaltet aufgrund einer Fahrleistungsanforderung, muss die Zuschaltung möglichst schnell erfolgen. Um die Zuschaltung zu beschleunigen, wird die Überprüfung, ob eine Drehzahlsynchronisation zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebeeingang vorliegt, welche in 2 dargestellt und beschrieben wurde, weggelassen. Stattdessen wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors gesteuert, indem ein Gradient der Drehzahl des Verbrennungsmotors gebildet wird, wobei eine Differenz von einem Taktschritt auf den nächsten bezogen auf eine Schrittweite einer elektronischen Steuereinheit eine momentane Drehzahländerung des Verbrennungsmotors pro Sekunde ergibt.
  • Mittels dieses Drehzahlgradienten wird die Drehzahl ermittelt, die in einer parametrisierbaren Zeitspanne vom Verbrennungsmotor erreicht wird, indem der Drehzahlgradient mit der parametrisierbaren Zeitspanne multipliziert und auf die aktuelle Motordrehzahl aufaddiert wird, und mit der Drehzahl DGE am Getriebeeingang verglichen. Durch geeignete Wahl der Parameter zur Berechnung der erwarteten Motordrehzahl und der Synchronisationsbedingung kann darüber hinaus die Motordrehzahl auf einen Wert größer als der Wert der Drehzahl DGE am Getriebeeingang gesteuert werden, so dass ein dynamisches Moment der Motorverzögerung des Verbrennungsmotors beim Schließen der Anfahrkupplung zu einer zusätzlichen Fahrzeugbeschleunigung nutzbar ist. Wenn die erwartete Drehzahl des Verbrennungsmotors für eine bestimmte Zeit größer als die Drehzahl DGE am Getriebeeingang ist, ist die Drehzahlbedingung zum Schließen des Anfahrelementes erfüllt, d. h. auf diese Weise ist ermittelbar, wann die Drehzahlsynchronisation erreicht sein wird, um dann sofort mit dem Schließen des Anfahrelementes zu beginnen.
  • 4 zeigt eine Darstellung des Verfahrens zum Wechsel von einem Hybridbetrieb in einen Elektromotorbetrieb in einem Hybridfahrzeug. Soll der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden, d. h. soll in den Elektromotorbetrieb gewechselt werden, läuft das beschriebene Verfahren in geänderter Reihenfolge ab. Das Verfahren wird auch hier in zwei Phasen, im Folgenden als Abschaltphasen Pab1, Pab2 bezeichnet, unterteilt.
  • In Abschaltphase Pab1 erfolgt zunächst die Verrampung der vorgegebenen Anfangsdrehmomente VEM, VVM von Elektromotor und Verbrennungsmotor. Ein Anstieg bzw. eine Absenkung auf die Solldrehmomente SEM, SVMab von Elektromotor und Verbrennungsmotor wird mit einem maximal zulässigen Gradienten begrenzt. Die Startwerte der mittels dieser Gradienten gebildeten Drehmomentenrampen entsprechen den aktuell vorgegebenen Anfangsdrehmomenten VEM, VVM des Hybridbetriebs von Elektromotor und Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor wird auf ein geringes negatives Solldrehmoment SVMab eingestellt, um sein Abschalten vorzubereiten. Der Elektromotor erhält das Solldrehmoment SEM, welches aus der Fahrpedalbetätigung abgeleitet wird. Sobald alle Drehmomentgradienten unterschritten sind, d. h. ein Ist-Drehmoment IEM des Elektromotors dem Solldrehmoment SEM entspricht und ein Ist-Drehmoment IVM des Verbrennungsmotors unterhalb einer vorgegebenen Schwelle ist, wird zur Beendigung der Verrampung ein Signal ROK auf den Wert Eins gesetzt.
  • Daraufhin wird, wie in 4 dargestellt, die Anfahrkupplung geöffnet und entleert, indem das Signal SNAK zum Entleeren der Anfahrkupplung und ein Signal SZNAK für den Zustand der Anfahrkupplung auf den Wert Null gesetzt werden. Wird die Anfahrkupplung als offen zurück gemeldet, ist der Verbrennungsmotor nicht mehr mit dem Getriebeeingang verbunden, d. h. das Hybridfahrzeug wird nur noch von dem Elektromotor angetrieben. Damit ist die Abschaltphase Pab1 des Verfahrens beendet, es wird ein Signal Pab1OK auf den Wert Eins gesetzt und es beginnt Abschaltphase Pab2, in der eine Stoppanforderung an den Verbrennungsmotor gesendet wird, d. h. das Signal SVM für den Zustand des Verbrennungsmotors wird auf den Wert Null gesetzt.
  • Die Solldrehmomente SEM, SVMab von Elektromotor und Verbrennungsmotor werden auf die extern vorgegebenen Anfangsdrehmomente VEM, VVM geschaltet, die nun den Vorgaben für einen Elektromotorbetrieb entsprechen, d. h. das Solldrehmoment SVMab für den Verbrennungsmotor ist Null und das Solldrehmoment SEM für den Elektromotor wird aus der Fahrpedalbetätigung abgeleitet. Ist der Verbrennungsmotor abgeschaltet, wird ein Signal VOK für das Ende des Verfahrens auf den Wert Eins gesetzt und das Verfahren ist erfolgreich beendet.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein komfort- und agilitätsoptimiertes Koppeln bzw. Abkoppeln des Verbrennungsmotors in unterschiedlichen Betriebssituationen des Hybridfahrzeugs mittels einer Koordination von Motorstart, Drehzahlregelung, einer gezielten Anfahrkupplungsansteuerung und einer Drehmomentensteuerung beteiligter Aggregate. Ein für die Insassen ungewöhnliches bzw. unkomfortables Verhalten des Hybridfahrzeugs, welches durch das Koppeln bzw. Abkoppeln des Verbrennungsmotors verursacht wird, wie zum Beispiel eine ungewöhnliche Geräuschentwicklung des Verbrennungsmotors oder ein Ruckeln und plötzliches Beschleunigen oder Verzögern des Fahrzeugs, ist mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens vermeidbar.
  • Des Weiteren kann eine Zuschaltdynamik des Verbrennungsmotors mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens an den jeweiligen Betriebszustand des Hybridfahrzeugs angepasst werden. So kann der Verbrennungsmotor beispielsweise bei einer zusätzlichen Fahrleistungsanforderung, welche der Elektromotor nicht allein erzeugen kann, sehr schnell und derart in den Antrieb des Hybridfahrzeugs eingekoppelt werden, dass das Hybridfahrzeug bereits durch das Koppeln des Verbrennungsmotors zusätzlich beschleunigt wird. Im Fall des Koppelns des Verbrennungsmotors aufgrund eines Ladezustands von Batterien des Hybridfahrzeugs, d. h. beispielsweise ausschließlich um die Batterien zu laden, kann der Verbrennungsmotor mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne eine Komfortminderung für die Insassen und ohne einen Einfluss auf das Fahrverhalten des Hybridfahrzeugs gestartet und gekoppelt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 202005019996 U1 [0002]
    • - EP 0965475 A2 [0004]
    • - US 685389262 [0005]

Claims (16)

  1. Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs, insbesondere eines Wechsels von einem Elektromotorbetrieb in einen Hybridbetrieb und vom Hybridbetrieb in den Elektromotorbetrieb, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von Betriebszuständen des Hybridfahrzeugs ein Verbrennungsmotor gestartet, dessen Drehzahl (DVM) mit einer Drehzahl (DGE) eines Getriebeeingangs des Hybridfahrzeugs synchronisiert und der Verbrennungsmotor an das Getriebe angekoppelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Phasen (P1, P2).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Phase (P1) aufgrund einer Anforderung der Verbrennungsmotor gestartet und eine hydraulische Anfahrkupplung befüllt wird, eine Drehzahl (DVM) des Verbrennungsmotors mit einer Drehzahl (DGE) des Getriebeeingangs synchronisiert wird und der Verbrennungsmotor nach erfolgter Drehzahlsynchronisation mittels der Anfahrkupplung mit dem Getriebeeingang gekoppelt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal (SVM) für den Zustand des Verbrennungsmotors zur Anforderung des Starts des Verbrennungsmotors auf den Wert Eins gesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal (SNAK) zum Befüllen der Anfahrkupplung auf den Wert Eins gesetzt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass einem Automatikgetriebe ein Sollgang (Gsoll) vorgegeben wird, der einem bei Start des Verfahrens eingelegten Gang (Gist) entspricht.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor nach dem Start drehzahlgeregelt wird, indem ein erstes Solldrehmoment (SVM1) für den Verbrennungsmotor in Abhängigkeit einer Drehzahldifferenz (DD) zwischen der Drehzahl (DVM) des Verbrennungsmotors und der Drehzahl (DGE) am Getriebeeingang bestimmt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Synchronlauf der Drehzahlen (DVM, DGE) von Verbrennungsmotor und Getriebeeingang überprüft wird, indem sowohl die Drehzahldifferenz (DD) als auch eine Differenz von Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors und des Getriebeeingangs überwacht werden, wobei ein Signal (DSL) für den Drehzahlsynchronlauf auf den Wert Eins gesetzt und gehalten wird, wenn sowohl die Drehzahldifferenz (DD) als auch die Differenz der Drehzahlgradienten über eine definierte Zeit innerhalb einer definierten Grenze liegen.
  9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zuschaltung des Verbrennungsmotors aufgrund einer Fahrleistungsanforderung die Drehzahl (DVM) des Verbrennungsmotors gesteuert wird, indem ein Gradient der Drehzahl (DVM) des Verbrennungsmotors gebildet wird, dieser Gradient mit einer parametrisierbaren Zeitspanne multipliziert wird, auf die Drehzahl (DVM) des Verbrennungsmotors aufaddiert wird und eine derart ermittelte erwartete Drehzahl des Verbrennungsmotors mit der Drehzahl (DGE) am Getriebeeingang verglichen wird, wobei ein Signal (DSL) für den Drehzahlsynchronlauf auf den Wert Eins gesetzt und gehalten wird, wenn die erwartete Drehzahl des Verbrennungsmotors für eine bestimmte Zeit größer als die Drehzahl (DGE) am Getriebeeingang ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Anfahrkupplung ein Soll-Drehmomentgradient (NAKsoll) vorgegeben wird, sobald das Signal (DSL) für den Drehzahlsynchronlauf auf den Wert Eins gesetzt ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Phase (P2) des Verfahrens vorgegebene Anfangsdrehmomente (VVM, VEM) des Verbrennungsmotors und eines Elektromotors mit einer vorgegebenen maximalen Steigerung an Solldrehmomente (SVM2, SEM) des Verbrennungsmotors und des Elektromotors angepasst werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment (SVM2) des Verbrennungsmotors summarisch modifiziert wird, indem das extern vorgegebene Anfangsdrehmoment (VVM) des Verbrennungsmotors um den Anteil des momentanen Drehmoments des Elektromotors erhöht bzw. erniedrigt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektromotorbetrieb in einer ersten Abschaltphase (Pab1) das aktuell vorgegebene Anfangsdrehmoment (VEM) des Elektromotors aus dem Hybridbetrieb auf das zugehörige vorgegebene Solldrehmoment (SEM) erhöht und das aktuell vorgegebene Anfangsdrehmoment (VVM) des Verbrennungsmotors aus dem Hybridbetrieb auf ein zugehöriges vorgegebenes Solldrehmoment (SVMab) abgesenkt wird, wobei ein Anstieg bzw. eine Absenkung auf die Solldrehmomente (SEM, SVMab) mittels eines maximal zulässigen Gradienten begrenzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal (ROK) auf den Wert Eins gesetzt wird, sobald ein Ist-Drehmoment (IEM) des Elektromotors dem zugehörigen Solldrehmoment (SEM) entspricht und ein Ist-Drehmoment (IVM) des Verbrennungsmotors dem zugehörigen Solldrehmoment (SVMab) entspricht.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Anfahrkupplung geöffnet und entleert wird, sobald das Signal (ROK) auf den Wert Eins gesetzt ist, indem ein Signal (SNAK) zum Entleeren der Anfahrkupplung und ein Signal (SZNAK) für den Zustand der Anfahrkupplung auf den Wert Null gesetzt werden.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zweiten Abschaltphase (Pab2) der Verbrennungsmotor gestoppt wird, indem das Signal (SVM) für den Zustand des Verbrennungsmotors auf den Wert Null gesetzt wird.
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