DE102008064266A1

DE102008064266A1 - Verfahren zur Steuerung einer Rekuperation eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102008064266A1
Application number: DE102008064266A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. Heintel; Philipp Daubenschüz; Jürgen BEYER; Hardy Schramm
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-20
Filing date: 2008-12-20
Publication date: 2010-06-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Rekuperation eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs, der mindestens einen Elektromotor (2), einen Verbrennungsmotor (1) und eine Steuereinheit (3) zum Steuern des Hybridantriebsstranges umfasst. Erfindungsgemäß wird das rekuperative Bremsen beendet, bevor ein Kraftschluss zwischen dem Elektromotor (2) und einem Triebstrang mittels einer Kupplung (4), insbesondere einer Wandlerüberbrückungskupplung, unterbrochen wird, wobei ein Signal über ein bevorstehendes Öffnen der Kupplung (4) durch eine Getriebesteuereinheit (15) an die Steuereinheit (3) übermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Hybridantriebsstrang mit mindestens einem Elektromotor (2), einem mit dem Elektromotor (2) verbundenen Verbrennungsmotor (1) und mit einer Steuereinheit (3) zum Steuern des Hybridantriebsstranges.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Rekuperation eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.
Ein Hybridantriebsstrang eines Fahrzeugs umfasst mindestens einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor. Zwischen Elektromotor und einem Triebstrang ist eine Kupplung angeordnet. Der Elektromotor wird im Bremsbetrieb als Generator betrieben, auch als Rekuperation bezeichnet, und elektrische Energie wird in einem Energiespeicher gespeichert und im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb genutzt. Zusätzlich zu einem Bremsmoment des Elektromotors sind auch herkömmliche Radbremsen, vorzugsweise als Reibbremse ausgebildet, vorhanden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Rekuperation eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch die im Anspruch 4 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung einer Rekuperation eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs, der mindestens einen Elektromotor, einen Verbrennungsmotor und eine Steuereinheit zum Steuern des Hybridantriebsstranges umfasst, wird das rekuperative Bremsen beendet, bevor ein Kraftschluss zwischen dem Elektromotor und einem Triebstrang mittels einer Kupplung, insbesondere einer Wandlerüberbrückungskupplung, unterbrochen wird, wobei ein Signal über ein bevorstehendes Öffnen der Kupplung durch eine Getriebesteuereinheit an. eine Steuereinheit übermittelt wird. Durch die Unterberechung des Kraftflusses zwischen Elektromotor und Triebstrang ist der Kraftschluss zwischen Elektromotor und Fahrzeugrädern unterbrochen, so dass der Elektromotor kein Bremsmoment mehr aufbringen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen komfortablen, insbesondere ruckfreien, Übergang zwischen einem rekuperativem Bremsen und einer Reibbremse.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung wird eine Aufteilung eines erforderlichen Gesamtbremsmomentes zwischen dem rekuperativem Bremsen und der Reibbremse gesteuert. Dies ermöglicht eine bestmögliche Ausnutzung der Rekuperation. Zweckmäßigerweise werden ein Kraftstoffverbrauch und ein Schadstoffausstoß gesenkt.
Der Elektromotor wird im Bremsbetrieb als Generator betrieben und speichert elektrische Energie in einem Energiespeicher und wird im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb genutzt. Dieser auch als Rekuperation bezeichnete Vorgang, senkt den Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffausstoß.
Ein Überblendvorgang zwischen dem rekuperativem Bremsen und der Reibbremse wird derart gesteuert wird, dass das Gesamtbremsmoment gleich groß bleibt. Daraus resultiert ein komfortabler, ruckfreier Übergang zwischen dem rekuperativem Bremsen und der Reibbremse und es erfolgt eine bestmögliche Ausnutzung der Rekuperation.
Der erfindungsgemäße Hybridantriebsstrang umfasst mindestens einen Elektromotor, einen mit dem Elektromotor verbundenen Verbrennungsmotor und eine Steuereinheit zum Steuern des Hybridantriebsstranges, wobei die Steuereinheit Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Weiterbildungen aufweist. Bei den Mitteln handelt es sich insbesondere um Sensoren, welche beispielsweise als Drehmomentsensoren zur Erfassung von Drehmomenten des Elektromotors und der Kupplung ausgebildet sind. Weiterhin umfassen die Mittel eine Aktorik, welche die Kupplung öffnet oder schließt, wobei die Steuereinheit die Aktorik automatisch steuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Ausbildung der Kupplung als Wandlerüberbrückungskupplung möglich.
In verschiedenen Weiterbildungen des Hybridantriebsstranges ist die Kupplung als Reibungskupplung, insbesondere als nasse Reibungskupplung oder als trockene Reibungskupplung, ausgebildet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch einen erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang.
Die einzige 1 stellt einen erfindungsgemäßen Hybridantriebsstrang für ein Fahrzeug mit Heckantrieb schematisch dar. Dieser Hybridantriebsstrang umfasst in der dargestellten Ausführungsform mindestens einen Verbrennungsmotor 1 sowie einen damit verbundenen Elektromotor 2, eine Steuereinheit 3, eine Kupplung 4, einen Wandler 5, ein Getriebe 6, ein Differential 7, die Reibbremsen 8, die Antriebswellen 10 und eine Kardanwelle 11.
Der Elektromotor 2 ist in der dargestellten Ausführungsform direkt auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 1 angeordnet.
Der Verbrennungsmotor 1 sowie der damit verbundene Elektromotor 2 sind mittels eines Wandlers 5 und einer Kupplung 4, im dargestellten Ausführungsbeispiel als Wandlerüberbrückungskupplung ausgeführt, mit dem Getriebeeingang verbunden.
Der Getriebeausgang ist mittels der Kardanwelle 11 mit dem Differential 7 verbunden. In einer nicht näher dargestellten Ausführungsform für ein Fahrzeug mit Frontantrieb kann das Differential 7 in das Gehäuse des Getriebes 6 integriert werden und eine Kardanwelle 11 wird nicht benötigt.
Das Differential 7 ist an der Antriebsachse des Fahrzeugs mittels zweier Antriebswellen 10 mit den beiden Antriebsrädern 9 und den Reibbremsen 8 verbunden. Zusätzlich ist eine nicht näher dargestellte Ausführungsform für ein Fahrzeug mit Allradantrieb möglich, bei welcher beide Achsen des Fahrzeugs als Antriebsachsen ausgebildet und die beiden Differentiale 7 mittels Kardanwellen 11 mit dem Getriebeausgang verbunden sind.
An der zweiten, nicht angetriebenen Achse des Fahrzeugs sind nicht angetriebene Räder 13 und Reibbremsen 8 angeordnet.
Die Reibbremsen 8 sind vorzugsweise als so genannte Scheibenbremsen ausgebildet. Bei Scheibenbremsen wird auf einen mit den Rädern 9 und 13 fest verbundenen Rotor ein Reibungsteil, auch als Bremsbelag bezeichnet, zur Erzeugung eines Reibmoments aufgebracht.
Der Elektromotor 2 und die Radbremsen 8 sind mittels eines Bussystems 12 mit der Steuereinheit 3 verbunden.
Das Bussystem 12 ist vorzugsweise als CAN-(Controller Area Network) oder LIN-(Local Interconnect Network) Bus ausgebildet.
Eine Getriebesteuereinheit 15 ist ebenfalls mittels eines Bussystems 12 mit der Steuereinheit 3 verbunden.
In der Steuereinheit 3 sind Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, z. B. Steuer- und/oder Analysemodule, die als Steuerprogramme und/oder Erfassungs- und Analyseprogramme implementiert sind, integriert. Der Steuereinheit 3 sind Signale von Sensoren S1 bis Sn und der Getriebesteuereinheit 15 zuführbar, die von mindestens einem der Module zur Erzeugung von Steuersignalen und/oder Ausgabesignalen verarbeitet werden. Bei diesen Sensoren S1 bis Sn handelt es sich insbesondere um Drehmomentsensoren zur Erfassung von Drehmomenten des Elektromotors 2 und Drehzahlsensoren zur Erfassung von Drehzahlen des Elektromotors 2. Die Signale der Getriebesteuereinheit 15 umfassen Signale über ein bevorstehendes Öffnen der Kupplung 4. Weiterhin ist die Getriebesteuereinheit 15 mit einer Aktorik A verbunden, welche die Kupplung 4 von der Getriebesteuereinheit 15 gesteuert öffnet oder schließt.
Der Elektromotor 2 wird im Bremsbetrieb als Generator betrieben und speichert elektrische Energie in einem Energiespeicher 14 und wird im Antriebsbetrieb für den Fahrzeugantrieb genutzt.
Die Steuerung des Betriebes des Elektromotors 2 als Generator erfolgt durch die Steuereinheit 3.
Bei einem rekuperativen Bremsen ist die Kupplung 4 geschlossen und der Elektromotor 2 speichert elektrische Energie in dem Energiespeicher 14.
Beim Betrieb als Generator erzeugt der Elektromotor 2 ein Bremsmoment, welches über die geschlossene Kupplung 4 und den gesamten Hybridantriebsstrang auf die Antriebsräder übertragen wird und das Fahrzeug verlangsamt.
Die Höhe des Bremsmoments des als Generator betriebenen Elektromotors 2 kann von der Steuereinheit 3 stufenlos geregelt werden.
Sinkt nun die Motordrehzahl und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter bestimmte, in der Getriebesteuereinheit 15 hinterlegte Werte, können Schwingungsprobleme im Antriebsstrang auftreten und die Kupplung 4 wird von der Getriebesteuereinheit 15 gesteuert geöffnet.
Durch das Öffnen der Kupplung 4 wird der Elektromotor vom Triebstrang getrennt und es entfällt das Bremsmoment des Elektromotors 2 und die Reibbremsen 8 werden zu einer weiteren Abbremsung des Fahrzeugs, insbesondere bis zu einem Fahrzeugstillstand, von der Steuereinheit 3 aktiviert.
Sinkt nun die Motordrehzahl und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter die in der Getriebesteuereinheit 15 hinterlegten Werte, sendet die Getriebesteuereinheit 15 ein Signal über das bevorstehende Öffnen der Kupplung 4 an die Steuereinheit 3.
Um einen ruckfreien Übergang vom rekuperativen Bremsen zu der Reibbremsung zu ermöglichen, findet dann ein so genannter Überblendvorgang zwischen dem rekuperativen Bremsen und der Reibbremsung statt. Bei diesem Überblendvorgang wird ein Bremsmoment der Reibbremse 8 allmählich in dem Maße erhöht, wie das Bremsmoment des Elektromotors 2 durch das Öffnen der Kupplung 4 und die Steuerung durch die Steuereinheit 3 absinkt, somit bleibt ein Gesamtbremsmoment von rekuperativem Bremsen und einer Reibbremse 8 von der Steuereinheit 3 gesteuert gleich groß. Der Überblendvorgang muss abgeschlossen sein, wenn der Kraftschluß der Kupplung 4 unterbrochen wird.
Zusätzlich zu der beschriebenen Aktivierung des Verfahrens über die Motordrehzahl und/oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann das Verfahren auch bei der Öffnung der Kupplung 4 während eines Schaltvorganges des Getriebes 6 angewandt werden. Dazu wird die Kupplung 4 in Erwartung oder während eines Schaltvorganges durch eine Getriebesteuereinheit 15 gesteuert geöffnet. Dieser Öffnungszeitpunkt ist im Voraus bekannt und wird von der Getriebesteuereinheit 15 an die Steuereinheit 3 übermittelt. Die Steuereinheit 3 erhöht daraufhin das Bremsmoment der Reibbremse 8 in dem Maße, wie das Bremsmoment des Elektromotors 2 durch das Öffnen der Kupplung 4 und die Steuerung durch die Steuereinheit 3 absinkt.
Alternativ zum reinen rekuperativem Bremsen oder Reibbremsen ist auch ein nicht näher dargestellter kombinierter Betrieb von Rekuperation und Reibbremse 8 möglich.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Rekuperation eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs, der mindestens einen Elektromotor (2), einen Verbrennungsmotor (1) und eine Steuereinheit (3) zum Steuern des Hybridantriebsstranges umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das rekuperative Bremsen beendet wird, bevor ein Kraftschluss zwischen dem Elektromotor (2) und einem Triebstrang mittels einer Kupplung (4), insbesondere einer Wandlerüberbrückungskupplung, unterbrochen wird, wobei ein Signal über ein bevorstehendes Öffnen der Kupplung (4) durch eine Getriebesteuereinheit (15) an die Steuereinheit (3) übermittelt wird.
Verfahren Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufteilung eines erforderlichen Gesamtbremsmomentes zwischen einem rekuperativem Bremsen und einer Reibbremse (8) gesteuert wird.
Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überblendvorgang zwischen dem rekuperativem Bremsen und der Reibbremse (8) derart gesteuert wird, dass das Gesamtbremsmoment gleich groß bleibt.
Hybridantriebsstrang mit mindestens einem Elektromotor (2), einem mit dem Elektromotor (2) verbundenen Verbrennungsmotor (1) und mit einer Steuereinheit (3) zum Steuern des Hybridantriebsstranges, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) Mittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebesteuereinheit (15) ein Signal über das bevorstehende Öffnen der Kupplung (4) an die Steuereinheit (3) übermittelt.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) zwischen dem Elektromotor (2) und dem Triebstrang angeordnet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) als Wandlerüberbrückungskupplung ausgebildet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (4) als Reibungskupplung ausgebildet ist.
Hybridantriebsstrang nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Steuereinheit (3) das erforderliche Gesamtbremsmoment zwischen rekuperativem Bremsen und der Reibbremse (8) aufteilbar ist.