DE102009001575A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsaggregat, welches zumindest eine elektrische Maschine (2) umfasst, ein Anfahrelement und eine von der elektrischen Maschine antreibbare Hydraulikpumpe (7) umfasst, wobei die Hydraulikpumpe (7) insbesondere zum Betätigen des Anfahrelements (6) einen Hydraulikdruck und/oder einen Hydraulikvolumenstrom bereitstellt. Erfindungsgemäß wird dann, wenn im Stillstand des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement geöffnet ist, zum Anfahren des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement (6) derart schlupfend geschlossen, dass einerseits die elektrische Maschine (2) die Hydraulikpumpe (7) antreibt und andererseits über das Anfahrelement (6) ein Anfahrmoment in Richtung auf den Abtrieb (3) übertragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs.
  • Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe. Das Getriebe wandelt Drehzahlen und Drehmomente und stellt so ein Zugkraftangebot des Antriebsaggregats an einem Abtrieb des Antriebsstrangs bereit. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs. Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei einem Kraftfahrzeug mit einem reinen Elektroantrieb, dessen Antriebsaggregat von einer elektrischen Maschine gebildet wird, sowie bei einem Hybridfahrzeug, dessen Antriebsaggregat von einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor gebildet wird, einsetzbar. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Getriebe gegebenenfalls entfallen.
  • Aus der DE 103 46 640 A1 ist ein Antriebsstrang für ein Hybridfahrzeug bekannt, bei welchem zwischen einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine eine Trennkupplung geschaltet ist, wobei eine Ausgangsseite der Trennkupplung mit einer Eingangswelle eines Getriebes in Verbindung steht. Die Eingangswelle des Getriebes ist mittels der elektrischen Maschine antreibbar und treibt selbst eine Hydraulikpumpe des Antriebsstrangs an, wobei die Hydraulikpumpe antriebstechnisch hinter der Trennkupplung und vor einem Anfahrelement des Antriebsstrangs angeordnet ist.
  • Beim Antriebsstrang gemäß DE 103 46 640 A1 kann die Hydraulikpumpe auch während einer Stillstandsphase des Verbrennungsmotors ohne Nutzung eines zusätzlichen Elektromotors einen Hydraulikdruck und/oder Hydraulikvolumenstrom bereitstellen und so einen Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors gewährleisten.
  • Nach dem Ende einer Stopp-Phase des Verbrennungsmotors und demnach zum Beginn einer Start-Phase des Verbrennungsmotors kann beim Antriebsstrang der DE 103 46 640 A1 ein ausreichend hoher Hydraulikdruck zur Ansteuerung von Schaltelementen des Getriebes bereitgestellt werden.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit welchem aus dem Stillstand des Kraftfahrzeugs heraus rein elektrisch angefahren werden kann. Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist im Stillstand des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement geöffnet, wobei zum Anfahren des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement derart schlupfend geschlossen, dass einerseits die elektrische Maschine die Hydraulikpumpe antreibt und andererseits über das Anfahrelement ein Anfahrmoment in Richtung auf den Abtrieb übertragen wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein rein elektrisches Anfahren des Kraftfahrzeugs bei zuvor geöffnetem Anfahrelement. Auf eine Zusatzhydraulikpumpe zur Unterstützung der Hydraulikpumpe, die von der elektrischen Maschine des Antriebsaggregats angetrieben wird, kann verzichtet werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein erstes Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist;
  • 2 ein zweites Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist;
  • 3 ein drittes Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist;
  • 4 ein viertes Antriebsstrangschema eines Kraftfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist; und
  • 5 ein Zeitdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei 1 bis 4 jeweils Beispiele von Antriebssträngen zeigen, bei welchen das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt zum Einsatz kommen kann.
  • So zeigt 1 stark schematisiert ein Antriebsstrangschema eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang der 1 ein Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor 1 und einer elektrischen Maschine 2 umfasst. Zwischen das Antriebsaggregat, nämlich zwischen die elektrische Maschine 2 desselben, und einen Abtrieb 3 ist ein Getriebe 4 geschaltet, wobei das Getriebe 4 als automatisches oder automatisiertes Schaltgetriebe oder auch als Stufenlosgetriebe ausgebildet sein kann. Gemäß 1 ist zwischen den Verbrennungsmotor 1 und die elektrische Maschine 2 des Antriebsstrangs eine Kupplung 5 geschaltet, die dann, wenn der Verbrennungsmotor 1 vom Abtrieb 3 abgekoppelt ist, vollständig geöffnet ist. Zwischen die elektrische Maschine 2 und das Getriebe 4 ist ein getriebeexternes Anfahrelement 6 geschaltet.
  • Der Antriebsstrang der 1 umfasst weiterhin eine Hydraulikpumpe 7, die insbesondere zum Betätigen des Anfahrelements 6 einen Hydraulikdruck und/oder einen Hydraulikvolumenstromstrom bereitstellt. Die Hydraulikpumpe 7 stellt auch für weitere Verbraucher einen Hydraulikdruck und/oder einen Hydraulikvolumenstromstrom bereit.
  • Die Hydraulikpumpe 7 greift gemäß 1 zwischen der elektrische Maschine 2 und dem getriebeexternen Anfahrelement 6 an derselben an und ist von der elektrischen Maschine 2 antreibbar.
  • 2 zeigt stark schematisiert ein Antriebsstrangschema eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang der 2 im Unterschied zum Antriebsstrang der 1 an stelle eines getriebeexternen Anfahrelements ein getriebeinternes Anfahrelement 8 aufweist.
  • 3 zeigt stark schematisiert ein Antriebsstrangschema eines Parallelhybrid-Antriebsstrangs, wobei beim Antriebsstrang der 3 im Unterschied zum Antriebsstrang der 1 die Hydraulikpumpe 7 zwischen der elektrischen Maschine 2 und der Kupplung 5, die zwischen die elektrische Maschine 2 und den Verbrennungsmotor 1 geschaltet ist, an der elektrischen Maschine 2 angreift.
  • 4 zeigt stark schematisiert ein Antriebsstrangschema eines reinen Elektrofahrzeugs, bei welchem das Antriebsaggregat im Unterschied zum Antriebsstrang der 1 keinen Verbrennungsmotor sondern nur eine elektrische Maschine 2 umfasst. Bei einem reinen Elektrofahrzeug kann das Getriebe 4 gegebenenfalls entfallen.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, insbesondere der in 1 bis 4 gezeigten Antriebsstränge, mit welchem ein rein elektrisches Anfahren des Kraftfahrzeugs aus dem Stillstand desselben heraus möglich ist, wobei im Stillstand des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement, also in den Ausführungsbeispielen der 1, 3 und 4 das getriebeexterne Anfahrelement 6 oder im Ausführungsbeispiel der 2 das getriebeinterne Anfahrelement 8, geöffnet ist. Zum Anfahren ist im Getriebe ein festes Übersetzungsverhältnis gewählt, z. B. durch Einlegen eines Gangs.
  • Bei den Antriebssträngen der 1 bis 3, die jeweils Antriebsstränge eines Hybridfahrzeugs zeigen, ist im Stillstand die Kupplung 5 geöffnet, wobei dann der Verbrennungsmotor 1 vom Abtrieb 3 abgekoppelt ist. Beim reinen Elektrofahrzeug der 4 entfällt, wie bereits erwähnt, der Verbrennungsmotor 1 und die Kupplung 5.
  • Zum Anfahren des Kraftfahrzeugs wird das Anfahrelement des Antriebsstrangs, also für die Antriebsstränge der 1, 3 und 4 das getriebeexterne Anfahrelement 6 und für den Antriebsstrang der 2 das getriebeinterne Anfahrelement 8, schlupfend geschlossen, und zwar derart, dass die elektrische Maschine 2 einerseits die Hydraulikpumpe 7 antreibt, sodass dieselbe einen Hydraulikdruck und/oder einen Hydraulikvolumenstrom bereitstellen kann, und dass andererseits über das Anfahrelement 6 bzw. 8 ein Anfahrmoment in Richtung auf den Abtrieb 3 übertragen wird. Das Anfahren ausschließlich unter Ausnutzung der elektrischen Maschine 2 erfolgt demnach mit schlupfendem Anfahrelement 6 bzw. 8, wobei die elektrische Maschine 2 die Hydraulikpumpe 7 antreibt.
  • Zum Anfahren des Kraftfahrzeugs wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung so vorgegangen, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine 2 an einen Hydraulikdruckbedarf und/oder einen Hydraulikvolumenstrombedarf insbesondere des Anfahrelements 6 bzw. 8 angepasst wird, wozu die elektrische Maschine 2 zunächst mit einer relativ hohen Drehzahl und anschließend mit einer relativ geringen Drehzahl betrieben wird. Zum Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 wird die elektrische Maschine mit der relativ hohen Drehzahl und anschließend hieran zum Übertragen des Anfahrmoments mit der relativ geringen Drehzahl betrieben. Der Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 2 wird demnach an den Hydraulikdruckbedarf und/oder den Hydraulikvolumenstrombedarf des Anfahrelements 6 bzw. 8 angepasst.
  • Zum Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 wird ein höherer Hydraulikvolumenstrom benötigt als später bei der Übertragung des Anfahrmoments, sodass demnach erfindungsgemäß zum Anlegen des Anfahrelements eine höhere Drehzahl der elektrischen Maschine 2 eingestellt wird, als später beim Übertragen des Anfahrmoments.
  • Eine bevorzugte Ausprägung in der Anpassung der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 an den Hydraulikdruckbedarf und/oder den Hydraulikvolumenstrombedarf des Anfahrelements 6 bzw. 8 zeigt 5, wobei in 5 über der Zeit t einerseits ein Drehzahlverlauf 9 der elektrischen Maschine 2 und andererseits ein abtriebseitiger Drehzahlverlauf 10 des Anfahrelements 6 bzw. 8 aufgetragen ist. Zum Zeitpunkt t1 soll mit dem Anfahren begonnen werden, wobei zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 das Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 erfolgt und zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 über ein schlupfendes Anfahrelement 6 bzw. 8 in Richtung auf den Abtrieb 3 ein Anfahrmoment übertragen wird. 5 kann entnommen werden, dass zwischen den Zeitpunkten t1 und t3 zum Anlegen des Anfahrelement 6 bzw. 8 die elektrische Maschine 2 mit einer relativ hohen Drehzahl betrieben wird, wobei anschließend hieran zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 zum Übertragen des Anfahrmoments in Richtung auf den Abtrieb 3 die elektrische Maschine 2 mit einer geringeren Drehzahl betrieben wird. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgt das Anheben der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 auf die relativ hohe Drehzahl zum Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 und zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 erfolgt ein Absenken der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 auf die relativ geringe Drehzahl zum Übertragen des Anfahrmoments mithilfe eines schlupfenden Anfahrelements 6 bzw. 8. Gemäß 5 erfolgt dieses Anheben und Absenken der Drehzahl jeweils linear entlang einer Rampe. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass das Anheben und Absenken der Drehzahl stufenartig erfolgt, wobei dann die Zeitpunkte t1 und t2 sowie die Zeitpunkte t3 und t4 zusammenfallen.
  • Zum Zeitpunkt t5 ist das Anfahrelement 6 bzw. 8 vollständig geschlossen, wobei dann der Drehzahlverlauf 9 der elektrischen Maschine 2 mit dem abtriebsseitigen Drehzahlverlauf 10 des Anfahrelements 6 bzw. 8 zusammenfällt.
  • Unter dem Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 soll verstanden werden, dass das Anfahrelement 6 bzw. 8 über einen von der Hydraulikpumpe 7 bereitgestellten Hydraulikvolumenstrom sowie Hydraulikdruck bis zum Anlegepunkt geschlossen wird, wobei erst anschließend hieran das Anfahrelement 6 bzw. 8 ein Anfahrmoment in Richtung auf den Abtrieb 3 übertragen kann. Bevor das Anfahrelement 6 bzw. 8 den Anlegepunkt erreicht hat, kann dasselbe demnach kein Anfahrmoment übertragen.
  • Bei der Bereitstellung der relativ hohen Drehzahl der elektrischen Maschine 2 zum Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 sowie beim nachfolgenden Betreiben der elektrischen Maschine 2 mit der relativ geringen Drehzahl zum Übertragen des Anfahrmoments bei schlupfendem Anfahrelement 6 bzw. 8 wird die elektrische Maschine in einem drehzahlgeregelten Betriebsmodus betrieben. Die elektrische Maschine 2 kann mit der relativ hohen Drehzahl zum Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 für eine vorgegebene, feste Zeitdauer betrieben werden, wobei dann nach Ablauf der vorgegebenen, festen Zeitdauer die elektrische Maschine 2 mit der relativ geringen Drehzahl betrieben wird. Bei einem solchen zeitgesteuerten, drehzahlgeregelten Betriebsmodus der elektrischen Maschine 2 kann die vorgegebene, feste Zeitdauer abhängig von einer Temperatur des Hydrauliköls bestimmt werden.
  • Bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die elektrische Maschine 2 mit der relativ hohen Drehzahl zum Anlegen des Anfahrelement 6 bzw. 8 solange betrieben wird, bis bei gleichbleibender Drehzahl der elektrischen Maschine 2 eine Erhöhung des Ist-Drehmoments der elektrischen Maschine 2 detektiert bzw. erkannt wird.
  • Anschließend hieran wird dann die elektrische Maschine 2 mit der relativ geringen Drehzahl betrieben, um im Schlupf Anfahrmoment in Richtung auf den Abtrieb 3 zu übertragen.
  • Dann, wenn bei gleichbleibender Drehzahl der elektrischen Maschine 2 im drehzahlgeregelten Betriebsmodus eine Erhöhung des Ist-Drehmoments der elektrischen Maschine 2 detektiert wird, kann auf ein Ende des Anlegevorgangs des Anfahrelements 6 bzw. 8 geschlossen werden. In diesem Fall wird dann zum richtigen Zeitpunkt des Beendens der Anlegephase die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 reduziert. Dies hat den Vorteil, dass eine zu kurze Befüllzeit des Anfahrelements 6 bzw. 8 sowie eine zu lange Befüllzeit desselben vermieden wird. Bei einer zu kurzen Befüllzeit kann sich beim Anfahren ein Ruck einstellen, da das Anfahrelement erst später als erwartet, dafür aber um so plötzlicher, mit der Übertragung des Anfahrmoments beginnt. Bei einer zu langen Befüllzeit kann sich beim Anfahren ebenfalls ein Ruck ausbilden, da dann das eigentliche Anfahren früher als gewünscht beginnt. Über die Erkennung der Beendigung des Anlegevorgangs des Anfahrelements 6 bzw. 8 kann demnach ein besonders komfortables Anfahren des Kraftfahrzeugs realisiert werden.
  • Wie bereits ausgeführt, wird zum Anlegen des Anfahrelements 6 bzw. 8 bis zum Anlegepunkt desselben die elektrische Maschine 2 zunächst mit einer relativ hohen Drehzahl betrieben. Hierdurch soll der eigentliche Anlegevorgang für das Anfahrelement 6 bzw. 8 verkürzt werden. Zur Übertragung des Anfahrmoments über das Anfahrelement 6 bzw. 8 wird die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 reduziert und zwar derart, dass einerseits die Drehzahl ausreichend groß genug ist, dass ein gewünschtes Anfahrmoment übertragen werden kann, und dass andererseits die Drehzahl ausreichend klein genug ist, um ein vorzeitigen Verschleiß des Anfahrelements 6 bzw. 8 zu vermeiden.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    elektrische Maschine
    3
    Abtrieb
    4
    Getriebe
    5
    Kupplung
    6
    getriebeexternes Anfahrelement
    7
    Hydraulikpumpe
    8
    getriebeinternes Anfahrelement
    9
    Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine
    10
    abtriebsseitiger Drehzahlverlauf des Anfahrelements
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10346640 A1 [0003, 0004, 0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang ein Antriebsaggregat, welches zumindest eine elektrische Maschine umfasst, ein Anfahrelement und eine von der elektrischen Maschine antreibbare Hydraulikpumpe umfasst, wobei die Hydraulikpumpe insbesondere zum Betätigen des Anfahrelements einen Hydraulikdruck und/oder einen Hydraulikvolumenstromstrom bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn im Stillstand des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement geöffnet ist, zum Anfahren des Kraftfahrzeugs das Anfahrelement derart schlupfend geschlossen wird, dass einerseits die elektrische Maschine die Hydraulikpumpe antreibt und andererseits über das Anfahrelement ein Anfahrmoment in Richtung auf den Abtrieb übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anfahren des Kraftfahrzeugs eine Drehzahl der elektrischen Maschine an einen Hydraulikdruckbedarf und/oder einen Hydraulikvolumenstromstrombedarf des Anfahrelements derart angepasst wird, dass die elektrische Maschine zunächst mit einer relativ hohen Drehzahl und anschließend mit einer relativ geringen Drehzahl betrieben wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Anlegen des Anfahrelements die elektrische Maschine mit der relativ hohen Drehzahl und anschließend hieran zum Übertragen des Anfahrmoments mit der relativ geringen Drehzahl betrieben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass hierbei die elektrische Maschine in einem drehzahlgeregelten Betriebsmodus betrieben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine mit der relativ hohen Drehzahl für eine vorgegebene, feste Zeitdauer betrieben wird, wobei nach Ablauf der vorgegebenen, festen Zeitdauer die elektrische Maschine mit der relativ geringen Drehzahl betrieben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene, feste Zeitdauer abhängig von einer Hydrauliköltemperatur bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine mit der relativ hohen Drehzahl solange betrieben wird, bis bei gleichbleibender Drehzahl der elektrischen Maschine eine Erhöhung des Ist-Drehmoments der elektrischen Maschine detektiert wird, und dass anschließend die elektrische Maschine mit der relativ geringen Drehzahl betrieben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn bei gleichbleibender Drehzahl der elektrischen Maschine eine Erhöhung des Ist-Drehmoments der elektrischen Maschine detektiert wird, auf ein Ende des Anlegevorgangs des Anfahrelements geschlossen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn das Antriebsaggregat als Hybridantrieb ausgebildet ist und neben der elektrischen Maschine einen Verbrennungsmotor umfasst, zum Anfahren des Kraftfahrzeugs eine zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine geschaltete Kupplung geöffnet ist und über die elektrische Maschine rein elektrisch angefahren wird.
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