DE102009015480A1 - Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Parallelhybrid-Triebstrang eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (12) in einem Parallelhybrid-Triebstrang (10) eines Kraftfahrzeugs, der eine elektrische Maschine (16) enthält, die einerseits über eine steuerbare Trennkupplung (14) mit dem Verbrennungsmotor (12) und andererseits mit einem Übertragungsglied (18) gekoppelt ist, welches seinerseits abtriebsseitig mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei, ausgehend von einem rein elektrischen, momentengesteuerten Betrieb des Kraftfahrzeugs, in dem ein von einem Steuergerät vorgegebenes Vorgabemoment von der elektrischen Maschine aufgebracht wird, die Trennkupplung (14) über eine Schlupfphase in den geschlossenen Zustand überführt und der Verbrennungsmotor (12) bis zu seinem selbstständigen Lauf geschleppt wird. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass während der Startperiode vom Beginn der Schlupfphase bis zum vollständigen Schließen der Trennkupplung (14) die elektrische Maschine (16) drehzahlgeregelt betrieben wird.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Parallelhybrid-Triebstrang eines Kraftfahrzeugs, der eine elektrische Maschine enthält, die einerseits über eine steuerbare Trennkupplung mit dem Verbrennungsmotor und andererseits mit einem Übertragungsglied gekoppelt ist, welches seinerseits abtriebsseitig mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei, ausgehend von einem rein elektrischen, momentengesteuerten Betrieb des Kraftfahrzeugs, in dem ein von einem Steuergerät vorgegebenes Vorgabemoment von der elektrischen Maschine aufgebracht wird, die Trennkupplung über eine Schlupfphase in den geschlossenen Zustand überführt und der Verbrennungsmotor bis zu seinem selbstständigen Lauf geschleppt wird.
- Stand der Technik
- Parallelhybrid-Antriebsstränge in Kraftfahrzeugen sind seit Langem bekannt. Dabei greifen eine Verbrennungsmaschine und eine elektrische Maschine gemeinsam am selben mechanischen Antriebsstrang an. Um im rein elektrischen Betrieb Verluste, die durch Mitschleppen des Verbrennungsmotors entstehen würden, zu vermeiden, ist zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine eine steuerbare Trennkupplung angeordnet, die im rein elektrischen Betrieb geöffnet ist und im Hybridbetrieb oder im reinen Verbrennungsmotorbetrieb geschlossen ist.
- Im rein elektrischen Betrieb wird die elektrische Maschine, die dann die einzige Momentenquelle im Triebstrang ist, momentengesteuert betrieben. Dies bedeutet, dass ein Steuergerät ein Moment vorgibt, das die elektrische Maschine zu liefern hat. Die Ermittlung dieses Vorgabemomentes, die nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung ist, bezieht in dem Fachmann geläufiger Weise das vom Fahrer am Abtrieb gewünschte und z. B. mittels Fahrpedalstellung an das Steuergerät übermittelte Moment sowie die bekannten Eigenschaften des Triebstrangs zwischen elektrischer Maschine und Laufrädern mit ein.
- Zum Starten des Verbrennungsmotors aus dem rein elektrischen Betrieb heraus, ist es bekannt, die Trennkupplung gesteuert zuzufahren und den Verbrennungsmotor bis zu dessen eigenständigem Lauf anzuschleppen. Das zusätzlich auf die elektrische Maschine wirkende Schleppmoment stellt eine erhebliche Störung deren momentengesteuerten Betriebs dar. Das Ausgleichen einer solchen Störung kann häufig nicht vollständig erfolgen, so dass sich für die Insassen des Fahrzeugs Komforteinbußen ergeben, beispielsweise einen spürbaren Ruck.
- Aufgabenstellung
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung den Startvorgang der Verbrennungsmaschine eines Parallelhybrid-Triebsstrangs aus dem rein elektrischen Betrieb komfortabler zu gestalten.
- Darlegung der Erfindung
- Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass während der Startperiode vom Beginn der Schlupfphase bis zum vollständigen Schließen der Trennkupplung die elektrische Maschine drehzahlgeregelt betrieben wird.
- Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Drehzahlregelung weitgehend immun ist gegen Momentenstörungen, wie sie beim Start des Verbrennungsmotors auftreten.
- Bevorzugt sieht die Erfindung vor, dass die Drehzahlregelung folgende Schritte umfasst:
- a) Bestimmen eines Zielmomentes, das demjenigen Moment entspricht, welches das Steuergerät als Vorgabemoment im momentengeregelten Betrieb bei gleicher Fahrsituation vorgeben würde,
- b) Bestimmen des Momentes des Übertragungsgliedes, das dem Moment der elektrischen Maschine entgegenwirkt,
- c) Ermitteln einer Solldrehzahl zur Vorgabe an die elektrische Maschine durch zeitliches Integrieren eines Quotienten, dessen Zähler dem in Schritt b bestimmten Moment des Übertragungsgliedes entspricht und dessen Nenner einem im Steuergerät hinterlegten Trägheitsmoment der elektrischen Maschine entspricht, über ein vorgegebenes Zeitintervall.
- Dies bedeutet, dass die Erfindung eine modellbasierte Berechnung der Solldrehzahl der elektrischen Maschine vorschlägt. Hierzu ist die Kenntnis des von dem Übertragungsglied transferierten Momentes erforderlich, denn dieses Moment wirkt dem Moment der Momentenquelle entgegen. Da das Moment des Übertragungsgliedes variieren kann, muss es im Rahmen der Regelung, die in ständigen Regelzyklen, die insbesondere von der Taktrate des zuständigen Steuergerätes abhängen, ständig neu bestimmt werden. Der vorgeschlagenen Integration liegt die Erkenntnis des folgenden Sachzusammenhanges zugrunde:
- Gleichung 1 beschreibt das Moment des Übertragungsgliedes MÜG, das dem Moment der Momentenquelle entgegenwirkt. Letzteres setzt sich zusammen aus dem von der Momentenquelle aufgebrachten Moment MMQ abzüglich des durch die Trägheit der Momentenquelle aufgenommenen Momentes, repräsentiert als deren Trägheitsmoment JMQ mal deren Drehbeschleunigung, d. h. mal der zeitlichen Ableitung ihrer Drehgeschwindigkeit ωMQ. Hieraus folgt, dass sich die gesuchte Drehgeschwindigkeit, die bis auf Dimensions-Umrechnungsfaktoren der einzustellenden Solldrehzahl entspricht, aus dem Integral ergibt.
- Für die Berechnung wird als Moment MMQ dasjenige Moment verwendet, das im momentengeregelten Betrieb für die aktuelle Fahrsituation vorgegeben würde. Bevorzugt werden die Berechnungen für die ausgesetzte Momentenregelung auch während der erfindungsgemäßen Drehzahlregelung weiter durchgeführt und lediglich ihr Ergebnis nicht an die Momentenquelle weitergeleitet. Auf diese Weise steht die für die Berechung der Solldrehzahl erforderliche Größe MMQ stets aktuell und ohne zusätzlichen Aufwand zur Verfügung.
- Zur Bestimmung des Momentes MÜG ist bevorzugt vorgesehen, dass Schritt b die folgenden Teilschritte umfasst:
- b1) Bestimmen der Momentenkapazität einer Wandlerüberbrückungskupplung, die gemeinsam mit einem hydraulischen Drehmomentwandler Bestandteil des Übertragungsgliedes ist,
- b2) Bestimmen des von dem Drehmomentwandler aufgenommenen Pumpenmomentes,
- b3) Bestimmen des Momentes des Übertragungsgliedes als Summe der in Schritt b1 bestimmten Momentenkapazität und dem in Schritt b2 bestimmten Pumpenmoment.
- Typischerweise umfasst das Übertragungsglied einen hydraulischen Drehmomentwandler, der in dem Fachmann geläufiger Weise von einer Wandlerüberbrückungskupplung überbrückbar ist. Das Moment MÜG setzt sich also zusammen aus dem von der Überbrückungskupplung übertragenen Moment, kurz Kupplungsmoment, und dem von dem Wandler aufgenommenen Moment, d. h. seinem Pumpenmoment. Das Kupplungsmoment entspricht wenigstens im nicht überangepressten Fall der aktuellen Momentenkapazität der Überbrückungskupplung, d. h. dem von ihr übertragbaren Moment. Dieses kann – wenigstens im dynamischen Fall – mittels einer im Steuergerät hinterlegten Momentenkennlinie jeweils aktuell ermittelt werden. Die Kennlinie liefert das jeweils übertragbare Moment als Funktion der aktuellen Kupplungsansteuerung, die z. B. durch deren Stellweg und/oder Stelldruck repräsentiert ist. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass der aktuelle Stellweg und/oder Stelldruck der Wandlerüberbrückungskupplung mittels wenigstens eines Sensors dem Steuergerät bereitgestellt wird.
- Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass in Schritt b1 die Bestimmung der Momentenkapazität im statischen Fall, d. h. wenn keine Bewegung der Überbrückungskupplung (mehr) erfolgt, mittels eines Freischnittmodells erfolgt. Diese Berechnung kann schneller vorgenommen werden.
- Das Pumpenmoment wird bevorzugt aus der aktuellen Turbinendrehzahl und der Pumpendrehzahl des Drehmomentwandlers bestimmt wird, wobei günstiger Weise die aktuelle Turbinendrehzahl mittels wenigstens eines Sensors dem Steuergerät bereitgestellt wird. Die Drehzahlen eines Drehmomentwandlers stehen in einem dem Fachmann bekannten Zusammenhang mit dem aufgenommenen Moment, sodass das gesuchte Pumpenmoment aus leicht messbaren Größen hergeleitet werden kann. Allerdings sollte als Pumpendrehzahl nicht die tatsächlich anliegende Drehzahl, die der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine entspricht, verwendet werden. Diese unterliegt den Momentenstörungen die gerade ausgeregelt werden sollen. Als Pumpendrehzahl wird daher bevorzugt die Solldrehzahl der elektrischen Maschine verwendet. Diese ist das Ergebnis jedes Regelzyklus, sodass für den aktuellen Zyklus jeweils die in einem vorangehenden Regelungszyklus bestimmte, insbesondere die aktuell anliegende verwendet werden kann. Hierdurch wird eine Rückkopplungsschleife gebildet.
- Um einen ruckfreien Übergang vom momenten- zum drehzahlgeregelten Betrieb zu ermöglichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass zum Initialisieren des Übergangs vom momentengesteuerten zum drehzahlgeregelten Betrieb die aktuelle Eingangsdrehzahl der elektrischen Maschine als erste Solldrehzahl der Drehzahlreglung verwendet wird.
- Günstiger Weise entspricht das Zeitintervall, über welches im Integrationsschritt integriert wird, der Taktzeit des Steuergerätes. Hierdurch wird eine ständige und schnellst mögliche Aktualisierung der Solldrehzahl vorgenommen. Die Taktzeit beträgt typischer Weise ca. 10 ms.
- Erfindungsgemäß wird die Drehzahlregelung während des Schließvorgangs der Trennkupplung durchgeführt. Dieser Vorgang dauert typischer Weise ca. 500 ms. In manchen Fällen kann es sinnvoll sein, die Drehzahlregelung auch nach dem vollständigen Schließen der Trennkupplung noch eine Weile aufrechtzuerhalten. Dies kann im Wesentlichen nach dem gleichen Prinzip wie oben beschrieben erfolgen. Allerdings ist dann auch die Trägheit der nun angekoppelten Verbrennungsmaschine mit zu berücksichtigen. Insbesondere ist in dem Integrationsschritt das Trägheitsmoment der elektrischen Maschine durch die Summe der Trägheitsmomente der elektrischen Maschine und der Verbrennungsmaschine zu ersetzen. Man beachte, dass bei den erläuterten Überlegungen die Trägheiten verschiedener mitrotierender Bauteile, insbesondere der Trennkupplung nicht ausdrücklich berücksichtigt wurden. Der Fachmann wird diese Trägheiten, die klein gegen die ausdrücklich genannten sind, in geeigneter Weise der Trägheit der elektrischen Maschine und/oder der Verbrennungsmaschine zuschlagen können und diese entsprechend höher ansetzen.
- An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Begriff ”Steuergerät” im vorliegenden Kontext funktional und nicht auf eine bestimmte Baueinheit beschränkt zu verstehen ist. Insbesondere kann das ”Steuergerät” mehrere im Fahrzeug verteilt angeordnete Einheiten umfassen, die auf geeignete Weise, z. B. über einen CAN-Bus, miteinander kommunizieren. Bei typischen Anwendungen können eine im Wesentlichen mit der Ansteuerung des Getriebes und eine im Wesentlichen mit der Ansteuerung der elektrischen Maschine betraute Einheit miteinander zur Realisierung der Erfindung miteinander kommunizieren.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und der Zeichnung.
- Es zeigt:
- Kurzbeschreibung der Zeichnung
-
1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Ausführliche Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt einen Parallelhybrid-Antriebsstrang10 eines Kraftfahrzeugs. Ein Verbrennungsmotor12 ist über eine steuerbare Trennkupplung14 mit einer elektrischen Maschine16 verbunden. Die elektrische Maschine16 ist über ein Übertragungsglied18 mit dem Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelt, der beispielsweise ein Getriebe, ein oder mehrere Differenziale, ein oder mehrere angetriebene Achsen sowie die Räder des Kraftfahrzeugs umfassen kann. - Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Übertragungsglied
18 aufgebaut aus einem hydraulischen Drehmomentwandler181 und einer diesen überbrückenden Überbrückungskupplung182 . Die Überbrückungskupplung182 ist steuerbar. Dies ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht zwingend erforderlich. - Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Wesentlichen von einem in
1 nicht dargestellten Steuergerät durchgeführt. Dieses betreibt die elektrische Maschine16 im rein elektrischen Betrieb momentengesteuert. Im reinen Elektrobetrieb ist die Trennkupplung14 geöffnet, so dass der Verbrennungsmotor12 im ausgeschalteten Zustand nicht mitgeschleppt werden muss. Soll nun der Verbrennungsmotor gestartet und sein Moment in den Triebstrang eingekoppelt werden, wird der momentengesteuerte Betrieb der elektrischen Maschine16 zunächst auf einen modellbasierten, drehzahlgeregelten Betrieb umgestellt. Hierzu wird das vom Steuergerät vorgegebene Vorgabemoment, das weiter wie zuvor im momentengesteuerten Betrieb berechnet wird, als Eingabewert der Berechnung des Sollmomentes der elektrischen Maschine benutzt. Die Drehzahlreglung erfolgt dann in der oben beschriebenen Weise durch Ermittlung der Momentenanteile von Wandler181 und Überbrückungskupplung182 sowie erfindungsgemäße Integration. - Natürlich stellt die in der speziellen Beschreibung diskutierte und in der Figur gezeigte Ausführungsform nur ein illustratives Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten anhand gegeben. Insbesondere kann die Ausgestaltung des Übertragungsgliedes
18 dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Entsprechend ändert sich die für das jeweils gewählte Übertragungsglied18 charakteristische Übertragungsfunktion. Man beachte, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Ausregelung anderer Störmomente als des Schleppmomentes beim Starten des Verbrennungsmotors nutzbar ist. -
- 10
- Triebstrang
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Trennkupplung
- 16
- elektrische Maschine
- 18
- Übertragungsglied
- 181
- hydraulischer Wandler
- 182
- Überbrückungskupplung
- 20
- Abtrieb
Claims (12)
- Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors (
12 ) in einem Parallelhybrid-Triebstrang (10 ) eines Kraftfahrzeugs, der eine elektrische Maschine (16 ) enthält, die einerseits über eine steuerbare Trennkupplung (14 ) mit dem Verbrennungsmotor (12 ) und andererseits mit einem Übertragungsglied (18 ) gekoppelt ist, welches seinerseits abtriebsseitig mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei, ausgehend von einem rein elektrischen, momentengesteuerten Betrieb des Kraftfahrzeugs, in dem ein von einem Steuergerät vorgegebenes Vorgabemoment von der elektrischen Maschine aufgebracht wird, die Trennkupplung (14 ) über eine Schlupfphase in den geschlossenen Zustand überführt und der Verbrennungsmotor (12 ) bis zu seinem selbstständigen Lauf geschleppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Startperiode vom Beginn der Schlupfphase bis zum vollständigen Schließen der Trennkupplung (14 ) die elektrische Maschine (16 ) drehzahlgeregelt betrieben wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet die Drehzahlregelung folgende Schritte umfasst: a) Bestimmen eines Zielmomentes, das demjenigen Moment entspricht, welches das Steuergerät als Vorgabemoment im momentengeregelten Betrieb bei gleicher Fahrsituation vorgeben würde, b) Bestimmen des Momentes des Übertragungsgliedes (
18 ), das dem Moment der elektrischen Maschine (16 ) entgegenwirkt, c) Ermitteln einer Solldrehzahl zur Vorgabe an die elektrische Maschine (16 ) durch zeitliches Integrieren eines Quotienten, dessen Zähler dem in Schritt b bestimmten Moment des Übertragungsgliedes (18 ) entspricht und dessen Nenner einem im Steuergerät hinterlegten Trägheitsmoment der elektrischen Maschine (16 ) entspricht, über ein vorgegebenes Zeitintervall. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt b die folgenden Teilschritte umfasst: b1) Bestimmen der Momentenkapazität einer Wandlerüberbrückungskupplung (
182 ), die gemeinsam mit einem hydraulischen Drehmomentwandler (181 ) Bestandteil des Übertragungsgliedes (18 ) ist, b2) Bestimmen des von dem Drehmomentwandler (181 ) aufgenommenen Pumpenmomentes, b3) Bestimmen des Momentes des Übertragungsgliedes (18 ) als Summe der in Schritt b1 bestimmten Momentenkapazität und dem in Schritt b2 bestimmten Pumpenmoment. - Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b1 die Bestimmung der Momentenkapazität wenigstens im dynamischen Fall mittels einer im Steuergerät hinterlegten Momentenkennlinie erfolgt.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Stellweg und/oder Stelldruck der Wandlerüberbrückungskupplung (
182 ) mittels wenigstens eines Sensors dem Steuergerät bereitgestellt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b1 die Bestimmung der Momentenkapazität im statischen Fall mittels eines Freischnittmodells erfolgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b2 das Pumpenmoment aus der aktuellen Turbinendrehzahl und der Pumpendrehzahl des Drehmomentwandlers (
181 ) bestimmt wird. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aktuelle Turbinendrehzahl mittels wenigstens eines Sensors dem Steuergerät bereitgestellt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Pumpendrehzahl diejenige Solldrehzahl der elektrischen Maschine (
16 ) verwendet wird, die in einem vorangehenden Regelungszyklus bestimmt wurde. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Initialisieren des Übergangs vom momentengesteuerten zum drehzahlgeregelten Betrieb die aktuelle Eingangsdrehzahl der elektrischen Maschine (
16 ) als erste Solldrehzahl der Drehzahlreglung verwendet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall über welches in Schritt c integriert wird, der Taktzeit des Steuergerätes entspricht.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlreglung nach dem Schließen der Trennkupplung (
14 ) beibehalten wird, wobei bei der Integration in Schritt c das Trägheitsmoment der elektrischen Maschine (16 ) durch die Summe der Trägheitsmomente der elektrischen Maschine (16 ) und der Verbrennungsmaschine (12 ) ersetzt wird.
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DE102009015480A DE102009015480A1 (de) | 2009-03-28 | 2009-03-28 | Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Parallelhybrid-Triebstrang eines Kraftfahrzeugs |
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Publications (1)
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112012003350B4 (de) | 2011-11-22 | 2022-03-03 | Aisin Aw Co., Ltd. | Steuervorrichtung |
DE102015118019B4 (de) | 2014-10-24 | 2024-07-04 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren und system zur verbesserung von hybridfahrzeugschaltvorgängen |
-
2009
- 2009-03-28 DE DE102009015480A patent/DE102009015480A1/de active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE112012003350B4 (de) | 2011-11-22 | 2022-03-03 | Aisin Aw Co., Ltd. | Steuervorrichtung |
DE102015118019B4 (de) | 2014-10-24 | 2024-07-04 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren und system zur verbesserung von hybridfahrzeugschaltvorgängen |
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