DE102010003748A1 - Verfahren und System zur Steuerung eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und System zur Steuerung eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Steuerung eines Antriebstranges (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor (2), welcher in einer ersten Drehrichtung betreibbar ist, einer elektrischen Maschine (3), welche in motorischer oder generatorischer Betriebsart und in der ersten oder in einer zweiten, zur ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung betreibbar ist, und einer Kupplung (9), welche zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und der elektrischen Maschine (3) angeordnet ist und über welche die elektrische Maschine (3) und der Verbrennungsmotor (2) mechanisch koppelbar sind. Erfindungsgemäß wird eine aktuelle Position der Kupplung (9) erfasst und ein Betriebsbereich der elektrischen Maschine (3), welcher durch die Betriebsart und die Drehrichtung der elektrischen Maschine (3) charakterisiert wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kupplungsposition freigegeben oder gesperrt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges und ein Steuerungssystem für einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges.
  • Stand der Technik
  • Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb weisen meistens einen Verbrennungsmotor als erstes Antriebsaggregat und eine elektrische Maschine als zweites Antriebsaggregat auf. Bei so genannten parallelen Hybridantrieben ist dabei die elektrische Maschine auf der Welle des Verbrennungsmotors angeordnet und über eine Kupplung mit dem Verbrennungsmotor mechanisch koppelbar. Auf diese Weise kann ein Antriebsmoment wahlweise entweder von einem der beiden Antriebsaggregate alleine oder auch von beiden Antriebsaggregaten gemeinsam aufgebracht werden.
  • Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor, welcher nur in einer ersten Drehrichtung betreibbar ist, kann die elektrische Maschine sowohl in der ersten Drehrichtung – im folgenden als positive Drehrichtung bezeichnet – als auch in einer zweiten, zur ersten Drehrichtung entgegen gesetzten und im Folgenden als negative Drehrichtung bezeichneten Drehrichtung betrieben werden. Wird der Verbrennungsmotor aber durch die elektrische Maschine mit einem Drehmoment entgegen seiner Drehrichtung beaufschlagt, durch welches eine Umkehr der Drehrichtung des Verbrennungsmotors erzwungen wird, kann das zu einer Beschädigung des Verbrennungsmotors führen. Um das zu verhindern, ist der Betrieb der elektrischen Maschine in negativer Drehrichtung in der Regel gesperrt.
  • Für einige Anwendungsfälle, wie z. B. eine rein elektromotorische Rückwärtsfahrt des Kraftfahrzeuges, ist es jedoch wünschenswert, die elektrische Maschine auch in negativer Drehrichtung zu betreiben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Antriebstranges eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, welcher in einer ersten Drehrichtung betreibbar ist, einer elektrischen Maschine, welche in motorischer oder generatorischer Betriebsart und in der ersten oder in einer zweiten, zur ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung betreibbar ist, und einer Kupplung, welche zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnet ist und über welche die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor mechanisch koppelbar sind, sieht vor, eine aktuelle Position der Kupplung zu erfassen und einen Betriebsbereich der elektrische Maschine, welcher durch die Betriebsart und die Drehrichtung der elektrischen Maschine charakterisiert wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kupplungsposition frei zu geben oder zu sperren.
  • Bei geschlossener Kupplung würde ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine in negativer Drehrichtung zu einer Einkopplung eines Drehmomentes führen, welches entgegengesetzt zur Drehrichtung des Verbrennungsmotors wäre und folglich zu einer Beschädigung des Verbrennungsmotors führen würde. Durch Auswerten der Kupplungsposition und Steuern der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von der Kupplungsposition kann ein derartiger Betrieb sicher vermieden werden.
  • Das kann beispielsweise derart umgesetzt sein, dass bei geschlossener Kupplung ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine in der zweiten Drehrichtung gesperrt wird. Dabei kann der motorische Betrieb vollständig gesperrt werden. Da bei einigen Kupplungsarten, wie z. B. Drehmomentwandlern, ein Drehmoment aber erst ab einer bestimmten Grenzdrehzahl übertragen wird, kann der motorische Betrieb für negative Drehzahlen bei Verwendung derartiger Kupplungen auch erst ab dieser Grenzdrehzahl gesperrt werden. Zur Vermeidung einer Beschädigung des Verbrennungsmotors ist es nämlich grundsätzlich ausreichend, die Übertragung eines zur Drehrichtung des Verbrennungsmotors entgegen gesetzten Drehmoments über die Kupplung zu verhindern.
  • Die Erfindung schafft außerdem ein Steuerungssystem für einen Antriebstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, welcher in einer ersten Drehrichtung betreibbar ist, einer elektrischen Maschine, welche in motorischer oder generatorischer Betriebsart und in der ersten oder in einer zweiten, zur ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung betreibbar ist, und einer Kupplung, welche zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnet ist und über welche die elektrische Maschine und der Verbrennungsmotor mechanisch koppelbar sind. Außerdem sind eine Sensorik zur Erfassung einer aktuellen Position der Kupplung und eine Steuereinheit zur Steuerung der elektrischen Maschine vorgesehen, wobei die Steuereinheit einen Betriebsbereich der elektrische Maschine, welcher durch die Betriebsart und die Drehrichtung der elektrischen Maschine charakterisiert wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kupplungsposition freigibt oder sperrt.
  • Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Es zeigen:
  • 1 Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit parallelem Hybridantrieb und
  • 2 eine schematische Darstellung der Betriebsbereiche einer elektrischen Maschine in einem Antriebstrang gemäß 1.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • In 1 ist schematisch ein Antriebsstrang 1 eines ansonsten nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeuges mit parallelem Hybridantrieb dargestellt, welcher ein erstes Antriebsaggregat in Form eines Verbrennungsmotors 2 und ein zweites Antriebsaggregat in Form einer elektrischen Maschine 3 aufweist. Die elektrische Maschine 3 ist dabei auf einer Antriebswelle 4 des Verbrennungsmotors 2 aufgesetzt, welche mit einem Getriebe 5 verbunden ist. Eine vom Getriebe 5 ausgehende Abtriebswelle 6 führt direkt von der Getriebeausgangsseite zu einer Eingangsseite eines Achsdifferentials 7, welches eine Drehbewegung der Abtriebswelle 6 in eine eine Achse 8 antreibende Drehbewegung umwandelt. Der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 3 sind über eine als Trennkupplung wirkende Kupplung 9, welche in der Antriebswelle 4 angeordnet ist, mechanisch koppelbar bzw. entkoppelbar. Zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Getriebe 5 ist eine weitere Kupplung 10 angeordnet, welche die elektrische Maschine 3 von dem restlichen Antriebsstrang entkoppeln kann.
  • Systembedingt ist der Verbrennungsmotor 2 nur in einer ersten „positiven” Drehrichtung betreibbar, wohingegen die elektrische Maschine 3 sowohl in der ersten „positiven” als auch in einer zweiten „negativen”, der ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung betreibbar. Die elektrische Maschine 3 ist außerdem sowohl in motorischer als auch generatorischer Betriebsart betreibbar. Ausgehend von Betriebsart und Drehrichtung ergeben sich somit für die elektrische Maschine 3 insgesamt vier verschiedene Betriebsbereiche. Diese sind in 2 schematisch in Form eines Vierquadranten-Kennfeldes dargestellt, wobei in x-Richtung die Drehzahl n und in y-Richtung das Drehmoment M der elektrischen Maschine 3 aufgetragen sind.
  • In einem ersten Betriebsbereich I, welcher in 2 dem Quadranten rechts oben entspricht, wird die elektrische Maschine 3 bei positiver Drehzahl motorisch betrieben, was ein entsprechend positives Drehmoment bewirkt. In einem zweiten Betriebsbereich II (Quadrant rechts unten) wird die elektrische Maschine 3 bei positiver Drehzahl generatorisch betrieben. In einem dritten Betriebsbereich III (Quadrant links unten) wird die elektrische Maschine bei negativer Drehzahl motorisch und im vierten Betriebsbereich IV (Quadrant links oben) bei negativer Drehzahl generatorisch betrieben.
  • Zur Steuerung der elektrischen Maschine 3, insbesondere auch hinsichtlich des Betriebsbereichs, das heißt hinsichtlich Betriebsart und Drehrichtung, ist eine Steuereinheit 11 vorgesehen. Die Steuereinheit 11 ist an einen Hybrid CAN-Bus 12 angeschlossen, über welchen alle Steuereinheiten, welche Einfluss auf einen hybridspezifischen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges haben, Daten austauschen können. An diesem Hybrid CAN-Bus 12 ist beispielsweise auch eine dem Verbrennungsmotor 2 zugeordnetes Motorsteuergerät 13 angeschlossen.
  • Außerdem ist auch eine Sensorik 14 zur Erfassung der Position der Trennkupplung 9 mit dem Hybrid CAN-Bus 12 verbunden.
  • In der dargestellten Ausführungsform ist die Sensorik 14 unmittelbar mit dem Hybrid CAN-Bus verbunden. Alternativ kann die Sensorik 14 beispielsweise auch mit einem nicht dargestellten Kupplungssteuergerät verbunden sein und dieses wiederum mit dem CAN-Bus 12 verbunden sein. Ebenso können, entgegen der dargestellten Ausführungsform, auch mehrere Steuereinheiten oder -gerate in ein übergeordnetes Steuergerät integriert sein. Entscheidend für die Anwendbarkeit der Erfindung ist lediglich, dass diejenige Steuereinheit, welche die elektrische Maschine 3 steuert, eine Information über die aktuelle Kupplungsposition erhält.
  • Im dargestellten Ausführungsbeispiel erhält die Steuereinheit 11 diese Information über den Hybrid CAN-Bus 12 und steuert in Abhängigkeit von der aktuellen Position der Trennkupplung 9 die elektrische Maschine 3. Insbesondere gibt die Steuereinheit 11 in Abhängigkeit von der aktuellen Kupplungsposition Betriebsbereiche der elektrischen Maschine 3, welche jeweils durch die Betriebsart und die Drehrichtung der elektrischen Maschine 3 charakterisiert werden, frei oder sperrt diese.
  • Bei Betrieb mit geöffneter Trennkupplung 9 werden alle Betriebsbereiche I bis IV freigegeben, das heißt die elektrische Maschine darf in beiden möglichen Drehrichtungen sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden.
  • Bei geschlossener Trennkupplung 9 ist der Betrieb mit positiven Drehzahlen ebenfalls unbedenklich, so dass die Betriebsbereiche I und II auch in diesem Fall freigegeben sind. Im negativen Drehzahlbereich wird dagegen nur ein generatorischer Betrieb (Betriebsbereich IV) zugelassen. Ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine 3 in negativer Drehrichtung (Betriebsbereich III) wird entweder vollständig gesperrt oder nur bis zu einer vorgegebenen Grenzdrehzahl freigegeben, bis zu welcher noch kein Drehmoment auf den Verbrennungsmotor 2 übertragen wird. Auf diese Weise wird eine Beschädigung des Verbrennungsmotors 2 durch Beaufschlagung mit einem Drehmoment entgegen der Drehrichtung des Verbrennungsmotors 2 sicher verhindert.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Antriebstranges (1) eines Kraftfahrzeuges mit – einem Verbrennungsmotor (2), welcher in einer ersten Drehrichtung betreibbar ist, – einer elektrischen Maschine (3), welche in motorischer oder generatorischer Betriebsart und in der ersten oder in einer zweiten, zur ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung betreibbar ist, und – einer Kupplung (9), welche zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und der elektrischen Maschine (3) angeordnet ist und über welche die elektrische Maschine (3) und der Verbrennungsmotor (2) mechanisch koppelbar sind, beidem – eine aktuelle Position der Kupplung (9) erfasst wird und – ein Betriebsbereich der elektrischen Maschine (3), welcher durch die Betriebsart und die Drehrichtung der elektrischen Maschine (3) charakterisiert wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kupplungsposition freigegeben oder gesperrt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei geschlossener Kupplung (9) ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine (3) in der zweiten Drehrichtung gesperrt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine (3) in der zweiten Drehrichtung vollständig gesperrt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine (3) in der zweiten Drehrichtung ab einer vorgegebenen Grenzdrehzahl gesperrt wird.
  5. Steuerungssystem für einen Antriebstrang (1) eines Kraftfahrzeuges mit – einem Verbrennungsmotor (2), welcher in einer ersten Drehrichtung betreibbar ist, – einer elektrischen Maschine (3), welche in motorischer oder generatorischer Betriebsart und in der ersten oder in einer zweiten, zur ersten Drehrichtung entgegen gesetzten Drehrichtung betreibbar ist, und – einer Kupplung (9), welche zwischen dem Verbrennungsmotor (2) und der elektrischen Maschine (3) angeordnet ist und über welche die elektrische Maschine (3) und der Verbrennungsmotor (2) mechanisch koppelbar sind, – einer Sensorik (14) zur Erfassung einer aktuellen Position der Kupplung (9) und einer Steuereinheit (11) zur Steuerung der elektrischen Maschine (3), welche einen Betriebsbereich der elektrischen Maschine (3), welcher durch die Betriebsart und die Drehrichtung der elektrischen Maschine (3) charakterisiert wird, in Abhängigkeit von der aktuellen Kupplungsposition freigibt oder sperrt.
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