DE102010043355B4

DE102010043355B4 - Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010043355B4
Application number: DE102010043355.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Schiele; Klaus Steinhauser; Bernd Allgaier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2010-11-04
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN102463987B; DE102010043355A1; US8388494B2; CN102463987A; US20120115676A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1, 1') eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (VM) mit einer Triebwelle (2), eine zumindest als Motor betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem über eine automatisierte Trennkupplung (K0) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbaren Rotor (3), ein automatisiertes Lastschaltgetriebe (LSG, LSG') mit einem mit dem Rotor (3) der Elektromaschine (EM) in Triebverbindung stehenden Eingangselement (4, 4') aufweist, und mit mindestens zwei Reibschaltelementen (K1, K2; K1', K2') zum zeitlich überschnittenen Wechsel zwischen zwei Gangstufen, wobei bei einem Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor (VM) und geöffneter Trennkupplung (K0) der Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes (LSG, LSG') mit folgenden Verfahrensschritten in einem Schleppstart gestartet wird: a) Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes (K_ab) bis unter die Schlupfgrenze, b) Schließen der Trennkupplung (K0) bis zum Erreichen oder Überschreiten der Mindeststartdrehzahl (nVM_Start) durch den Verbrennungsmotor (VM), c) Selbststart des Verbrennungsmotors (VM), d) weitgehendes Öffnen der Trennkupplung (K0), e) getrennte Führung des Verbrennungsmotors (VM) und der Elektromaschine (EM) auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs (nSync_ZielG), f) vollständiges Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes (K_ab) sowie vollständiges Schließen des zuzuschaltenden Reibschaltelementes (K_zu) und der Trennkupplung (K0); dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) ab der Unterschreitung der Schlupfgrenze an dem abzuschaltenden Reibschaltelement (K_ab) zunächst auf eine zwischen der Synchrondrehzahl (nSync_IstG) des Istgangs und der Synchrondrehzahl (nSync_ZielG) des Zielgangs liegende Zwischendrehzahl (nEM_Zw) geführt und auf dieser gehalten wird, und erst dann auf die Synchrondrehzahl (nSync_ZielG) des Zielgangs geführt wird, wenn der Verbrennungsmotor (VM) die Synchrondrehzahl (nSync_ZielG) des Zielgangs erreicht oder überschritten hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine zumindest als Motor betreibbare Elektromaschine mit einem über eine automatisierte Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbaren Rotor, ein automatisiertes Lastschaltgetriebe mit einem mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung stehenden Eingangselement, und mit mindestens zwei Reibschaltelementen zum zeitlich überschnittenen Wechsel zwischen zwei Gangstufen, wobei bei einem Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor und geöffneter Trennkupplung der Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes in einem Schleppstart gestartet wird.
Ein parallel-wirksamer Hybridantriebsstrang der vorbezeichneten Art ist allgemein bekannt. Ein derartiger Hybridantriebsstrang weist den Vorteil auf, dass das betreffende Kraftfahrzeug wahlweise im reinen Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor, im reinen Verbrennungsfahrbetrieb mit kraftlos geschalteter Elektromaschine, oder im Hybridfahrbetrieb mit kombiniertem Antrieb durch den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine gefahren werden kann. Im Verbrennungsfahrbetrieb kann die Elektromaschine bedarfsweise als Generator betrieben und der dabei erzeugte Strom zur Versorgung eines elektrischen Bordnetzes und/oder zur Ladung eines elektrischen Energiespeichers verwendet werden. Generell kann die Elektromaschine auch beim Abbremsen des Kraftfahrzeugs als Generator betrieben und die dabei gewonnene elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert werden.
Das Lastschaltgetriebe kann als ein Planeten-Automatgetriebe ausgebildet sein, bei dem zur Aktivierung der Gangstufen jeweils mehrere Reibschaltelemente, wie Schaltkupplungen und Schaltbremsen, geschlossen sind, jedoch zum Wechsel zwischen zwei benachbarten Gangstufen zumeist nur ein dem Istgang zugeordnetes Reibschaltelement geöffnet und zeitgleich ein dem Zielgang zugeordnetes Reibschaltelement geschlossen wird. Das Lastschaltgetriebe kann jedoch auch als ein Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet sein, bei dem das Eingangselement bei einer koaxialen Anordnung der beiden eingangsseitigen Reibungskupplungen durch einen gemeinsamen Kupplungskorb und bei einer Anordnung der beiden eingangsseitigen Reibungskupplungen an zwei achsparallelen Eingangswellen durch eine mit beiden Reibungskupplungen in Triebverbindung stehende Triebwelle gebildet ist, und bei dem zum Wechsel zwischen zwei benachbarten Gangstufen nach dem getriebeinternen Einlegen des Zielgangs die dem Istgang zugeordnete Reibungskupplung geöffnet und zeitgleich die dem Zielgang zugeordnete Reibungskupplung geschlossen wird.
Tritt bei einem derartigen Hybridantriebsstrang im Elektrofahrbetrieb eine erhöhte Leistungsanforderung auf, die von der Elektromaschine alleine nicht erfüllt werden kann, muss der Verbrennungsmotor gestartet werden, um das Kraftfahrzeug nachfolgend alleine oder zusammen mit der Elektromaschine mit einer entsprechend erhöhten Zugkraft anzutreiben. Im Fahrpedalbetrieb wird eine erhöhte Leistungsabgabe der Antriebsaggregate mit einem stärkeren Durchtreten des Fahrpedals durch den Fahrer angefordert, z. B. um das Kraftfahrzeug zur Durchführung eines Überholvorgangs zu beschleunigen. Beim Betrieb einer Geschwindigkeitsregelanlage kann eine erhöhte Leistungsabgabe der Antriebsaggregate beispielsweise bei einer Einfahrt in eine Steigungstrecke durch die Geschwindigkeitsregelanlage angefordert werden, um die vorgegebene Sollgeschwindigkeit beibehalten zu können.
Eine hierzu nicht mehr ausreichende Leistungsabgabe der Elektromaschine kann aufgrund eines konstruktiv vorgegebenen maximalen Drehmomentes der Elektromaschine und/oder aufgrund eines nicht mehr ausreichend geladenen elektrischen Energiespeichers vorliegen. Beim Auftreten einer erhöhten Leistungsanforderung wird zur Erhöhung der Zugkraft insbesondere des Verbrennungsmotors üblicherweise auch eine Rückschaltung des Lastschaltgetriebes ausgelöst. Um bei einer gleichzeitig vorliegenden Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors und zur Durchführung eines Gangwechsels beide Vorgänge möglichst schnell sowie komfortabel durchzuführen, wird das Starten des Verbrennungsmotors bevorzugt in Verbindung mit der Schaltung, d. h. unmittelbar vor, während oder unmittelbar nach der Schaltung ausgeführt.
So ist beispielsweise in einem entsprechenden Steuerungsverfahren gemäß der EP 1 762 417 A1 vorgesehen, dass der Verbrennungsmotor unmittelbar vor einer vorgesehenen Schaltung des Lastschaltgetriebes in einem Schleppstart gestartet wird, wenn es sich um eine Rückschaltung handelt, und dass der Verbrennungsmotor unmittelbar nach einer vorgesehenen Schaltung des Lastschaltgetriebes in einem Schleppstart gestartet wird, wenn es sich um eine Hochschaltung handelt. Hierdurch wird die beim Schleppstart des Verbrennungsmotors an der Trennkupplung zu überbrückende Drehzahldifferenz minimiert, wodurch die thermische Belastung und der mechanische Verschleiß der Trennkupplung reduziert werden sollen. Dieses Steuerungsverfahren kann jedoch nur eingeschränkt angewendet werden, da für einen Schleppstart des Verbrennungsmotors eine ausreichend hohe Drehzahldifferenz zwischen der Eingangsseite und der Ausgangsseite der Trennkupplung vorhanden sein muss.
In der DE 10 2006 031 684 A1 ist dagegen ein entsprechendes Steuerungsverfahren beschrieben, bei dem der Verbrennungsmotor während einer zugleich vorgesehenen Rückschaltung des Lastschaltgetriebes in einem Schleppstart gestartet wird. Hierzu wird zunächst das dem Istgang zugeordnete abzuschaltende Reibschaltelement bis unter die Schlupfgrenze geöffnet, und dann der Verbrennungsmotor durch das Schließen der Trennkupplung bis über seine Startdrehzahl beschleunigt. Nach dem Selbststart des Verbrennungsmotors, der durch das Einschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffeinspritzung erfolgt, werden beide Antriebsaggregate unter weiterem Schließen der Trennkupplung weitgehend gemeinsam bis an die Synchrondrehzahl des Zielgangs geführt, bevor das abzuschaltende Reibschaltelement vollständig geöffnet und das dem Zielgang zugeordnete zuzuschaltende Reibschaltelement vollständig geschlossen wird.
Durch den Schlupfbetrieb des abzuschaltenden Reibschaltelementes sollen die beim Starten des Verbrennungsmotors zwangsläufig entstehenden Drehmoment- und Drehzahlspitzen gegenüber dem Lastschaltgetriebe gedämpft und somit der Fahrkomfort des betreffenden Kraftfahrzeugs erhöht werden. Da die Trennkupplung während des Anschleppens und Hochdrehen des Verbrennungsmotors aber immer weiter geschlossen wird, werden die von dem Verbrennungsmotor und den Regelvorgängen der Trennkupplung ausgehenden Drehmoment- und Drehzahlspitzen zunehmend auf den Rotor der Elektromaschine übertragen und von diesem zumindest teilweise über das abzuschaltende Reibschaltelement in das Lastschaltgetriebe eingeleitet, wodurch der Fahrkomfort gemindert und der Verschleiß an Verzahnungen und Lagern des Lastschaltgetriebes erhöht wird.
Die DE 199 01 470 B4 lehrt ein Antriebssteuerungssystem für ein Hybridfahrzeug, bei dem eine Brennkraftmaschine über einen Kupplung an einen Kraftübertragungsstrang gekoppelt ist, der an eine Drehwelle eines Elektromotors gekoppelt ist. Bei einem Startzustand der Brennkraftmaschine wird die Kupplung betätigt, um die Brennkraftmaschine mittels des Elektromotors auf eine Startdrehzahl zu beschleunigen. Nach erfolgtem Start der Brennkraftmaschine wird die Kupplung wieder gelöst. Erst nach Erreichen eines Gleichlaufs zwischen Brennkraftmaschine und Elektromotor wird die Kupplung vollständig betätigt.
Die DE 10 2007 045 366 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebstranges mit einem Hybridantrieb, welcher einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, eine zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor angeordnete Kupplung sowie ein Getriebe mit zugkraftunterbrochener Schaltung aufweist. Das Verfahren betrifft den Ablauf eines Startvorgangs des Verbrennungsmotors unmittelbar nach einem Gangwechsel.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs der eingangs genannten Art vorzuschlagen, mit dem ein Schleppstart des Verbrennungsmotors in Verbindung mit einer Rückschaltung gegenüber dem Steuerungsverfahren nach der DE 10 2006 031 684 A1 mit erhöhtem Fahrkomfort und geringeren dynamischen Belastungen des Lastschaltgetriebes erfolgt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einem Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor und geöffneter Trennkupplung der Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes mit folgenden Verfahrensschritten in einem Schleppstart gestartet wird:

a) Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes bis unter die Schlupfgrenze,
b) Schließen der Trennkupplung bis zum Erreichen oder Überschreiten der Mindeststartdrehzahl durch den Verbrennungsmotor,
c) Selbststart des Verbrennungsmotors,
d) weitgehendes Öffnen der Trennkupplung,
e) getrennte Führung des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs,
f) vollständiges Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes sowie vollständiges Schließen des zuzuschaltenden Reibschaltelementes und der Trennkupplung, wobei die Elektromaschine (EM) ab der Unterschreitung der Schlupfgrenze an dem abzuschaltenden Reibschaltelement (K_ab) zunächst auf eine zwischen der Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Istgangs und der Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs liegende Zwischendrehzahl (n_{EM_zW}) geführt und auf dieser gehalten wird, und erst dann auf die Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs geführt wird, wenn der Verbrennungsmotor (VM) die Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs erreicht oder überschritten hat.

Die Erfindung geht demnach aus von einem an sich bekannten Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor mit einer Triebwelle, eine zumindest als Motor betreibbare Elektromaschine mit einem über eine automatisierte Trennkupplung mit der Triebwelle des Verbrennungsmotors verbindbaren Rotor, ein automatisiertes Lastschaltgetriebe mit einem mit dem Rotor der Elektromaschine in Triebverbindung stehenden Eingangselement und mit mindestens zwei Reibschaltelementen zum zeitlich überschnittenen Wechsel zwischen zwei Gangstufen.
Um ausgehend von einem Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor und geöffneter Trennkupplung den Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes in einem Schleppstart zu starten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zunächst das dem Istgang zugeordnete abzuschaltende Reibschaltelement bis unter die Schlupfgrenze geöffnet wird. Hierdurch wird die Elektromaschine teilweise von dem Lastschaltgetriebe entkoppelt und unter der Wirkung des eigenen Überschussmomentes beschleunigt. Anschließend wird die Trennkupplung bis zum Erreichen oder Überschreiten der Mindeststartdrehzahl durch den Verbrennungsmotor geschlossen, so dass der Verbrennungsmotor durch die Elektromaschine angeschleppt wird, bis der Verbrennungsmotor nach dem Einschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffeinspritzung selbsttätig betreibbar ist. Nach dem Selbststart des Verbrennungsmotors wird die Trennkupplung wieder weitgehend geöffnet, wodurch der Verbrennungsmotor von der Elektromaschine und dem Lastschaltgetriebe entkoppelt wird. Danach werden der Verbrennungsmotor und die Elektromaschine getrennt auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs geführt. Nach dem Erreichen dieser Zieldrehzahl durch beide Antriebsaggregate wird die Rückschaltung durch das vollständige Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes sowie durch das vollständige Schließen des dem Zielgang zugeordneten zuzuschaltenden Reibschaltelementes und der Trennkupplung abgeschlossen.
Das Steuerungsverfahren gemäß der Erfindung unterscheidet sich demnach von dem bekannten Steuerungsverfahren nach der DE 10 2006 031 684 A1 im Wesentlichen dadurch, dass die Trennkupplung nach dem Selbststart des Verbrennungsmotors wieder geöffnet wird, und dass die beiden Antriebsaggregate getrennt, d. h. weitgehend voneinander entkoppelt und durch jeweils eine unabhängige Ansteuerung, auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs eingestellt werden. Hierdurch werden die beim Hochdrehen des Verbrennungsmotors entstehenden Drehmoment- und Drehzahlspitzen weitgehend vollständig von der Elektromaschine und dem Lastschaltgetriebe ferngehalten, was zu einem erhöhten Fahrkomfort und geringeren dynamische Belastungen der Elektromaschine und des Lastschaltgetriebes führt.
Um beim Anschleppen des Verbrennungsmotors durch die Elektromaschine eine hinreichende Entkopplung zu dem Lastschaltgetriebe durch Reibschlupf zu erreichen, ist vorgesehen, dass die Trennkupplung erst dann zum Anschleppen des Verbrennungsmotors geschlossen wird, wenn die Elektromaschine nach dem Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes eine vorab festgelegte Mindestdrehzahldifferenz zur Synchrondrehzahl des Istgangs erreicht oder überschritten hat.
Eine verbesserte Entkopplung zwischen dem Verbrennungsmotor, der Elektromaschine und dem Lastschaltgetriebe kann zusätzlich dadurch erreicht werden, dass die Elektromaschine ab der Unterschreitung der Schlupfgrenze an dem abzuschaltenden Reibschaltelement zunächst auf eine zwischen der Synchrondrehzahl des Istgangs und der Synchrondrehzahl des Zielgangs liegende Zwischendrehzahl geführt sowie auf dieser gehalten wird, und erst dann auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs geführt wird, wenn der Verbrennungsmotor die Synchrondrehzahl des Zielgangs erreicht oder überschritten hat.
Die genannte Zwischendrehzahl der Elektromaschine ist bevorzugt auf einen Wert festgelegt, der mindestens um eine vorab festgelegte erste Mindestdrehzahldifferenz über der Synchrondrehzahl des Istgangs und mindestens um eine vorab festgelegte zweite Mindestdrehzahldifferenz unter der Synchrondrehzahl des Zielgangs liegt.
Zum weiteren Schutz des Lastschaltgetriebes vor Drehmoment- und Drehzahlspitzen kann zudem vorgesehen sein, dass das abzuschaltende Reibschaltelement erst dann vollständig geöffnet wird und das zuzuschaltende Reibschaltelement sowie die Trennkupplung erst dann vollständig geschlossen werden, wenn die Elektromaschine die Synchrondrehzahl des Zielgangs erreicht oder überschritten hat.
Bei einer druckmittelbetätigten, aktiv schließbaren Ausführungsform der Trennkupplung und des zuzuschaltenden Reibschaltelementes, wie z. B. als hydraulisch betätigbare Lamellenkupplungen, werden diese Kupplungselemente vorzugsweise in dem Zeitraum bis zum Beginn des schleppstartbedingten Schließens der Trennkupplung vorbefüllt. Dabei erfolgt die Vorbefüllung der Kupplungselemente bevorzugt seriell in der Reihenfolge ihrer nachfolgenden Schließbetätigung, d. h. zuerst die Vorbefüllung der Trennkupplung und dann die Vorbefüllung des zuzuschaltenden Reibschaltelementes.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. In dieser zeigt
1a Drehzahlverläufe eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine eines parallel wirksamen Hybridantriebsstrangs während eines erfindungsgemäßen Steuerungsablaufs zum Starten des Verbrennungsmotors,
1b Stelldruckverläufe einer Trennkupplung und von zwei Reibschaltelementen eines Lastschaltgetriebes eines parallel wirksamen Hybridantriebsstrangs während eines erfindungsgemäßen Steuerungsablaufs zum Starten des Verbrennungsmotors,
2a eine schematische Ansicht eines parallel wirksamen Hybridantriebsstrangs mit einer ersten Ausführungsform eines Lastschaltgetriebes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens nach 1a und 1b, sowie
2b eine schematische Ansicht eines parallel wirksamen Hybridantriebsstrangs mit einer zweiten Ausführungsform eines Lastschaltgetriebes zur Durchführung des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens nach 1a und 1b.
In 2a und 2b ist in schematischer Form jeweils ein parallel wirksamer Hybridantriebsstrang 1, 1' abgebildet, bei denen das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren anwendbar ist. Beide Ausführungen des Hybridantriebsstrangs 1, 1' umfassen jeweils einen Verbrennungsmotor VM mit einer Triebwelle 2, eine zumindest als Motor betreibbare Elektromaschine EM mit einem Rotor 3, und ein Lastschaltgetriebe LSG bzw. LSG'. Der Rotor 3 der Elektromaschine EM ist jeweils eingangsseitig über eine automatisierte Trennkupplung K0 mit der Triebwelle 2 des Verbrennungsmotors VM verbindbar und von dieser trennbar, so dass der Verbrennungsmotor bedarfsweise durch die Elektromaschine EM gestartet, an diese angekoppelt und von dieser abgekoppelt werden kann. Ausgangsseitig steht der Rotor 3 der Elektromaschine EM jeweils mit einem Eingangselement 4, 4' des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' in Verbindung.
In der Ausführungsform des Hybridantriebsstrangs 1 nach 2a ist das Lastschaltgetriebe LSG als ein Planeten-Automatgetriebe ausgebildet, bei dem ein Wechsel zwischen zwei benachbarten Gangstufen bekanntlich durch das zeitlich überschnittene Öffnen eines getriebeinternen, dem Istgang zugeordneten ersten Reibschaltelementes K1 und das Schließen eines getriebeinternen, dem Zielgang zugeordneten zweiten Reibschaltelementes K2 erfolgt. Das Eingangselement 4 dieses Lastschaltgetriebes LSG ist demnach als eine Eingangswelle ausgebildet.
In der Ausführungsform des Hybridantriebsstrangs 1' nach 2b ist das Lastschaltgetriebe LSG' als ein Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Eingangswellen 5a, 5b und jeweils einer eingangsseitigen Reibungskupplung K1', K2' ausgebildet. Bei einem Doppelkupplungsgetriebe LSG' erfolgt ein Wechsel zwischen zwei benachbarten Gangstufen bekanntlich durch das zeitlich überschnittene Öffnen der dem Istgang zugeordneten ersten Reibungskupplung K1' und dem Öffnen der dem Zielgang zugeordneten zweiten Reibungskupplung K2', wobei zunächst der Zielgang getriebeintern eingelegt und nachfolgend der Istgang getriebeintern ausgelegt wird. Das Eingangselement 4' des Lastschaltgetriebes LSG' und der beiden Reibungskupplungen K1', K2' kann bei einer koaxialen Anordnung der Reibungskupplungen K1', K2' durch einen gemeinsamen Kupplungskorb und bei einer Anordnung der Reibungskupplungen K1', K2' an zwei achsparallelen Eingangswellen 5a, 5b durch eine mit den beiden Reibungskupplungen K1', K2' in Triebverbindung stehende Triebwelle gebildet sein.
Ausgangsseitig weisen beide Bauarten des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' jeweils eine Ausgangswelle 6 auf, die über ein Achsdifferenzial 7 mit den Antriebsrädern 8a, 8b einer Antriebsachse des betreffenden Kraftfahrzeugs in Triebverbindung steht.
Wird ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Hybridantriebsstrang 1, 1' im reinen Elektrofahrbetrieb gefahren, d. h. mit abgeschalteten Verbrennungsmotor VM und geöffneter Trennkupplung K0, kann es aufgrund einer erhöhten Leistungsanforderung des Fahrers oder einer Geschwindigkeitsregelanlage erforderlich sein, den Verbrennungsmotor VM in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' zu starten. Der Grund für diese Maßnahme kann eine derart hohe Leistungsanforderung sein, die durch das konstruktiv vorgegebene maximale Drehmoment der Elektromaschine EM und/oder aufgrund eines zu geringen Ladezustands des zugeordneten elektrischen Energiespeichers alleine von der Elektromaschine nicht mehr erfüllt werden kann.
Nachfolgend wird nun anhand der in 1a abgebildeten Drehzahlverläufe n_EM(t) der Elektromaschine EM und n_VM(t) des Verbrennungsmotors VM sowie der in 1b abgebildeten Stelldruckverläufe p_K0(t), p_{K_ab}(t), p_{K_zu}(t) der Trennkupplung K0, des dem Istgang zugeordneten abzuschaltenden Reibschaltelementes K_ab, und des dem Zielgang zugeordneten zuzuschaltenden Reibschaltelementes K_ab, die vorliegend beispielhaft als druckmittelbetätigte aktiv schließbare Kupplungselemente ausgebildet sind, erläutert, wie der Verbrennungsmotor VM in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' gemäß dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren in einem Schleppstart gestartet wird.
Nach einer erhöhten Leistungsanforderung zum Zeitpunkt t0, durch die das Starten des Verbrennungsmotors VM in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' ausgelöst wird, wird zunächst das dem Istgang zugeordnete abzuschaltende Reibschaltelement K_ab bis unter die Schlupfgrenze geöffnet (siehe p_{K_ab}(t) in 1b), wodurch die Elektromaschine EM teilweise von dem Lastschaltgetriebe LSG, LSG' entkoppelt wird. Die Schlupfgrenze des abzuschaltenden Reibschaltelementes K_ab wird zum Zeitpunkt t1 erreicht bzw. nachfolgend unterschritten, worauf die Elektromaschine EM unter der Wirkung des eigenen Überschussmomentes beschleunigt wird (siehe n_EM(t) in 1a).
Mit dem Erreichen oder Überschreiten einer vorab festgelegten Mindestdrehzahldifferenz Δn_{min_IstG} zur Synchrondrehzahl n_{Sync_IstG} des Istgangs zum Zeitpunkt t2 (n_EM ≥ n_{Sync_IstG} + Δn_{min_IstG}) und damit einer Mindestschlupfdrehzahl zur Entkopplung des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' von der Elektromaschine EM, beginnt das Anschleppen des Verbrennungsmotors VM. Bis zu diesem Zeitpunkt t2 sind auch die Trennkupplung K0 und das zuzuschaltende Reibschaltelement K_zu, die wie auch das abzuschaltende Reibschaltelement K_ab druckmittelbetätigt und aktiv schließbar ausgebildet sind, vorbefüllt worden, vorliegend beispielhaft seriell in der Reihenfolge ihrer nachfolgenden Schließbetätigung (siehe p_K0(t) und p_{K_zu}(t) in 1b).
Zum Anschleppen des Verbrennungsmotors VM wird die Trennkupplung K0 teilweise geschlossen und damit der Verbrennungsmotor VM angedreht, bis dieser zum Zeitpunkt t3 seine Mindeststartdrehzahl n_{VM_Start} erreicht, ab welcher der Verbrennungsmotor VM nach dem Einschalten der Zündung und/oder der Kraftstoffeinspritzung selbsttätig betreibbar ist. Daher wird die Trennkupplung K0 nun zur Entkopplung des Verbrennungsmotors VM von der Elektromaschine EM wieder weitgehend geöffnet, und nachfolgend beide Antriebsaggregate VM, EM getrennt auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs n_{Sync_ZielG} geführt.
Zur besseren Entkopplung von dem Lastschaltgetriebe LSG, LSG' wird die Elektromaschine EM ab der Unterschreitung der Schlupfgrenze an dem abzuschaltenden Reibschaltelement K_ab zum Zeitpunkt t1 entsprechend einer in 1a eingezeichneten Solldrehzahlvorgabe n_{EM_soll} zunächst auf eine zwischen der Synchrondrehzahl n_{Sync_IstG} des Istgangs und der Synchrondrehzahl n_{Sync_ZielG} des Zielgangs liegende Zwischendrehzahl n_{EM_Zw} geführt und auf dieser gehalten. Die Elektromaschine EM wird erst dann von der Zwischendrehzahl n_{EM_Zw} auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs n_{Sync_ZielG} geführt, wenn der Verbrennungsmotor VM die Synchrondrehzahl des Zielgangs n_{Sync_ZielG} erreicht oder überschritten hat (n_VM ≥ n_{Sync_ZielG}), was zum Zeitpunkt t4 der Fall ist.
Die Zwischendrehzahl n_{EM_Zw} der Elektromaschine EM ist vorliegend beispielhaft auf einen Wert festgelegt, der um mehr als eine vorab festgelegte erste Mindestdrehzahldifferenz Δn_{min_IstG} über der Synchrondrehzahl n_{Sync_IstG} des Istgangs und um eine vorab festgelegte zweite Mindestdrehzahldifferenz Δn_{min_ZielG} unter der Synchrondrehzahl n_{Sync_ZielG} des Zielgangs liegt.
Nach dem Erreichen der Synchrondrehzahl des Zielgangs n_{Sync_ZielG} durch die Elektromaschine EM zum Zeitpunkt t5 werden das abzuschaltende Reibschaltelement K_ab vollständig geöffnet sowie das zuzuschaltende Reibschaltelement K_zu und die Trennkupplung K0 vollständig geschlossen, was zum Zeitpunkt t6 beendet ist.
Das erfindungsgemäße Steuerungsverfahren sorgt durch eine größtmögliche Entkopplung des Verbrennungsmotors VM von der Elektromaschine EM und der Elektromaschine EM von dem Eingang des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' dafür, dass die beim Anschleppen und Starten des Verbrennungsmotors VM und bei der nachfolgenden Drehzahlanpassung beider Antriebsaggregate VM, EM auftretenden Drehmoment- und Drehzahlspitzen weitgehend von dem Lastschaltgetriebe ferngehalten werden, wodurch der Fahrkomfort erhöht und die dynamischen Belastungen des Lastschaltgetriebes LSG, LSG' reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebsstrang
1': Hybridantriebsstrang
2: Triebwelle von VM, Kurbelwelle
3: Rotor von EM
4: Eingangselement von LSG, Eingangswelle
4': Eingangselement von LSG'
5a, 5b: Eingangswellen von LSG'
6: Ausgangswelle von LSG, LSG'
7: Achsdifferenzial
8a, 8b: Antriebsräder
EM: Elektromaschine
K_ab: Abzuschaltendes Reibschaltelement
K_zu: Zuzuschaltendes Reibschaltelement
K0: Trennkupplung
K1: Reibschaltelement
K1': Reibschaltelement, Schaltkupplung
K2: Reibschaltelement
K2': Reibschaltelement, Schaltkupplung
LSG: Lastschaltgetriebe, Planeten-Automatgetriebe
LSG': Lastschaltgetriebe, Doppelkupplungsgetriebe
n: Drehzahl
n_EM: Drehzahl von GE
n_{EM_soll}: Solldrehzahlvorgabe für EM
n_{EM_Zw}: Zwischendrehzahl von EM
n_{Sync_IstG}: Synchrondrehzahl des Istgangs
n_{Sync_ZielG}: Synchrondrehzahl des Zielgangs
n_VM: Motordrehzahl, Drehzahl von VM
n_{VM_Start}: Mindeststartdrehzahl von VM
p: Druck
p_K: Stelldruck
p_{K_ab}: Stelldruck von K_ab
p_{K_zu}: Stelldruck von K_zu
p_K0: Stelldruck von K0
t: Zeit
t1–t6: Zeitpunkte
VM: Verbrennungsmotor
Δn: Drehzahldifferenz
Δn_{min_IstG}: Erste Mindestdrehzahldifferenz zu n_{Sync_IstG}
Δn_{min_ZielG}: Zweite Mindestdrehzahldifferenz zu n_{Sync_ZielG}

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1, 1') eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (VM) mit einer Triebwelle (2), eine zumindest als Motor betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem über eine automatisierte Trennkupplung (K0) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbaren Rotor (3), ein automatisiertes Lastschaltgetriebe (LSG, LSG') mit einem mit dem Rotor (3) der Elektromaschine (EM) in Triebverbindung stehenden Eingangselement (4, 4') aufweist, und mit mindestens zwei Reibschaltelementen (K1, K2; K1', K2') zum zeitlich überschnittenen Wechsel zwischen zwei Gangstufen, wobei bei einem Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor (VM) und geöffneter Trennkupplung (K0) der Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes (LSG, LSG') mit folgenden Verfahrensschritten in einem Schleppstart gestartet wird: a) Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes (K_ab) bis unter die Schlupfgrenze, b) Schließen der Trennkupplung (K0) bis zum Erreichen oder Überschreiten der Mindeststartdrehzahl (n_{VM_Start}) durch den Verbrennungsmotor (VM), c) Selbststart des Verbrennungsmotors (VM), d) weitgehendes Öffnen der Trennkupplung (K0), e) getrennte Führung des Verbrennungsmotors (VM) und der Elektromaschine (EM) auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs (n_{Sync_ZielG}), f) vollständiges Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes (K_ab) sowie vollständiges Schließen des zuzuschaltenden Reibschaltelementes (K_zu) und der Trennkupplung (K0); dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (EM) ab der Unterschreitung der Schlupfgrenze an dem abzuschaltenden Reibschaltelement (K_ab) zunächst auf eine zwischen der Synchrondrehzahl (n_{Sync_IstG}) des Istgangs und der Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs liegende Zwischendrehzahl (n_{EM_Zw}) geführt und auf dieser gehalten wird, und erst dann auf die Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs geführt wird, wenn der Verbrennungsmotor (VM) die Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs erreicht oder überschritten hat.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischendrehzahl (n_{EM_Zw}) der Elektromaschine (EM) auf einen Wert festgelegt ist, der mindestens um eine vorab festgelegte erste Mindestdrehzahldifferenz (Δn_{min_IstG}) über der Synchrondrehzahl (n_{Sync_IstG}) des Istgangs und mindestens um eine vorab festgelegte zweite Mindestdrehzahldifferenz (Δn_{min_ZielG}) unter der Synchrondrehzahl (n_{Sync_ZielG}) des Zielgangs liegt.
Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1, 1') eines Kraftfahrzeugs, der einen Verbrennungsmotor (VM) mit einer Triebwelle (2), eine zumindest als Motor betreibbare Elektromaschine (EM) mit einem über eine automatisierte Trennkupplung (K0) mit der Triebwelle (2) des Verbrennungsmotors (VM) verbindbaren Rotor (3), ein automatisiertes Lastschaltgetriebe (LSG, LSG') mit einem mit dem Rotor (3) der Elektromaschine (EM) in Triebverbindung stehenden Eingangselement (4, 4') aufweist, und mit mindestens zwei Reibschaltelementen (K1, K2; K1', K2') zum zeitlich überschnittenen Wechsel zwischen zwei Gangstufen, wobei bei einem Elektrofahrbetrieb mit abgestelltem Verbrennungsmotor (VM) und geöffneter Trennkupplung (K0) der Verbrennungsmotor in Verbindung mit einer Rückschaltung des Lastschaltgetriebes (LSG, LSG') mit folgenden Verfahrensschritten in einem Schleppstart gestartet wird: a) Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes (K_ab) bis unter die Schlupfgrenze, b) Schließen der Trennkupplung (K0) bis zum Erreichen oder Überschreiten der Mindeststartdrehzahl (n_{VM_Start}) durch den Verbrennungsmotor (VM), c) Selbststart des Verbrennungsmotors (VM), d) weitgehendes Öffnen der Trennkupplung (K0), e) getrennte Führung des Verbrennungsmotors (VM) und der Elektromaschine (EM) auf die Synchrondrehzahl des Zielgangs (n_{Sync_ZielG}), f) vollständiges Öffnen des abzuschaltenden Reibschaltelementes (K_ab) sowie vollständiges Schließen des zuzuschaltenden Reibschaltelementes (K_zu) und der Trennkupplung (K0); dadurch gekennzeichnet, dass das abzuschaltende Reibschaltelement (K_ab) erst dann vollständig geöffnet wird und das zuzuschaltende Reibschaltelement (K_zu) und die Trennkupplung (K0) erst dann vollständig geschlossen werden, wenn die Elektromaschine (EM) die Synchrondrehzahl des Zielgangs (n_{Sync_ZielG}) erreicht oder überschritten hat (n_EM ≥ n_{Sync_ZielG}).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) erst dann zum Anschleppen des Verbrennungsmotors (VM) geschlossen wird, wenn die Elektromaschine (EM) eine vorab festgelegte Mindestdrehzahldifferenz (Δn_{min_IstG}) zur Synchrondrehzahl (n_{Sync_IstG}) des Istgangs erreicht oder überschritten hat (nEM ≥ n_{Sync_IstG} + Δn_{min_IstG}).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) und das zuzuschaltende Reibschaltelement (K_zu) bei einer druckmittelbetätigten aktiv schließbaren Ausführung in dem Zeitraum (t0–t2) bis zum Beginn des schleppstartbedingten Schließens der Trennkupplung (K0) vorbefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorbefüllung der Kupplungselemente (K0, K_zu) seriell in der Reihenfolge ihrer nachfolgenden Schließbetätigung erfolgt.