DE102010048388B4 - Fahrzeug mit einem Hybridantrieb und Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb - Google Patents

Fahrzeug mit einem Hybridantrieb und Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb Download PDF

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Abstract

Fahrzeug mit einem Hybridantrieb (1), enthaltend eine Brennkraftmaschine (5) und zumindest eine Elektromaschine (7), bei dem die Elektromaschine (7) sowohl als Starter zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) als auch als Fahrantriebsaggregat des Hybridantriebs (1) einsetzbar ist, wobei der Brennkraftmaschine (5) zusätzlich ein Starter-Elektromotor (27) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Elektromotor (27) bei einer Fehlfunktion der Elektromaschine (7) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (25) zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) ansteuerbar ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung (25) eine Diagnoseeinheit (31) aufweist, mittels der eine Prüfroutine durchführbar ist, bei der der Starter-Elektromotor (27) unabhängig von der Elektromaschine (7) auf Funktionsfähigkeit prüfbar ist, dass zur Durchführung der Prüfroutine die Diagnoseeinheit (31) den Starter-Elektromotor (27) bei stillgelegter Elektromaschine (7) aktiviert, und dass die Diagnoseeinheit (31) der elektronischen Steuereinrichtung (25) über eine Diagnoseschnittstelle (32) mit einem externen Prüfgerät (33) verbindbar ist, das die Prüfroutine auslöst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines solchen Fahrzeugs nach dem Patentanspruch 5.
  • Bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb, bestehend aus einer Brennkraftmaschine und zumindest einer Elektromaschine, kann die Elektromaschine als Starter zum Anlassen der Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Im normalen Fahrbetrieb kann somit ein herkömmlicher Starter-Elektromotor, der trieblich mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden ist, eingespart werden.
  • Aus der DE 10 2008 000 904 A1 ist ein Fahrzeug mit einem solchen Hybridantrieb bekannt. In dem Fahrzeug wird die Elektromaschine sowohl als Starter zum Anlassen der Brennkraftmaschine als auch als Fahrantriebsaggregat des Hybridantriebes eingesetzt. Bei einer Fehlfunktion der Elektromaschine besteht somit die Gefahr, dass der gesamte Hybridantrieb stillgelegt ist und es zu Liegenbleibern kommen kann, da die nach wie vor funktionstüchtige Brennkraftmaschine nicht mehr gestartet werden kann.
  • Aus der DE 699 22 603 T2 ist ein weiteres Hybridfahrzeug bekannt, bei dem der Brennkraftmaschine einen Startermotor aufweist. Die Brennkraftmaschine kann entweder von der Elektromaschine des Hybridantriebs oder vom Startermotor angelassen werden.
  • Aus der EP 1 369 285 B1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung zum Anlassen einer Brennkraftmaschine eines seriellen Hybridfahrzeugs bekannt. Aus der US 5 034 889 A ist ein Diagnosesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt. Aus der WO 2008/136 913 A1 ist ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine bekannt, der zwei Wartermotoren zugeordnet sind.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb bereitzustellen, dessen Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit auch bei Fehlfunktion der Elektromaschine gewährleistet ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 oder des Patentanspruches 5 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Erfindungsgemäß ist der Brennkraftmaschine des Hybridantriebes zusätzlich ein Starter-Elektromotor zugeordnet. Dieser kann bei Erfassen einer Fehlfunktion der Elektromaschine mittels einer elektronischen Steuereinrichtung zum Anlassen der Brennkraftmaschine angesteuert werden. Bei Ausfall der Elektromaschine kann somit die Brennkraftmaschine in herkömmlicher Weise durch Aktivierung des Starter-Elektromotors erfolgen. Erfindungsgemäß kommt daher der Starter-Elektromotor nur in seltenen Ausnahmefällen, das heißt bei defekter Elektromaschine, zum Einsatz.
  • Mit der Erfindung kann gerade in solchen seltenen Ausnahmefällen trotz defekter Elektromaschine ein betriebssicherer Motorstart der Brennkraftmaschine gewährleistet werden. So weist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 die elektronische Steuereinrichtung eine Diagnoseeinheit auf, die als Programmbaustein in der elektronischen Steuereinrichtung integriert ist. Die Diagnoseeinheit kann in einem speziellen Prüfmodus bzw. Prüfroutine den Starter-Elektromotor unabhängig von der Elektromaschine auf Funktionsfähigkeit prüfen, wodurch stets ein fehlerfreier Betriebseinsatz der Starter-Elektromaschine gewährleistet wird. In der speziellen Prüfroutine werden die Motorstart-Aggregate, das heißt Elektromaschine und Starter-Elektromotor, nicht in ihrer Gesamtheit geprüft, sondern alleine der Starter-Elektromotor unabhängig von der Elektromaschine.
  • Zur Durchführung des Prüfmodus wird die Diagnoseeinheit der elektronischen Steuereinrichtung den Starter-Elektromotor bei stillgelegter Elektromaschine aktiviert. Bei diesem Prüfmodus kommt somit gerade nicht zuerst die Elektromaschine als Starter zum Einsatz, wie es im normalen Fahrbetrieb der Fall wäre, sondern alleine der Starter-Elektromotor, während die Elektromaschine stillgelegt verbleibt.
  • Eine solche separate Prüfung des Starter-Elektromotors ist insbesondere dann von Relevanz, wenn der Starter-Elektromotor im normalen Fahrbetrieb beim Anlassen der Brennkraftmaschine funktionslos bleibt und nur bei defekter Elektromaschine zum Einsatz kommt. Im normalen Fahrbetrieb ist somit keinerlei Rückmeldung über den Status bzw. die Funktionsfähigkeit des Starter-Elektromotors gegeben. Erst bei Durchführung der Prüfroutine kann somit der Status des Starter-Elektromotors erkannt und gegebenenfalls Fehlfunktionen behoben werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Diagnoseeinheit der elektronischen Steuereinrichtung über eine Diagnoseschnittstelle mit einem externen Prüfgerät verbindbar. Die Diagnoseeinheit der elektronischen Steuereinrichtung löst die Prüfroutine bei Vorliegen eines externen Aktivierungssignals aus. Ein solches externes Aktivierungssignal kann in einer Werkstatt im Kundendienstfall zu Prüfzwecken von einem externen Prüfgerät generiert werden. Das externe Prüfgerät kommuniziert hierzu über eine Diagnoseschnittstelle mit der Diagnoseeinheit der elektronischen Steuereinrichtung. Da die Prüfroutine somit außerhalb des normalen Fahrbetriebes erst bei Generierung des Aktivierungssignales durchführbar ist, wird der normale Fahrbetrieb nicht beeinträchtigt.
  • Die Diagnoseeinheit der elektronischen Steuereinrichtung kann in einer weiteren Ausführungsvariante so ausgelegt sein, dass der Prüfmodus bzw. die Prüfroutine nicht nur zum Beispiel im Kundendienstfall aktiviert werden kann, sondern auch nach einer von der elektronischen Steuereinrichtung erfassten, im normalen Fahrbetrieb eintretenden Fehlfunktion der Elektromaschine. In diesem Fall kann die Diagnoseeinheit den Prüfmodus selbsttätig durchführen, bevor eine Ansteuerung des Starter-Elektromotors zum Anlassen der Brennkraftmaschine erfolgt.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figur beschrieben, die beispielhaft eine Prinzipdarstellung eines Hybridantriebssystems eines Fahrzeuges zeigt.
  • In der 1 ist grob schematisch der Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges gezeigt, der beispielhaft mit der Vorderachse 3 des Fahrzeuges trieblich verbunden ist. Der Hybridantrieb kann gegebenenfalls als ein Allradantrieb/Heckantrieb ausgelegt sein, der neben der Vorderachse 3 auch die in der 1 nicht dargestellte Hinterachse antreibt.
  • Gemäß der 1 ist an der Vorderachse 3 des Fahrzeugs eine Brennkraftmaschine 5 sowie eine Elektromaschine 7 in den Antriebsstrang geschaltet und mit einem Getriebe 9 gekoppelt. Das Getriebe 9 ist über eine Getriebeausgangswelle 11 sowie über ein nur angedeutetes Achsdifferenzial 13 in trieblicher Verbindung mit der Vorderachse 3. Zwischen der Brennkraftmaschine 5 und der Elektromaschine 7 ist eine Trennkupplung 15 geschaltet, die je nach Fahrsituation von einer elektronischen Steuereinrichtung 25 geöffnet oder geschlossen werden kann. An der nicht dargestellten Hinterachse des Kraftfahrzeuges kann eine weitere Elektromaschine angeordnet sein, die die hinteren Fahrzeugräder des Kraftfahrzeuges antreibt. Weitere Antriebskomponenten, etwa die Traktionsbatterie 2 zur Stromversorgung der Elektromaschine 7 oder das Motorsteuergerät 4, das Getriebesteuergerät 6, die Leistungselektronik 8 der Elektromaschine 7 oder das Batteriesteuergerät 10 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit ohne nähere Beschreibung nur grob in der 1 angedeutet. Für die Ansteuerung der Antriebsaggregate 5, 7 des Kraftfahrzeuges ist die zentrale elektronische Steuereinrichtung 25 vorgesehen. Diese erfasst beispielhaft mittels eines Pedalmoduls 23 eine fahrerseitig vorgenommene Änderung des Fahrpedalwinkels. Zusätzlich erfasst die Steuereinrichtung 25 eine Vielzahl anderer Eingangsparameter, unter anderem eine verfügbare Batterieleistung, Fahrdynamikgrenzen, etc., wodurch bei einem Allradantrieb eine achsbezogene Momentenverteilung ermöglicht wird. Auf der Grundlage dieser Eingangsparameter berechnet die Steuereinrichtung 25 ein Sollantriebsmoment MVA für die Vorderachse, das sich in ein Antriebsmoment MBKM und ein Sollantriebsmoment MEM für die Brennkraftmaschine 5 und für die Elektromaschine 7 aufteilt, mit denen das Motorsteuergerät 4 der Brennkraftmaschine 5 sowie die Leistungselektronik 8 der Elektromaschine 7 angesteuert werden können.
  • Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist das Motorsteuergerät 4 in Signalverbindung mit einem Starter-Elektromotor 27, dessen Ausgangswelle ein Antriebsritzel trägt, das in herkömmlicher Weise über einen Anlasserkranz 28 mit der Kurbelwelle 29 der Brennkraftmaschine 5 trieblich verbunden ist. Der Starter-Elektromotor 27 wird von einer nicht gezeigten Bordnetzbatterie mit elektrischer Energie versorgt.
  • In dem gezeigten Kraftfahrzeug kann die Elektromaschine 7 neben dem Starter-Elektromotor 27 als ein weiteres Motorstart-Aggregat wirken, das im normalen Fahrbetrieb - anstelle des Starter-Elektromotors 27 - zum Anlassen der Brennkraftmaschine 5 verwendet wird. Im normalen Fahrbetrieb wird daher der Starter-Elektromotor 27 nicht zum Anlassen der Brennkraftmaschine 5 eingesetzt, sondern verbleibt dieser funktionslos.
  • Der Starter-Elektromotor 27 wird erst bei defekter Elektromaschine 7 zum Anlassen der Brennkraftmaschine 5 eingesetzt. Eine derartige Fehlfunktion, etwa ein Kurzschluss, wird von der elektronischen Steuereinrichtung 25 über die Leistungselektronik 8 der Elektromaschine 7 erfasst, woraufhin die elektronische Steuereinrichtung 25 über das Motorsteuergerät 4 den Starter-Elektromotor 27 zum Anlassen der Brennkraftmaschine 5 ansteuert.
  • Die elektronische Steuereinrichtung 25 weist als Programmbaustein eine Diagnoseeinheit 31 auf. Mittels der Diagnoseeinheit 31 ist eine Prüfroutine durchführbar, bei der der Status des Starter-Elektromotors 27 geprüft wird. Die Diagnoseeinheit 31 ist als ein Programmbaustein in einem On-Board-Diagnosesystem implementiert.
  • Die Prüfroutine zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des Starter-Elektromotors 27 kann von der Diagnoseeinheit 31 selbsttätig eingeleitet werden, wenn die elektronische Steuereinrichtung 25 eine Fehlfunktion der Elektromaschine 7 erfasst. Die Diagnoseeinheit 31 führt daher die Prüfroutine selbsttätig aus, wenn im normalen Fahrbetrieb eine Fehlfunktion erkannt ist. Die Statuserkennung erfolgt hierbei unmittelbar bevor die Steuereinrichtung 25 den Starter-Elektromotor 27 ansteuert.
  • Erfindungsgemäß führt die Diagnoseeinheit 31 bei dem Starter-Elektromotor 27 eine Statuserkennung nicht nur erst bei erkannter Fehlfunktion der Elektromaschine 7 durch. Vielmehr kann mittels der Diagnoseeinheit 31 ein solcher Prüfeingriff auch außerhalb des normalen Fahrbetriebs, das heißt in der Werkstatt, etwa im Kundendienstfall, bei fehlerfrei arbeitender Elektromaschine 7 ausgelöst werden. Zur Durchführung einer solchen werkstattseitigen Prüfroutine wird die Elektromaschine 7 mittels der Steuereinrichtung 25 stillgelegt und alleine der Starter-Elektromotor 27 aktiviert. Die Diagnoseeinheit 31 kann dann bei aktiviertem Starter-Elektromotor 27 dessen Status prüfen.
  • Wie oben erwähnt, erfolgt die Prüfroutine außerhalb des normalen Fahrbetriebes im Rahmen eines Kundendienstfalls. Hierzu wird die Prüfroutine erst bei Vorliegen eines externen Aktivierungssignales S ausgelöst. Dieses wird in der 1 durch ein externes Prüfgerät 33 generiert, das über eine Diagnoseschnittstelle 32 mit der Diagnoseeinheit 31 der elektronischen Steuereinrichtung 25 in Signalverbindung bringbar ist.
  • Sobald die elektronische Steuereinrichtung 25 im normalen Fahrbetrieb eine Fehlfunktion der Elektromaschine erkennt, wird ein Prüfmodus eingeleitet, bei dem die Diagnoseeinheit 31 vor einer Ansteuerung zum Anlassen der Brennkraftmaschine selbsttätig den Status des Starter-Elektromotors 27 prüft.
  • Ohne Einsatz der erfindungsgemäßen Diagnoseeinheit 31 ist der Status des Starter-Elektromotors im Kundendienstfall nur in prüftechnisch aufwendiger Weise ermittelbar. Zur Ermittlung des Status des Starter-Elektromotors müsste in diesem Fall nämlich zunächst in der Produktion oder in der Kundendienst-Werkstatt in aufwändiger Weise eine Fehlfunktion der Elektromaschine 7 simuliert werden. Auf eine solche simulierte Fehlfunktion erkennt die Steuereinrichtung 25 die Elektromaschine 7 als fehlerhaft, so dass erst dann die Steuereinrichtung 25 eine Prüfroutine zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einleitet.

Claims (5)

  1. Fahrzeug mit einem Hybridantrieb (1), enthaltend eine Brennkraftmaschine (5) und zumindest eine Elektromaschine (7), bei dem die Elektromaschine (7) sowohl als Starter zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) als auch als Fahrantriebsaggregat des Hybridantriebs (1) einsetzbar ist, wobei der Brennkraftmaschine (5) zusätzlich ein Starter-Elektromotor (27) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Elektromotor (27) bei einer Fehlfunktion der Elektromaschine (7) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (25) zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) ansteuerbar ist, und dass die elektronische Steuereinrichtung (25) eine Diagnoseeinheit (31) aufweist, mittels der eine Prüfroutine durchführbar ist, bei der der Starter-Elektromotor (27) unabhängig von der Elektromaschine (7) auf Funktionsfähigkeit prüfbar ist, dass zur Durchführung der Prüfroutine die Diagnoseeinheit (31) den Starter-Elektromotor (27) bei stillgelegter Elektromaschine (7) aktiviert, und dass die Diagnoseeinheit (31) der elektronischen Steuereinrichtung (25) über eine Diagnoseschnittstelle (32) mit einem externen Prüfgerät (33) verbindbar ist, das die Prüfroutine auslöst.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Elektromotor (27) in einem normalen Fahrbetrieb beim Anlassen der Brennkraftmaschine (5) funktionslos ist.
  3. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (31) bei Vorliegen eines externen Aktivierungssignals (S) die Prüfroutine auslöst.
  4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (31) die Prüfroutine nach einer erfassten Fehlfunktion der Elektromaschine (7) sowie vor Ansteuerung zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) selbsttätig durchführt.
  5. Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb (1), enthaltend eine Brennkraftmaschine (5) und zumindest eine Elektromaschine (7), bei dem die Elektromaschine (7) sowohl als Starter zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) als auch als Fahrantriebsaggregat des Hybridantriebs (1) einsetzbar ist, wobei der Brennkraftmaschine (5) zusätzlich ein Starter-Elektromotor (27) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Starter-Elektromotor (27) bei einer Fehlfunktion der Elektromaschine (7) mittels einer elektronischen Steuereinrichtung (25) zum Anlassen der Brennkraftmaschine (5) angesteuert wird, und dass die elektronische Steuereinrichtung (25) eine Diagnoseeinheit (31) aufweist, mittels der eine Prüfroutine durchgeführt wird, bei der der Starter-Elektromotor (27) unabhängig von der Elektromaschine (7) auf Funktionsfähigkeit geprüft wird, dass zur Durchführung der Prüfroutine die Diagnoseeinheit (31) den Starter-Elektromotor (27) bei stillgelegter Elektromaschine (7) aktiviert, und dass die Diagnoseeinheit (31) der elektronischen Steuereinrichtung (25) über eine Diagnoseschnittstelle (32) mit einem externen Prüfgerät (33) verbindbar ist, das die Prüfroutine auslöst.
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