DE102012217207B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einem Schaltgetriebe, wobei ein Gangwechsel im Schaltgetriebe vom Fahrer durchgeführt wird, wobei das Fahrzeug durch einen Hybridantrieb in verbrennungsmotorischem und/oder elektrischem Fahrmodus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus abhängig vom Vorliegen eines für ein elektrisches Fahren geeigneten Betriebszustands des Fahrzeugs erfolgt, sofern eine Kupplung nicht betätigt ist, und bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus die Gangwahl des Schaltgetriebes arretiert wird, und eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus bei Betätigung der Kupplung erfolgt.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9 näher definierten Art.
  • Bekannt sind konventionelle Hybridfahrzeuge, die in der Regel ein automatisiertes Getriebe aufweisen, über das eine elektrische Maschine angebunden ist. Daneben besteht ein Bedürfnis, bei Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor, die mit einem Handschaltgetriebe ausgestattet sind, das Handschaltgetriebe mit einem elektrischen Antrieb zu kombinieren. Problematisch ist hierbei die Bedienung von Verbrennungsmotor und Elektromaschine in Verbindung mit einem Handschaltgetriebe, insbesondere die logische und intuitiv sichere Bedienung beider Antriebsmaschinen.
  • Aus DE 29 43 519 A1 ist ein Antrieb für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor bekannt, bei dem durch Betätigung eines Schalthebels des Getriebes zugleich ein Schalter in einem elektrischen Motorstromkreis des Elektromotors geschlossen werden kann.
  • DE 10 2009 026 788 A1 beschreibt ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantrieb und einem automatisierten Getriebe, wobei einem Fahrbedienungselement mit mehreren vom Fahrer anwählbaren Zuständen eine Hybridfunktionalität zugeordnet ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art bereitzustellen, die einen einfachen und sicheren Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe in Kombination mit einem Hybridantrieb gewährleisten.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst.
  • Es wird vorgeschlagen, das Fahrzeug durch einen Hybridantrieb im Antriebsstrang im Wechsel zwischen einem verbrennungsmotorischen und einem elektrischen Fahrmodus zu betreiben. Alternativ kann auch ein gleichzeitiger verbrennungsmotorischer und elektrischer Betrieb vorgesehen sein. Vorzugsweise erfolgt dabei eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus in Abhängigkeit vom Vorliegen eines für ein elektrisches Fahren geeigneten Betriebzustands des Fahrzeugs. Bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus wird die Gangwahl des Schaltgetriebes arretiert, um ein Schalten des Schaltgetriebes bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus zu vermeiden. Hierzu kann beispielsweise im Schaltgetriebe das Schaltgestänge arretiert oder außerhalb des Schaltgetriebes der Gangwahlhebel oder die Schaltkulisse blockiert werden. Auf einfache Weise kann so ein Fahrzeug auf Basis eines Handschaltgetriebes in Kombination mit einem Hybridantrieb betrieben werden. Kritische Betriebszustände werden sicher vermieden.
  • Bevorzugt wird der elektrische Fahrmodus in Abhängigkeit vom Vorliegen zumindest eines durch eine fahrerseitige Betätigung erzeugten Signals aktiviert. Hierdurch kann der Betriebsmodus des Fahrzeugs wahlweise durch den Fahrer bestimmt werden, insbesondere kann eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus direkt auf Fahrerwunsch erfolgen.
  • Bevorzugt wird der elektrische Fahrmodus zum Anfahren des Fahrzeugs bei kumulativem Vorliegen folgender Voraussetzungen aktiviert:
    Die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs wird signalisiert, beispielsweise durch Einstecken des Zündschlüssels und Anschalten der Zündung. Das Schaltgetriebe, mithin der Gangwahlhebel, befindet sich in der Neutralstellung oder wird in diese geschaltet. Das Bremspedal der Fahrzeugbremse wird betätigt. Die Kupplung bzw. das Kupplungspedal wird nicht betätigt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt Null, d. h. das Fahrzeug befindet sich im Stillstand. Außerdem liegt kein einem elektrischen Fahrmodus entgegenstehender sonstiger Betriebszustand des Fahrzeugs vor, insbesondere sind keine kritischen Fahrzeugparameter angezeigt, wie beispielsweise ein niedriger Ladezustand der Batterie, eine kritische Temperatur von Kühlwasser, Motoröl oder Innenraumklima oder sonstige entgegenstehende Regelgrößen oder Betriebsparameter, und es werden keine Fahrzeugstörungs- oder Fehlermeldungen erfasst. Die diesbezüglichen Einflussparameter können abhängig von der Betriebsstrategie vorbestimmt werden.
  • Liegen die vorgenannten Voraussetzungen nicht vor, erfolgt ein Hinweis an den Fahrer, beispielsweise auf einem Anzeigedisplay des Fahrzeugs, dass der elektrische Fahrmodus nicht aktiv ist. Zum Anfahren des Fahrzeugs kann die Verbrennungskraftmaschine durch den Fahrer konventionell gestartet werden.
  • Liegen dagegen die vorgenannten Voraussetzungen alle vor, wird der elektrische Fahrmodus aktiviert.
  • Bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus und einem Erfassen einer Betätigung des Fahrpedals des Fahrzeugs erfolgt eine Ansteuerung der elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Drehmoments entsprechend der Fahrpedalstellung. Vorzugsweise muss hierbei die Fahrpedalstellung einer Drehmomentanforderung entsprechen, die kleiner als oder gleich ein/em vorbestimmtes/n maximal zulässiges/n erzeugbares/n Drehmoment der elektrischen Maschine ist, und es darf keine Betätigung des Kupplungspedals erkannt werden, andernfalls erfolgt eine Deaktivierung des elektrischen Antriebsmodus.
  • Eine Aktivierung des elektrischen Antriebsmodus kann auch direkt auf Fahrerwunsch, vorzugsweise durch Betätigung eines Schalters, erfolgen, wenn die Voraussetzungen für einen elektrischen Fahrmodus vorliegen. Auf diese Weise ist die Aktivierung des elektrischen Fahrmodus, beispielsweise zum Rangieren, per Knopfdruck durch den Fahrer möglich.
  • Verfügt das Fahrzeug über ein automatisches Motor-Start-Stopp-System, kann alternativ oder ergänzend der elektrische Fahrmodus bei einem automatischen Motor-Start-Stopp-Betrieb des Fahrzeugs in der Motor-Stopp-Phase bei Erfassen einer Betätigung der Fußbremse durch den Fahrer aktiviert werden. Alternativ kann die Aktivierung auch ohne Betätigung der Fußbremse in der Motor-Stopp-Phase automatisch erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Aktivierung des elektrischen Fahrmodus nur dann, wenn der Betriebszustand des Fahrzeugs dies zulässt. Eine Aktivierung kann beispielsweise davon abhängig gemacht werden, ob die Voraussetzungen für einen Motor-Start-Stopp-Betrieb weiterhin vorliegen und/oder ob die bereits oben genannten Voraussetzungen für eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus zum Anfahren des Fahrzeugs erfüllt sind.
  • Eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus kann durch Erfassen zumindest eines fahrerseitig betätigten Signals erfolgen, beispielsweise durch Betätigung des Kupplungspedals durch den Fahrer oder auf direkten Fahrerwunsch hin, insbesondere durch Betätigung eines Schalters.
  • Vorzugsweise erfolgt eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus, wenn zumindest eine der folgenden Bedingungen vorliegt:
    Die Kupplung wird betätigt. Ein Schalter wird durch den Fahrer betätigt.
  • Es wird eine Fahrpedalstellung erfasst, die einer Drehmomentanforderung entspricht, die größer ist als ein vorbestimmtes maximal zulässiges Drehmoment der elektrischen Maschine. Es wird eine Fahrzeuggeschwindigkeit erreicht, die größer ist als eine vorbestimmte Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit. Die Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit und das maximal zulässige Drehmoment der elektrischen Maschine können jeweils in Abhängigkeit von der Betriebsstrategie variabel beispielsweise als maximal mögliche/s bzw. optimale/s Geschwindigkeit bzw. Drehmoment im elektrischen Fahrmodus vorbestimmt sein. Es liegt ein einem elektrischen Fahrmodus entgegenstehender bereits oben beschriebener sonstiger Betriebszustand des Fahrzeugs vor. Die diesbezüglichen Einflussparameter können abhängig von der Betriebsstrategie vorbestimmt werden.
  • Vorzugsweise erfolgt bei Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus ein Hinweis an den Fahrer zur Einlegung eines dem Betriebszustand des Fahrzeugs entsprechenden Fahrganges im Schaltgetriebe. Außerdem wird die Arretierung der Gangwahl des Schaltgetriebes gelöst und bei Betätigung der Fahrzeugkupplung die Verbrennungskraftmaschine gestartet.
  • Im verbrennungsmotorischen Betrieb erfolgen der Gangwechsel zwischen den einzelnen festen Gangstufen des Schaltgetriebes und die hierzu erforderliche Betätigung der Kupplung durch den Fahrer. Der Gangwechsel zwischen den einzelnen festen Gangstufen wird bei verbrennungsmotorischem Betrieb durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht beeinflusst.
  • Es ist von Vorteil, wenn im verbrennungsmotorischen Fahrmodus eine permanente Überprüfung des Betriebszustands im Hinblick auf einen möglichen Wechsel in den elektrischen Fahrmodus durchgeführt wird.
  • Vorzugsweise erfolgt ein Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektrischen Fahrmodus bei Erfassen aller folgenden Voraussetzungen:
    Es ist die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs beispielsweise durch Einstecken des Zündschlüssels und Anschalten der Zündung angezeigt. Die Verbrennungskraftmaschine ist angeschaltet. Die Kupplung wird nicht betätigt. Die Fahrzeuggeschwindigkeit ist kleiner als oder gleich eine/r vorbestimmte/n Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit. Die Fahrpedalstellung entspricht einer Drehmomentanforderung, die kleiner als oder gleich ein/em vorbestimmtes/n maximal zulässiges/n erzeugbares/n Drehmoment der elektrischen Maschine ist. Es wird kein einem elektrischen Fahrmodus entgegenstehender sonstiger Betriebszustand des Fahrzeugs erfasst. Dabei können die Einflussparameter des sonstigen Betriebszustands von der Betriebsstrategie abhängig vorbestimmt werden. Liegen alle vorgenannten Voraussetzungen vor, erfolgt ein Hinweis an den Fahrer zum Einlegen der Neutralstellung des Schaltgetriebes. Bei Erkennen des Einlegens der Neutralstellung wird die Arretierung der Gangwahl des Schaltgetriebes gelöst und der elektrische Fahrmodus aktiviert.
  • Bevorzugt erfolgt die Betätigung der Kupplung alleine durch den Fahrer. Alternativ wird in einer weiteren Variante der Erfindung die Kupplung des Fahrzeugs teilautomatisiert mit einer Kupplungsaktorik betrieben. Hierbei kann die Kupplung durch das Kupplungspedal, mithin durch den Fahrer, und durch einen Kupplungsaktor unabhängig voneinander betätigt werden. Auf diese Weise ist eine autarke von der Betätigung des Kupplungspedals unabhängige Ansteuerung der Kupplung möglich. Bei dieser Ausgestaltung können weitere Betriebszustände erreicht werden. Sobald die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs angezeigt ist und keine Betätigung der Kupplung durch den Fahrer erfolgt und kein einem elektrischen Fahrmodus entgegenstehender Betriebszustand des Fahrzeugs erkannt wird, wird der elektrische Fahrmodus aktiviert.
  • Bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus kann durch Betätigung des Fahrpedals des Fahrzeugs jeder relevante Fahrzustand durch das von der elektrischen Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs entsprechend der Fahrpedalstellung erzeugte Drehmoment erreicht werden. Voraussetzung hierfür ist, dass
    • – die Fahrpedalstellung einer Drehmomentanforderung entspricht, die kleiner als das oder gleich dem maximal zulässige/n erzeugbare/n Drehmoment der elektrischen Maschine ist, und
    • – keine Betätigung der Kupplung durch den Fahrer erkannt wird und
    • – die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als oder gleich eine/r vorbestimmte/n Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit ist.
  • Bei einer Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus kann die Betätigung der Kupplung automatisch durch die Kupplungsaktorik erfolgen und die Verbrennungskraftmaschine wird angeschaltet.
  • Außerdem ist ein Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektrischen Fahrmodus bei Vorliegen der Voraussetzungen automatisch möglich. Hierbei kann die ggf. erforderliche Betätigung der Kupplung zur Abkoppelung der Verbrennungskraftmaschine bei eingelegtem Gang im Schaltgetriebe automatisch durch die Kupplungsaktorik erfolgen.
  • Bevorzugt wird bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus zumindest eine elektrische Maschine an das Schaltgetriebe gekoppelt. Vorzugsweise wird die elektrische Maschine wahlweise mit zumindest einer ersten oder einer zweiten Getriebewelle des Schaltgetriebes verbunden bzw. von diesen jeweils abgekoppelt. Bevorzugt wird die elektrische Maschine bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus mit einer Getriebeausgangswelle des Schaltgetriebes verbunden. Dies hat den Vorteil, dass der Antrieb des Fahrzeugs im elektrischen Fahrmodus ohne die Schleppverluste der Verbrennungskraftmaschine möglich ist.
  • Alternativ kann die elektrische Maschine bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus mit einer Getriebeeingangswelle des Schaltgetriebes verbunden werden. In dieser Position ist im verbrennungsmotorischen Fahrmodus durch die elektrische Maschine ein Boosting, eine Lastpunktanhebung oder eine Rekuperation möglich. Weiterhin kann die Arretierung der Gangwahl des Schaltgetriebes im elektrischen Fahrmodus gelöst werden. Dadurch ist es möglich, die elektrische Maschine durch Schalten der Fahrgänge im Schaltgetriebe mit unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen zu betreiben.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe und einem Hybridantrieb zum Durchführen eines oben beschriebenen Verfahrens gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine signaltechnisch mit dem Antriebsstrang des Fahrzeugs verbundene Steuereinrichtung, mit der ein Wechsel zwischen einem verbrennungsmotorischen und einem elektrischen Fahrmodus in Abhängigkeit des Erfassens eines für ein elektrisches Fahren geeigneten Betriebzustands des Fahrzeugs ansteuerbar ist.
  • Hierbei weist die Steuervorrichtung vorzugsweise eine Signalverbindung zum Erfassen eines die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs anzeigenden Signals, eine Signalverbindung zum Erfassen eines Signals zum Erkennen eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, eine Signalverbindung zum Erfassen einer Betätigung der Fahrzeugbremse, eine Signalverbindung zum Erfassen einer Betätigung der Kupplung durch den Fahrer, eine Signalverbindung zum Erfassen der Neutralstellung des Schaltgetriebes, eine Signalverbindung zum Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Signalverbindung zum Erfassen der Fahrpedalstellung des Fahrzeugs, eine Signalverbindung zum Erfassen einer Betätigung eines Schalters zum Aktivieren und/oder Deaktivieren des elektrischen Fahrmodus und zumindest eine Signalverbindung zum Erfassen eines einem elektrischen Fahrmodus entgegenstehenden sonstigen Betriebszustand des Fahrzeugs auf.
  • Bevorzugt ist die Steuereinrichtung in eine Motorsteuereinrichtung des Fahrzeugs funktional integriert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
  • 1 schematisches Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 schematisches Ablaufdiagramm zur Ergänzung des Verfahrens aus 1,
  • 3 schematisches Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Das in 1 dargestellte erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs bezieht sich auf ein Hybridfahrzeug mit einem Handschaltgetriebe, bei dem der Gangwechsel vom Fahrer durchgeführt und die Kupplung vom Fahrer betätigt wird. In Abhängigkeit vom signaltechnisch erfassten Betriebszustand wird das Fahrzeug durch einen Hybridantrieb im Wechsel zwischen einem verbrennungsmotorischen und einem elektrischen Fahrmodus betrieben.
  • Zur Durchführung eines Anfahrvorgangs wird der elektrische Fahrmodus beim Erfassen aller folgenden Signale aktiviert: Erkennen eines die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs anzeigenden Signals, beispielsweise durch Einstecken des Zündschlüssels in das Zündschloss: „Key-On” und Anschalten der Zündung: „Zündung an”, „Gang in Neutral”, „Fußbremse betätigt”, „Fahrzeuggeschwindigkeit V = 0 Km/h” und „Fahrzeugparameter sind in Ordnung”, d. h. es liegt kein dem elektrischen Fahrmodus entgegenstehender Betriebszustand des Fahrzeugs vor. Bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus erfolgt zur Betätigungsverhinderung eine Gang-Arretierung des Schaltgetriebes.
  • Alternativ wird der elektrische Fahrmodus automatisch zum Anfahren aktiviert, wenn die Verbrennungskraftmaschine während eines Motor-Start-Stopp-Betriebs in einer Stopp-Phase ausgeschaltet ist und die Voraussetzungen des Motor-Start-Stopp-Betriebs weiterhin vorliegen.
  • Sind dagegen die vorgenannten Voraussetzungen nicht erfüllt, erfolgt ein Hinweis an den Fahrer, dass der elektrische Fahrmodus nicht aktiv ist. In diesem Fall kann der Fahrer das Fahrzeug im verbrennungsmotorischen Fahrmodus konventionell starten. Einer Aktivierung des elektrischen Fahrmodus stehen insbesondere kritische Fahrzeugparameter entgegen wie z. B. kritischer Batterieladezustand SOC (State Of Charge), eine kritische Temperatur von Kühlwasser, Motoröl, oder Klima, etc..
  • Eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus kann auch auf Fahrerwunsch, beispielsweise durch Betätigen eines Schalters, erfolgen.
  • Bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus wird vorzugsweise die Getriebeausgangswelle des Schaltgetriebes mit einer elektrischen Maschine des Hybridantriebs des Fahrzeugs verbunden. Wegen der Gang-Arretierung des Schaltgetriebes ist es im elektrischen Fahrmodus für den Fahrer nicht möglich, einen Gang per Wahlhebel im Schaltgetriebe einzulegen.
  • Entspricht die Fahrpedalstellung einer Drehmomentanforderung Mde-Drive die kleiner als oder gleich ein/em vorbestimmtes/n maximales/n Drehmoment MdEM der elektrischen Maschine ist, und wird keine Betätigung der Kupplung erkannt, fährt das Fahrzeug im elektrischen Fahrmodus. Dabei kann das maximal mögliche Drehmoment MdEM zur Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit im elektrischen Fahrmodus variabel an die Betriebsstrategie angepasst werden. Liegen dagegen die oben genannten Voraussetzungen nicht vor, wird der elektrische Fahrmodus deaktiviert.
  • Wird im elektrischen Fahrmodus gefahren, erfolgt eine Überprüfung, ob die Bedingungen für einen elektrischen Betrieb vorliegen. Ist dies der Fall, wird der elektrische Fahrmodus beibehalten. Eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus erfolgt bei einem Erfassen einer Betätigung der Kupplung durch den Fahrer oder wenn der Fahrer den elektrischen Fahrmodus durch einen Schalter ausschaltet. Hierzu kann der gleiche Schalter benutzt werden, durch den eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus erfolgt. Ferner wird der elektrische Fahrmodus verlassen, wenn vorbestimmte Regelgrößen oder Parameter erfasst werden, die einer Beibehaltung des elektrischen Fahrmodus entgegenstehen. Beispielsweise wird der elektrische Fahrmodus deaktiviert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V die maximal mögliche bzw. die optimale Grenzgeschwindigkeit Ve-Drive-Limit im elektrischen Fahrmodus übersteigt. Hierbei kann die Grenzgeschwindigkeit Ve-Drive-Limit abhängig von der Betriebsstrategie variabel eingestellt werden. Außerdem erfolgt eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus, wenn insbesondere kritische Fahrzeugparameter angezeigt sind, wie beispielsweise ein kritischer Batterieladezustand SOC.
  • Bei Beendigung des elektrischen Fahrmodus durch den Fahrer, insbesondere wenn dieser den elektrischen Fahrmodus ausgeschaltet hat, kann vorgesehen sein, dass der elektrische Fahrmodus erst beim nächsten Einstecken des Zündschlüssels ins Zündschloss „Key-On” (vgl. o.) und bei Vorliegen der weiteren dort genannten Voraussetzungen oder beim nächsten Fahrzeugstopp bei „Fahrzeuggeschwindigkeit V = 0” aktiviert wird.
  • Bei Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus wird die Arretierung des Schaltgetriebes geöffnet und die Verbrennungskraftmaschine des Fahrzeugs springt bei Betätigung der Kupplung durch den Fahrer an. Dabei erfolgt ein Fahrerhinweis zum Einlegen eines an die Fahrzeuggeschwindigkeit V angepassten Ganges im Schaltgetriebe wie z. B. „Kupplung betätigen, dann Gang Nr. X einlegen”. Durch die Fahrgeschwindigkeit und die Detektion des Ganges kann die Verbrennungskraftmaschine auf die relevante Drehzahl gebracht werden. Durch das Entspannen des Kupplungspedals wird die Kupplung geschlossen. Der Fahrer fährt nun im verbrennungsmotorischen Fahrmodus wie in einem herkömmlichen PKW mit Handschaltgetriebe und Verbrennungsmotor.
  • Kommt das Fahrzeug zum Stillstand und ist ein automatischer Motor-Stopp-Modus aktiviert, kann der Fahrer durch Betätigung des Bremspedals das Fahrzeug in den elektrischen Fahrmodus (wie bei „Key-On” vgl. o.) überführen. Alternativ wird der elektrische Fahrmodus in der Motor-Stopp-Phase automatisch aktiviert.
  • Durch den Einsatz einer Steuereinrichtung, die beispielsweise in ein Motorsteuergerät (ECU) des Fahrzeugs integriert sein kann, können die benötigten Signale verarbeitet werden, die von einem anderen Steuergerät über ein Bussystem (z. B. über CAN) oder direkt durch Sensoren oder durch weitere, sogenannte Controlunits übermittelt werden. Für die direkte Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus können beispielsweise das Kupplungspedalsignal, der Batterieladezustand (SOC) oder das Signal „Fahrzeugbremse (Fußbremse) ist nicht aktiv” oder mögliche Fehlermeldungen ausschlaggebend sein.
  • Das Ablaufdiagramm in 2 zeigt ergänzend zur 1 den Ablauf eines Wechsels vom verbrennungsmotorischen in den elektrischen Fahrmodus. Hierzu geht der Ablauf in 2 von dem in 1 nach einer Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus eingeleiteten verbrennungsmotorischen Fahrmodus aus. Um einen Wechsel in den elektrischen Fahrmodus durchzuführen, erfolgt in einem ersten Schritt eine Prüfung, ob ein Wechsel in den elektrischen Fahrmodus möglich ist. Zur Durchführung eines Wechsels müssen die folgenden Signale alle vorliegen: „Key-On”, „Kupplung nicht betätigt”, ”Fahrzeugparameter sind in Ordnung”, „Verbrennungskraftmaschine eingeschaltet”, „Fahrpedalstellung entsprechend einer Drehmomentanforderung Mde-Drive die kleiner als das oder gleich dem vorbestimmte/n maximale/n Drehmoment MdEM der elektrischen Maschine ist”, „Fahrzeuggeschwindigkeit V übersteigt nicht die Grenzgeschwindigkeit Ve-Drive-Limit”. Liegen diese Voraussetzungen nicht vor, wird der verbrennungsmotorische Fahrmodus beibehalten. Liegen dagegen die o. g. Voraussetzungen vor, erfolgt eine Fahreranzeige zum Schalten in die Neutralstellung des Schaltgetriebes. In einem nächsten Schritt wird überprüft, ob sich das Schaltgetriebe in der Neutralstellung befindet. Ist dies der Fall, wird die Arretierung des Schaltgetriebes gelöst und der elektrische Fahrmodus aktiviert. Dabei kann die Verbrennungskraftmaschine ausgeschaltet werden oder in Betrieb bleiben. Es wird weiterverfahren wie nach einer Aktivierung des elektrischen Fahrmodus gemäß dem Ablauf in 1, (siehe Markierung (*)).
  • In 3 ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Erweiterung des beschriebenen Konzepts aus dem Verfahren gemäß 1 und 2 dargestellt. Das Verfahren gemäß 3 basiert auf dem Einsatz einer teilautomatisierten Kupplung. Hierbei ist eine autarke von der Betätigung des Kupplungspedals unabhängige Ansteuerung der Kupplung möglich. Die Kupplung wird bei Betätigung des Kupplungspedals durch die Kupplungsaktorik geöffnet, so dass der Fahrer ein Kupplungsverhalten wie in einem konventionellen Handschaltgetriebe vorfindet.
  • Ein möglicher weiterer Schritt wäre eine zusätzliche Integration oder Nutzung verfügbarer Steuergerätedaten zur gezielten Ansteuerung der Kupplung ohne eine Betätigung des Kupplungspedals. Unter einer Ansteuerung der Kupplung ist hierbei das gezielte Öffnen oder Schließen der Kupplung und das Halten der Kupplung in einem solchen Zustand zu verstehen. Hierzu werden ein Kupplungspedalsignal und ein Kupplungsaktor, beispielsweise hydraulisch betätigt, zur Aktuierung der Kupplung in den Controllerumfang datentechnisch integriert.
  • Das in 3 gezeigte Ablaufdiagramm wird im Folgenden anhand der Unterschiede zum Ablauf gemäß 1 erläutert. Durch die autarke Ansteuerung der Kupplung im Verfahren gemäß 3 können weitere Betriebszustände erreicht werden, so dass immer im elektrischen Fahrmodus angefahren werden kann (Schritt A). Im elektrischen Fahrmodus kann jeder relevante Fahrzustand durch die Drehmomentanforderung Mde-Drive, entsprechend der Fahrpedalstellung unter Beachtung des maximal möglichen Drehmoments MdEM der elektrischen Maschine und der Grenzgeschwindigkeit Ve-Drive-Limit erreicht werden. Bei einer Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus wird die Kupplung automatisch betätigt (Schritt B) und die Verbrennungskraftmaschine gestartet. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass ein Wechsel aus dem verbrennungsmotorischen in den elektrischen Fahrmodus automatisch erfolgt (Schritt C), wenn die o. g. Bedingungen vorliegen (vgl. o. Schritt A, „Key-On). Die hierzu ggf. erforderliche Betätigung der Kupplung zur Abkoppelung der Verbrennungskraftmaschine bei eingelegtem Gang im Schaltgetriebe, die Arretierung der Gangwahl des Schaltgetriebes und die Aktivierung des elektrischen Fahrmodus erfolgen automatisch (Schritt D). Weiterhin kann ein sogenannter Segelbetrieb (Verbrennungskraftmaschine aus und Kupplung geöffnet) gezielt eingeleitet und beendet werden.
  • Zur Realisierung der Verfahren gemäß 1 bis 3 ist zumindest eine elektrische Maschine an ein beispielsweise konventionelles Handschaltgetriebe angebunden. Dieses kann als 2-Wellen-Getriebe oder als ein sonstiges Mehrwellengetriebe ausgeführt sein. Zur Anbindung der elektrischen Maschine ist vorzugsweise eine Anbindungsaktorik vorgesehen, durch die die elektrische Maschine mit zwei Getriebewellen des Schaltgetriebes selektiv gekoppelt bzw. abgekoppelt werden kann. Hierzu ist eine Schalteinheit vorgesehen, durch die mittels einer Anbindungsaktorik, beispielsweise einer Schaltwippe, die entsprechenden Schaltzustände erreicht werden. Im Zusammenspiel zwischen Anbindungsaktorik und der oben beschriebenen autarken Kupplungsaktorik des Schaltgetriebes kann je nach Betriebsstrategie eine erste Getriebewelle oder eine zweite Getriebewelle des Schaltgetriebes flexibel angebunden werden. Im Fahrbetrieb kann durch Ansteuerung über eine Steuereinrichtung über die Anbindung der elektrischen Maschine an die erste oder zweite Getriebewelle des Schaltgetriebes die optimale Fahrstrategie erzeugt werden. Dabei wird die Anbindung durch die Aktivierung der Anbindungsaktorik realisiert. Die Schaltlogik mit der Anbindung von erster oder zweiter Getriebewelle oder Anbindung keiner der Getriebewellen an die elektrische Maschine hängt von der Betriebsstrategie ab. Im Fahrzeugstillstand bzw. im unaktuierten Zustand können weitere Verschaltungen möglich sein. Bevorzugt erfolgt die Anbindung zwischen elektrischer Maschine und Schaltgetriebe an der Getriebeeingangs- oder an der Getriebeausgangswelle.
  • In einem ersten Zustand ist die elektrische Maschine über die Anbindungsaktorik an die Getriebeausgangswelle angebunden. Hierbei wird bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus durch die elektrische Maschine ein rein elektrisches Fahren ermöglicht, während sich der Gangwahlhebel des Schaltgetriebes in Neutralstellung befindet. Der Fahrer kann über das Fahrpedal entsprechend der Fahrpedalstellung eine Drehmomentanforderung Mde-Drive vorgeben, so dass in Abhängigkeit von verfügbarer und installierter elektrischer Leistung beispielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 40 km/h gefahren werden kann. Der Antrieb des Fahrzeugs durch die elektrische Maschine über die Getriebeausgangswelle hat den Vorteil, dass der Antrieb ohne Schleppverluste durch die Verbrennungskraftmaschine möglich ist. Außerdem ist beim Schalten der Gänge des Schaltgetriebes durch den Fahrer bei geöffneter Kupplung des Schaltgetriebes durch die Anbindung der elektrischen Maschine an die Getriebeausgangswelle eine Momentenunterstützung zum zugkraftunterbrechungsfreien Schalten des Schaltgetriebes möglich, wodurch sowohl die Fahrdynamik als auch der Fahrkomfort erhöht wird.
  • In einem zweiten Zustand wird bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus die elektrische Maschine durch die Anbindungsaktorik mit der Getriebeeingangswelle verbunden. Dadurch ist eine Übersetzung an der Getriebeeingangswelle im Schaltgetriebe möglich. Durch den jeweils eingelegten Gang im Schaltgetriebe kann das Drehmoment auf die Getriebeausgangswelle übertragen werden. Durch die Wahl unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle der elektrischen Maschine und der Getriebeeingangswelle können hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten, beispielsweise bis ca. 140 km/h, erreicht werden. Durch die Wahl unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen Antriebswelle der elektrischen Maschine und der Getriebeausgangswelle sind niedrige Geschwindigkeiten bis ca. 40 km/h möglich. Weiterhin ist bei angebundener Getriebeeingangswelle eine hybride Betriebsweise möglich. Durch Ansteuerung über das Getriebesteuergerät kann durch die elektrische Maschine geboostet, rekuperiert oder der Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine angehoben werden.
  • In einem neutralen Zustand wird bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus die elektrische Maschine von Getriebeeingangs- und Getriebeausgangswelle durch die Anbindungsaktorik abgekoppelt. Dieser Zustand kann als Schutzfunktion bei sehr hohen Wellendrehzahlen oder im Stillstand des Fahrzeugs zum Betreiben der Nebenaggregate genutzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • Key-On
      Signal
      Mde-Drive
      Drehmomentanforderung
      MdEM
      Drehmoment
      V
      Fahrzeuggeschwindigkeit
      Ve-Drive-Limit
      Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit
      SOC
      Ladezustand
      A
      Verfahrensschritt
      B
      Verfahrensschritt
      C
      Verfahrensschritt
      D
      Verfahrensschritt

Claims (9)

  1. Verfahren zum Ansteuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einem Schaltgetriebe, wobei ein Gangwechsel im Schaltgetriebe vom Fahrer durchgeführt wird, wobei das Fahrzeug durch einen Hybridantrieb in verbrennungsmotorischem und/oder elektrischem Fahrmodus betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung des elektrischen Fahrmodus abhängig vom Vorliegen eines für ein elektrisches Fahren geeigneten Betriebszustands des Fahrzeugs erfolgt, sofern eine Kupplung nicht betätigt ist, und bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus die Gangwahl des Schaltgetriebes arretiert wird, und eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus bei Betätigung der Kupplung erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrmodus abhängig vom Vorliegen zumindest eines durch eine fahrerseitige Betätigung erzeugten Signals aktiviert wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Fahrmodus zum Anfahren des Fahrzeugs aktiviert wird bei Vorliegen aller folgenden Voraussetzungen: – eines die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs anzeigenden Signals, nämlich „Zündschlüssel ein” und „Zündung an”, – der Neutralstellung des Schaltgetriebes, – einer Betätigung des Bremspedals, – einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) gleich Null, – keines dem elektrischen Fahrmodus entgegenstehenden Betriebszustands des Fahrzeugs.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiviertem elektrischen Fahrmodus und bei Vorliegen aller folgenden Voraussetzungen – einer Betätigung des Fahrpedals des Fahrzeugs, – einer Fahrpedalstellung entsprechend einer Drehmomentanforderung (Mde-Drive) kleiner oder gleich einem vorbestimmten maximal zulässigen Drehmoment (MdEM) einer elektrischen Maschine des Hybridantriebs im Antriebsstrang des Fahrzeugs, eine Ansteuerung der elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Drehmoments entsprechend der Fahrpedalstellung erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Deaktivierung des elektrischen Fahrmodus ferner erfolgt bei Vorliegen zumindest einer der folgenden Voraussetzungen: – einer Betätigung eines Schalters durch den Fahrer, – einer Fahrpedalstellung entsprechend einer Drehmomentanforderung (Mde-Drive), die größer ist als ein vorbestimmtes maximal zulässiges Drehmoment (MdEM) der elektrischen Maschine, – einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V), die größer ist als eine vorbestimmte Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit (Ve-Drive-Limit), – eines dem elektrischen Fahrmodus entgegenstehenden Betriebszustands des Fahrzeugs.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wechsel vom verbrennungsmotorischen in den elektrischen Fahrmodus erfolgt bei Vorliegen aller folgenden Voraussetzungen: – eines die Fahrbereitschaft des Fahrzeugs anzeigenden Signals, nämlich „Zündschlüssel ein” und „Zündung an”, – eines Signals „Verbrennungskraftmaschine in Betrieb”, – einer Fahrzeuggeschwindigkeit (V) kleiner oder gleich einer vorbestimmten Fahrzeuggrenzgeschwindigkeit (Ve-Drive-Limit), – einer Fahrpedalstellung entsprechend einer Drehmomentanforderung (Mde-Drive) kleiner oder gleich einem vorbestimmten maximal zulässigen Drehmoment (MdEM) der elektrischen Maschine, – keines einem elektrischen Fahrmodus entgegenstehenden sonstigen Betriebszustands des Fahrzeugs.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Betätigung der Kupplung durch den Fahrer und/oder durch einen Kupplungsaktor automatisch erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Aktivierung des elektrischen Fahrmodus zumindest eine elektrische Maschine des Hybridantriebs des Fahrzeugs zur Übertragung einer Antriebsleistung mit zumindest einer ersten oder einer zweiten Getriebewelle des Schaltgetriebes gekoppelt wird.
  9. Vorrichtung zum Ansteuern eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs mit einem Handschaltgetriebe und einer Kupplung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Antriebsstrang ein Hybridantrieb und eine signaltechnisch mit dem Antriebsstrang verbundene Steuereinrichtung vorgesehen sind, mit denen ein Wechsel zwischen einem verbrennungsmotorischen und einem elektrischen Fahrmodus in Abhängigkeit des Erfassens eines für ein elektrisches Fahren geeigneten Betriebzustands des Fahrzeugs ansteuerbar ist und dass die Kupplung derart angeordnet und mit der Steuereinrichtung verbunden ist, dass der elektrische Fahrmodus nur aktiviert wird, wenn die Kupplung nicht betätigt ist, und deaktiviert wird, wenn die Kupplung betätigt wird.
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