DE102013009649A1

DE102013009649A1 - Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102013009649A1
Application number: DE201310009649
Authority: DE
Inventors: Michael Zillmer; David Prochazka; Markus Fugel; Bernd Stiebels
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2013-06-08
Filing date: 2013-06-08
Publication date: 2014-12-24
Also published as: WO2014195089A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Hybridantriebsanordnung (1) eines Kraftfahrzeuges, mit einem Verbrennungsmotor (2), mit mindestens einer elektrischen Maschine (3), mit einem elektrischen Energiespeicher (4) und mit einer Trennkupplung (K0), wobei der Verbrennungsmotor (2) mittels der Trennkupplung (K0) zuschaltbar und abkoppelbar ist, wobei das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine (3) in einer ersten Phase rein elektrisch angetrieben wird, und wobei der Verbrennungsmotor (2) ohne Verbrennung von Kraftstoff angeschleppt wird. Ein erhöhter elektrischer Energiebedarf beim Anschleppen ist dadurch vermieden, dass das Anschleppen des Verbrennungsmotors (2) in einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges, mit einem Verbrennungsmotor, mit mindestens einer elektrischen Maschine, mit einem elektrischen Energiespeicher und mit einer Trennkupplung, wobei der Verbrennungsmotor mittels der Trennkupplung zuschaltbar und abkoppelbar ist, wobei das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine während eines elektrischen Fahrbetriebs rein elektrisch angetrieben wird, und wobei der Verbrennungsmotor ohne Verbrennung von Kraftstoff angeschleppt wird.
Bei dem Hybridantrieb handelt es sich insbesondere um einen sogenannten „Plug-in-Hybrid”, wobei ein elektrischer Energiespeicher, insbesondere eine Batterie über ein Stromnetz extern geladen werden kann. Bei dem Hybridantrieb handelt es sich um einen sogenannten Parallelhybrid, wobei signifikante Strecken auch rein elektrisch gefahren werden können. Für die Darstellung bzw. Realisierung hoher Antriebsmomente und Leistungen kann aus dem zunächst elektrischen Fahrbetrieb heraus der Verbrennungsmotor zugeschaltet werden, um durch den kombinierten Betrieb das maximale Drehmoment beziehungsweise die maximale Leistung zu steigern. Hierzu muss der Verbrennungsmotor gestartet werden. Der Verbrennungsmotor wird beispielsweise auch gestartet, wenn der Restenergiegehalt der Batterie nur gering ist.
Im Stand der Technik ist nun bereits vorgeschlagen worden, den Verbrennungsmotor zunächst ohne Verbrennung von Kraftstoff anzuschleppen und damit zu beschleunigen und erst danach die Verbrennung des Kraftstoffs zu beginnen, wenn ein spezifisches Startkriterium erfüllt ist. Dadurch, dass der Verbrennungsmotor ohne Verbrennung von Kraftstoff zunächst angeschleppt wird, ist der Verschleiß des Verbrennungsmotors vermindert. Durch das Anschleppen werden entsprechende Reibstellen beölt und so die Schmiereigenschaften für den nachfolgenden Betrieb verbessert.
Aus der DE 198 14 402 A1 ist eine Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges und ein zugehöriges Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der Hybridantriebsanordnung bekannt. Die Hybridantriebsanordnung weist einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine auf. Der Fahrer des Kraftfahrzeuges gibt bei abgestellten Verbrennungsmotor durch Betätigen des Fahrpedals ein Anfahrsignal. Das Kraftfahrzeug fährt darauf praktisch verzögerungsfrei an und beschleunigt stetig. Der erste Teil des Anfahrvorganges erfolgt durch den Antrieb der elektrischen Maschine bis der Verbrennungsmotor den weiteren Antrieb übernimmt. Die elektrische Maschine hat in der ersten Phase des Anfahrvorganges eine Doppelfunktion. Die elektrische Maschine dient einerseits der Fahrzeugsbeschleunigung und andererseits dreht die elektrische Maschine gleichzeitig den drehfest mit ihr verbundenen Verbrennungsmotor mit hoch, wobei dieser im Verlauf der Anfahrbeschleunigung gestartet werden kann. Im ersten Teil dieser Phase wird der Verbrennungsmotor im dekomprimierten Zustand hochgedreht, wobei die Dekompression beispielsweise durch ein Offenhalten eines Auslassventils erfolgen kann. Bei Erreichen eines spezifischen Startkriteriums, nämlich einer ausreichenden Drehzahl, wird die Dekompression beendet, wonach die Einspritzung des Kraftstoffes und die Aktivierung der Zündung erfolgt. Dann startet der Verbrennungsmotor und übernimmt die weitere Fahrzeugbeschleunigung.
Aus der DE 10 2007 040 727 A ist eine Hybridantriebsanordnung und ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln der Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Es ist ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors mit einer gekoppelten elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug beschrieben, wobei ein bestimmtes Wunschdrehmoment an eine Antriebsteuerung des Verbrennungsmotors übermittelt wird. Hiernach wird der Verbrennungsmotor von der elektrischen Maschine für den Start angeschleppt und damit vorbeschleunigt. Um Abgasemissionen beim Starten des Verbrennungsmotors zu reduzieren, wird der Verbrennungsmotor ohne Einspritzung von Kraftstoff so lange von der elektrischen Maschine angeschleppt, bis das vom Verbrennungsmotor umsetzbare Motordrehmoment im wesentlichen dem Wunschdrehmoment entspricht. Danach wird erst die Einspritzung von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor freigegeben. Es wird dabei die Temperatur des Verbrennungsmotors, insbesondere die Kühlmitteltemperatur gemessen. Auch die Temperatur des Verbrennungsmotors beeinflusst das Drehmoment des Verbrennungsmotors, so dass die Temperatur des Verbrennungsmotors in das entsprechende Startkriterium eingerechnet wird.
Aus der gattungsbildenden DE 10 2010 038 086 A1 ist ein Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges bekannt. Die Hybridantriebsanordnung weist einen Verbrennungsmotor und eine mit dem Verbrennungsmotor wirkverbundene, elektrische Maschine auf. Die elektrische Maschine schleppt in einem rein elektrischen Fahrbetrieb den abgeschalteten Verbrennungsmotor mit, wodurch dieser vorbeschleunigt wird. Die elektrische Maschine treibt über ein Getriebe alleine das Kraftfahrzeug an. Der Verbrennungsmotor kann mittels einer Trennkupplung vom restlichen Antriebssystem abgetrennt werden. Dies ermöglicht im Rekuperationsbetrieb ein Abkoppeln des Verbrennungsmotors von der elektrischen Maschine, wobei der Verbrennungsmotor nicht mitgeschleppt werden muss. Hierdurch erzeugt der Verbrennungsmotor kein Schleppmoment. Dies soll den Wirkungsgrad der Hybridantriebsanordnung erhöhen.
Bei einer Plug-in-Hybridantriebsanordnung ist davon auszugehen, dass viele Fahrten rein elektrisch, das heißt ohne Mitwirken des Verbrennungsmotors erfolgen werden. Der Start des Verbrennungsmotors ist insbesondere dann nicht vorhersehbar, wenn er durch eine Interaktion des Fahrers erfolgt, beispielsweise durch eine hohe Fahrpedal-/Radmoment-/Radleistungsanforderung oder durch eine manuelle Umschaltung vom elektrischen Betrieb in den Verbrennungsmotorbetrieb oder dergleichen.
Das gattungsbildende Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges ist daher noch nicht optimal ausgebildet. Während des elektrischen Fahrbetriebs führt das Anschleppen des Verbrennungsmotors zu einem erhöhten elektrischen Antriebsleistungsbedarf und damit zu einer Erhöhung des elektrischen Energiebedarfes. Der elektrische Energiespeicher kann somit durch das Anschleppen zusätzlich belastet werden. Ferner ist es denkbar, dass es durch das Anschleppen zu Drehunförmigkeiten kommt, was den Fahrkomfort beeinträchtigen könnte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart auszugestallten und weiterzubilden, dass ein erhöhter elektrischer Energiebedarf beim Anschleppen, insbesondere zur Vorkonditionierung des Verbrennungsmotors vermieden ist.
Diese zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun dadurch gelöst, dass das Anschleppen des Verbrennungsmotors in einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass hierfür keine oder nur sehr wenig zusätzliche elektrische Energie aus dem Energiespeicher, zum Beispiel der entsprechenden Batterie eingesetzt werden muss. Hierdurch wird zwar vorzugsweise auch das Rekuperationspotential um das Schleppmoment des Verbrennungsmotors verringert, dieses ist wirkungsgradmäßig jedoch günstiger als die aktive Entnahme von Energie aus der Batterie. In einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges, insbesondere bei einer Bremsphase wird das Anschleppen des Verbrennungsmotors auch komfortabler empfunden als die Ankopplung des Verbrennungsmotors in Beschleunigungsphasen des Kraftfahrzeuges, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten beziehungsweise geringen Antriebsleistungen, da hierdurch Drehungleichförmigkeiten vermindert sind. Der Fahrkomfort ist daher entsprechend erhöht. Der elektrische Maschine ist insbesondere ein Getriebe, vorzugsweise ein Automatikgetriebe nachgeordnet. Wenn nun das Kraftfahrzeug verzögert, das heißt gebremst wird, wird zu einem bestimmten Zeitpunkt der Verbrennungsmotor durch Schließen der Trennkupplung zugeschaltet bzw. angekoppelt. Der Verbrennungsmotor wird nachfolgend angeschleppt. Um die Verzögerungswirkung am Rad im wesentlichen konstant zu halten, wird das Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine vorzugsweise entsprechend reduziert. In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird während der Verzögerungsphase kurzzeitig das Drehmoment der elektrischen Maschine erhöht, um den Verbrennungsmotor zu beschleunigen. Der Verbrennungsmotor wird insbesondere durch Schließen der Trennkupplung vorbeschleunigt. Eine geringe Belastung der Trennkupplung durch Wärmeeintrag und damit auch nur ein geringer Verschleiß ist insbesondere dadurch erreicht, dass der Schlupf der Trennkupplung beim Anschleppen (bzw. Mitschleppen) minimiert wird. Es ist denkbar, in alternativer Ausgestaltung den Schlupf an der Trennkupplung beim Mitschleppen einzustellen und dabei die Drehzahl des Verbrennungsmotors im wesentlichen konstant zu halten. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors kann um beispielsweise +/–150 Umdrehungen, insbesondere +/–50 Umdrehungen, insbesondere +/–20 Umdrehungen pro Minute um eine Zieldrehzahl schwanken. Dies hat den Vorteil, dass die Motordrehzahl beim Anschleppen (bzw. Mitschleppen) im wesentlichen konstant ist. Der Kupplungsschlupf sollte 2.000, insbesondere 1.500, vorzugsweise 1.000, in besonders bevorzugter Ausgestaltung 500 Umdrehungen pro Minute nicht überschreiten. Zu einem weiteren Zeitpunkt wird die Trennkupplung nun geöffnet und der Verbrennungsmotor wieder abgekoppelt. Das Rekuperationsmoment wird wieder entsprechend erhöht. Die Abkopplung erfolgt insbesondere dann, wenn der Verbrennungsmotor eine minimale Drehzahlschwelle unterschreitet. Diese Drehzahlschwelle kann beispielsweise in Abhängigkeit der Resonanzdrehzahl eines Zweimassenschwungrades oder eines Torsionsdämpfers gewählt werden, um Drehungleichförmigkeiten beim Anschleppen zu vermeiden. Der Betrieb mit sehr niedrigen Motordrehzahlen kann mit stärkeren Drehungleichförmigkeiten behaftet sein, was den Fahrkomfort benachteiligen könnte. Daher ist es vorteilhaft, wenn der Motor oberhalb der Resonanzdrehzahl des Zweimassenschwungrades oder der Resonanzdrehzahl eines Torsionsdämpfers mitgeschleppt wird. Das Anschleppen kann insbesondere auch dann beendet werden, wenn eine Motorschleppzeit von mehr als 5 Sekunden oder mehr als 10 Sekunden, oder mehr als 30 Sekunden erreicht wurde. Gegebenenfalls kann das Anschleppen auch nach Erreichen der Überschreitung einer Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors abgebrochen werden. Desweiteren kann das Anschleppen beendet werden, wenn der Öldruck zum Beispiel im Kurbelgehäuse oder in einem Zylinderkopf einen Druckschwellwert von 0,3, insbesondere 0,6 oder vorzugsweise 1,2 bar überschreitet. Der Druckschwellwert sollte für mindestens 5 Sekunden, insbesondere für mindestens 10 Sekunden, vorzugsweise für 20 Sekunden überschritten sein. Weitere Abbruchkriterien des Anschleppens kann das Erreichen einer kumulierten Reibarbeit des geschleppten Verbrennungsmotors eines geförderten Ölvolumens oder einer vordefinierten Öltemperaturerhöhung sein. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile sind erzielt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
1 in einer schematischen Darstellung eine Hybridantriebsanordnung eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor, mit einer Trennkupplung und mit einer elektrischen Maschine,
2 in einem Diagramm den zeitabhängigen Drehzahlverlauf und den zeitabhängigen Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors während einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges ohne Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 in einem schematischen Diagramm den zeitabhängigen Drehzahlverlauf und den zeitabhängigen Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors während einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges, wobei das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird und die Trennkupplung geschlossen wird, und
4 in einem schematischen Diagramm den zeitabhängigen Drehzahlverlauf und den zeitabhängigen Drehmomentverlauf der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors während einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeugs, wobei das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird und die Trennkupplung schlupfend betrieben wird.
Bevor das Verfahren anhand der 2 und 3 sowie 4 näher erläutert wird, darf zunächst auf die Hybridantriebsanordnung 1 anhand der 1 näher eingegangen werden.
Die Hybridantriebsanordnung 1 eines hier nicht im einzelnen dargestellten Kraftfahrzeuges weist einen Verbrennungsmotor 2, in diesem Ausführungsbeispiel nur eine elektrische Maschine 3 und eine Trennkupplung K0 auf. Der Verbrennungsmotor 2 kann als Benzinmotor oder als Dieselmotor ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine 3 und der Verbrennungsmotor 2 sind über die Trennkupplung K0 koppelbar. Durch Öffnen der Trennkupplung K0 kann der Verbrennungsmotor 2 abgekoppelt werden. Die Trennkupplung K0 ist funktional wirksam zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Verbrennungsmotor 2 angeordnet.
Die elektrische Maschine 3 ist als Motor und als Generator einsetzbar. Die elektrische Maschine 3 ist über eine entsprechende Leitung (nicht näher bezeichnet) mit einem Energiespeicher 4, insbesondere mit einer Batterie 5 verbunden. Die Batterie 5 ist insbesondere als HV-Batterie beziehungsweise Hochvolt-Batterie ausgebildet.
Ferner weist die Hybridantriebsanordnung 1 ein Anfahrelement, nämlich eine Kupplung 6 oder einen entsprechenden Wandler auf. Die Kupplung 6 ist insbesondere als Doppelkupplung ausgebildet. Der Kupplung 6 ist ein Getriebe 7 nachgeschaltet. Das Getriebe 7 ist insbesondere als Doppelkupplungsgetriebe ausgebildet.
Zur Steuerung des Verbrennungsmotors 2 ist ein Motorsteuergerät 8 vorgesehen. Zur Steuerung der elektrischen Maschine 3 ist ein E-Maschinen-Steuerungsgerät 9 mit entsprechender Leistungselektronik vorgesehen. Zur Steuerung oder Regelung des Getriebes 7 ist ein Getriebesteuergerät 10 vorgesehen. Zur Steuerung und/oder Regelung der Batterie 5 ist ein Batteriemanagementsystem 11 vorgesehen.
Das Motorsteuergerät 8 ist über entsprechende Leitungen (nicht näher bezeichnet), insbesondere über einen Bus 13, sowohl mit dem Verbrennungsmotor 2 als auch mit dem E-Maschinen-Steuerungsgerät 9 und mit dem Getriebesteuergerät 10 verbunden. Das Getriebesteuergerät 10 ist über die Leitung beziehungsweise den Bus 13 mit dem Getriebe 7 verbunden.
Die Batterie 5 ist mit einem Ladegerät 12 verbunden. Das Ladegerät 12, das Batteriemanagement 11, das Getriebesteuergerät 10, das E-Maschinen-Steuerungsgerät 9 sowie das Motorsteuergerät 8 sind über einen gemeinsamen Bus 13 miteinander verbunden.
Die Hybridantriebsanordnung 1 ist insbesondere als sogenannter „Plug-in-Hybrid” ausgebildet. Hierbei kann die Batterie 5 über ein nicht dargestelltes Stromnetz geladen werden. Dabei stehen zum Betrieb des Kraftfahrzeuges zwei Energiequellen zur Verfügung, nämlich einmal in Form des elektrischen Energiespeichers 4 und zum anderen in Form des Kraftstoffs (nicht dargestellt), der dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt werden kann.
Es ist ein rein elektrischer Fahrbetrieb möglich, wobei der Verbrennungsmotor 2 an- oder abgekoppelt werden kann durch Schließen oder Öffnen der Trennkupplung K0.
Der Verbrennungsmotor 2 kann nun ohne Verbrennung von Kraftstoff angeschleppt werden. Nach Erreichen eines entsprechenden Startkriteriums kann der Verbrennungsmotor gestartet werden, wobei dann Kraftstoff verbrannt wird.
Dadurch, dass neben dem Verbrennungsmotor 2 ein leistungsstarker elektrischer Antrieb in Form der elektrischen Maschine 3 zur Verfügung steht und eine entsprechend angepasste Batterie 5, ist es möglich, dass signifikante Strecken auch rein elektrisch gefahren werden können. Für die Darstellung von hohen Antriebsmomenten und Antriebsleistungen kann aus dem elektrischen Fahrbetrieb heraus der Verbrennungsmotor 2 zugeschaltet werden, um durch den kombinierten Betrieb das maximale Drehmoment beziehungsweise die maximale Leistung zu steigern. Der Verbrennungsmotor 2 wird durch Schließen der Trennkupplung K0 in dem Boost-Betrieb zugeschaltet. Ein Start des Verbrennungsmotors 2 erfolgt vorzugsweise ferner dann, wenn der Restenergiegehalt der Batterie 5 nur gering ist.
Zur Verringerung des Motorverschleißes wird nun vor dem Start des Verbrennungsmotors 2 der Verbrennungsmotor 2 angeschleppt und damit vorbeschleunigt und einige Umdrehungen durchgedreht, ohne ihn zu „befeuern”, um eine Beölung der entsprechenden Reibstellen vorzunehmen und so die Schmiereigenschaften für einen „nachbefeuerten” Betrieb zu verbessern, wodurch sich der Motorverschleiß verringern lässt. Das Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 kann insbesondere bei niedrigen Motortemperaturen und/oder niedrigen Umgebungstemperaturen erfolgen. Die Motortemperatur kann dabei gemessen werden, beispielsweise durch Messen der Temperatur des Kühlmittels, des Öls oder entsprechender Motorbauteile. Diese Temperaturen für den Einsatz des im folgenden beschriebenen Verfahrens liegen vorzugsweise bei weniger als 20°C, insbesondere bei weniger als 10°C, vorzugsweise bei weniger als 0°C und insbesondere bei weniger als –10°C.
Der Verbrennungsmotor 2 wird ohne die Verbrennung von Kraftstoff vorzugsweise auf eine Drehzahl von mindestens 400, insbesondere 600, vorzugsweise 800, weiter vorzugsweise 1000, weiter vorzugsweise 1200, weiter vorzugsweise 1500 Umdrehungen pro Minute beschleunigt und anschließend geschleppt betrieben. Der Verbrennungsmotor 2 wird dabei ohne Verbrennung von Kraftstoff vorzugsweise oberhalb einer Resonanzdrehzahl eines gegebenenfalls angeordneten Zweimassenschwungrades oder der Resonanzdrehzahl eines entsprechenden Torsionsdämpfers betrieben (nicht dargestellt).
Das Anschleppen und damit das Beschleunigen des Verbrennungsmotors 2 erfolgt insbesondere über eine geschlossene oder bevorzugt schlupfend betriebene Trennkupplung K0. Alternativ ist es denkbar, den Verbrennungsmotor 2 über eine separate, weitere elektrische Maschine (nicht dargestellt) anzuschleppen und so durchzudrehen. Mit der Bezeichnung „Anschleppen” ist daher die Übertragung eines Drehmomentes auf den Verbrennungsmotor 2 gemeint, insbesondere bis der Verbrennungsmotor 2 zündet. Das entsprechende Drehmoment kann daher von der elektrischen Maschine 3, die auch das Kraftfahrzeug antreibt, bereitgestellt werden, oder von einer weiteren, zusätzlichen separaten, hier nicht dargestellten elektrischen Maschine. Für den ersteren Fall, also dass das Drehmoment von der elektrischen Maschine 3 bereitgestellt wird, die auch das Kraftfahrzeug antreibt, ist auch denkbar, den Begriff „Anschleppen” durch den Begriff „Mitschleppen” zu ersetzen. Grundsätzlich gilt hier aber, dass mit dem Begriff „Anschleppen” beide oben genannten Fälle umfasst sein sollen. Weiterhin umfasst der Begriff „Anschleppen” das Hochdrehen des Verbrennungsmotors und/oder das Halten des Verbrennungsmotors auf einer Zieldrehzahl.
Das Anschleppen kann insbesondere beendet werden, wenn eine Motorschleppzeit von mehr als 30 Sekunden oder 10 Sekunden oder auch nur 5 Sekunden erreicht wurde. Dies kann auch in Kombination mit der Überschreitung einer Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors 2 erfolgen. Desweiteren kann das Anschleppen beendet werden, wenn der Öldruck, zum Beispiel in einem Kurbelgehäuse oder in einem Zylinderkopf einen Druckschwellwert von 0,3, 0,6, oder insbesondere 1,2 bar überschreitet. Dieser Druckschwellwert sollte dabei insbesondere für mindestens 5, insbesondere 10, vorzugsweise 20 Sekunden überschritten sein.
Weitere Abbruchkriterien für das Anschleppen können das Erreichen einer kumulierten Reibarbeit des geschleppten Verbrennungsmotors, eines geförderten Ölvolumens oder einer vordefinierten Öl-Temperaturerhöhung sein. Erfolgt der Antrieb des mitdrehenden Verbrennungsmotors mit einer schlupfenden Trennkupplung K0, können sich allerdings bei hohen Drehzahlen der elektrischen Maschine 3 auch hohe Kupplungsschlupfdrehzahlen ergeben. In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt ein Mitdrehen beziehungsweise Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 solange der Kupplungsschlupf 2.000, insbesondere 1.500, 1.000, vorzugsweise 500 Umdrehungen pro Minute nicht überschreitet.
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass das Anschleppen in einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird. Dies hat den Vorteil, dass hierfür insbesondere keine zusätzliche elektrische Energie aus dem Energiespeicher 4, zum Beispiel der Batterie 5 eingesetzt werden muss. Hierdurch wird zwar auch das Rekuperationspotential um das Schleppmoment des Verbrennungsmotors 2 verringert, dies ist wirkungsgradmäßig jedoch günstiger als die Entnahme von Energie aus der Batterie 5 beziehungsweise dem elektrischen Energiespeicher 4 während des Anschleppens. Ferner ist der Fahrkomfort dadurch gesteigert, dass der Schleppbetrieb nicht bei niedrigen Geschwindigkeiten erfolgt, sondern während der Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges, wodurch gegebenenfalls auftretende Drehungleichförmigkeiten nicht so sehr ins Gewicht fallen. Vorzugsweise erfolgt das Anschleppen (bzw. Mitschleppen) mit einer Drehzahl, die oberhalb der Resonanzdrehzahl des Zweimassenschwungrades liegt.
In 2, die den Stand der Technik zeigt, sind beispielhaft die Drehzahl 14 und das Drehmoment 15 der elektrischen Maschine 3 dargestellt. Es ist ferner die Drehzahl 16 und das Drehmoment 17 des Verbrennungsmotors 2 dargestellt. In der Verzögerungsphase wird mittels der elektrischen Maschine 3 Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Maschine 3 dient hierbei als Generator. Diese elektrische Energie wird in dem elektrischen Energiespeicher 4, insbesondere in die Batterie 5 gespeichert. Die elektrische Maschine 3 stellt hier für die Rekuperation beziehungsweise Erzeugung von elektrischer Energie ein negatives Drehmoment bereit, d. h. hierbei tritt ein Rekuperationsmoment auf.
Zu den Zeitpunkten t1 und t2 erfolgen Getrieberückschaltungen, bspw. vom 4. Gang in den 3. Gang und vom 3. Gang in den 2. Gang. Es erfolgen bei der Rückschaltung, d. h. zu den Zeitpunkten t1 und t2 kurzzeitige Drehmomenterhöhungen 20. Wenn kein Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 erforderlich ist, wird der Verbrennungsmotor 2 in der Verzögerungsphase durch Öffnen der Trennkupplung K0 abgekoppelt, um das Rekuperationspotential zu erhöhen. Zum Zeitpunkt t4 befindet sich das Fahrzeug im Stillstand.
In 3 und 4 sind nun die entsprechenden Verläufe nach Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für zwei Varianten dargestellt. Hier wird der Verbrennungsmotor 2 zum Zeitpunkt t0 an den Antriebsstrang durch Schließen der Trennkupplung K0 angekoppelt. Nach dem Zeitpunkt t0 wird der Verbrennungsmotor 2 ohne Verbrennung von Kraftstoff angeschleppt. Um die Verzögerungswirkung am Rad bei konstanter Bremspedalbetätigung konstant zu halten, wird vorzugsweise das Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine 4 reduziert. Ein kurzzeitiger Drehmomenteingriff 21 der elektrischen Maschine 3 zum Zeitpunkt t0 erfolgt insbesondere, um das Hochdrehen des Verbrennungsmotor 2 radmomentenneutral zu kompensieren.
Es sind nun zwei Ausgestaltungen möglich und dargestellt:
In der ersten Ausgestaltung (vgl. 3) ist der Schlupf der Trennkupplung K0 während des Anschleppens beziehungsweise während der Vorbeschleunigung des Verbrennungsmotors 2 in etwa 0 beziehungsweise liegt unter einer Obergrenze von maximal 50, insbesondere 20, vorzugsweise 5 Umdrehungen pro Minute. Denkbar ist auch ein vollständiges Schließen der Trennkupplung mit einem Schlupf von „0”. Der Drehzahlverlauf 18 des Verbrennungsmotors 2 nähert sich durch das Schließen der Trennkupplung K0 und den parallel erfolgenden Drehmomenteingriff der elektrischen Maschine 3 schnell im wesentlichen der Drehzahl 14 der elektrischen Maschine 3 an. Dadurch, dass der Schlupf der Trennkupplung K0 hier äußerst gering ist, erfolgt auch nur eine geringe Belastung der Trennkupplung K0 durch Wärmeeintrag. Hierdurch wird der Verschleiß der Trennkupplung K0 minimiert. Durch die variierende Drehzahl 18 des Verbrennungsmotors 2 in den Zeitabschnitten t0 bis t1 bzw. t1 bis t2 und t2 bis t3 ergeben sich auch unterschiedliche Schleppmomente bzw. Drehmomente 17 des Verbrennungsmotors 2.
In der zweiten Ausgestaltung (vgl. 4) wird der Schlupf an der Trennkupplung K0 derart eingestellt, so dass die Drehzahl 19 des Verbrennungsmotors 2 zwischen den Zeitpunkten t0 und t3 im wesentlichen konstant ist. Im wesentlichen konstant bedeutet hier, dass die Drehzahl 19 des Verbrennungsmotors 2 in einem Drehzahlbereich um eine Zieldrehzahl gehalten wird. Die kann dabei um vorzugsweise +/–150 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise +/–50 Umdrehungen pro Minute, insbesondere +/–20 Umdrehungen pro Minute von der Zieldrehzahl abweichen. Eine gleichmäßige Drehzahl während des Anschleppens ist besonders verschleißarm für den Verbrennungsmotor 2. Dadurch dass die Drehzahl 19 des Verbrennungsmotors 2 in der Zeitspanne t0 bis t3 im wesentlichen konstant ist, ergibt sich hierdurch auch ein im wesentlichen konstantes Schleppmoment bzw. Drehmoment 17 des Verbrennungsmotors 2 während dieser Zeitspanne.
Zum Zeitpunkt t3 wird die Trennkupplung K0 nun geöffnet und der Verbrennungsmotor 2 abgekoppelt. Das Rekuperationsmoment wird wieder entsprechend erhöht. Die Abkopplung erfolgt, wenn die elektrische Maschine 3 und damit der Verbrennungsmotor 2 eine minimale Drehzahlschwelle unterschreiten. Diese Drehzahlschwelle kann beispielsweise durch die Resonanzdrehzahl eines vorgeschalteten Zweimassenschwungrades plus einen Abstandswert definiert sein. Der Betrieb mit sehr niedrigen Motordrehzahlen kann zudem mit starken Drehungleichförmigkeiten behaftet sein, was den Fahrkomfort benachteiligen würde. Daher ist es vorteilhaft, das Anschleppen mit höheren Drehzahlen durchzuführen.
Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor 2 in einem bestimmten Drehzahlbereich der elektrischen Maschine 3 angeschleppt. Der Drehzahlbereich kann insbesondere zwischen 1.100 und 700 Umdrehungen bzw. zwischen 1600 und 600 Umdrehungen pro Minute liegen. Die Koppelzeitpunkte für das Ankoppeln und Abkoppeln des Verbrennungsmotors 2 ergeben sich dann insbesondere bei Unterschreiten der entsprechenden Drehzahlwerte 14 während der Verzögerungsphase. Das Verfahren kann insbesondere in mehreren Verzögerungsphasen nacheinander eingesetzt werden, um eine ausreichende Beölung der Reibstellen sicherzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Hybridantriebsanordnung
2: Verbrennungsmotor
3: elektrische Maschine
4: elektrischer Energiespeicher
5: Batterie
6: Kupplung
7: Getriebe
8: Motorsteuergerät
9: E-Maschinen-Steuerungsgerät
10: Getriebesteuergerät
11: Batteriemanagementsystem
12: Ladegerät
13: Bus
14: Drehzahl der elektrischen Maschine
15: Drehmoment der elektrische Maschine
16: Drehzahl des Verbrennungsmotors
17: Drehmoment des Verbrennungsmotors
18: Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors (geschlossene Trennkupplung)
19: Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors (mit schlupfender Trennkupplung)
20: Drehmomenterhöhung (Rückschaltung)
21: Drehmomenterhöhung (Anschleppen)
K0: Trennkupplung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19814402 A1 [0004]
DE 102007040727 A [0005]
DE 102010038086 A1 [0006]

Claims

Verfahren zum Steuern und/oder Regeln einer Hybridantriebsanordnung (1) eines Kraftfahrzeuges, mit einem Verbrennungsmotor (2), mit mindestens einer elektrischen Maschine (3), mit einem elektrischen Energiespeicher (4) und mit einer Trennkupplung (K0), wobei der Verbrennungsmotor (2) mittels der Trennkupplung (K0) zuschaltbar und abkoppelbar ist, wobei das Kraftfahrzeug von der elektrischen Maschine (3) während eines elektrischen Fahrbetriebes rein elektrisch angetrieben wird, und wobei der Verbrennungsmotor (2) wenigstens zeitweise ohne Verbrennung von Kraftstoff angeschleppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschleppen des Verbrennungsmotors (2) in einer Verzögerungsphase des Kraftfahrzeuges durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschleppen durch zumindest teilweises Schließen der Trennkupplung (K0) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Anschleppens ein kurzzeitiger Drehmomenteneingriff der elektrischen Maschine (3) erfolgt, insbesondere um das Hochdrehen des Verbrennungsmotors (2) radmomentenneutral zu kompensieren.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anschleppen die Kupplung (K0) schlupfend betrieben wird, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) nahezu konstant gehalten wird, das heißt, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) nicht mehr als +/–150 Umdrehungen pro Minute, insbesondere +/–50 Umdrehungen pro Minute, insbesondere +/–20 Umdrehungen pro Minute von einer Zieldrehzahl abweicht.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anschleppen der Verbrennungsmotor (2) auf eine Zieldrehzahl von mindestens 400, insbesondere 600, vorzugsweise 800, weiter vorzugsweise 1.000, weiter vorzugsweise 1.200, weiter vorzugsweise 1500 Umdrehungen pro Minute beschleunigt und anschließend geschleppt betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlupf der Trennkupplung (K0) 2000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere 1500 Umdrehungen pro Minute, vorzugsweise 500 Umdrehungen pro Minute nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschleppen durch Schließen der Trennkupplung (K0) erfolgt, wobei der Schlupf der Trennkupplung (K0) unter 50 Umdrehungen pro Minute, unter 20 Umdrehungen pro Minute, insbesondere unter 5 Umdrehungen pro Minute liegt oder die Trennkupplung (K0) vollständig geschlossen wird (Schlupf = „0”).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Hybridantriebsanordnung (1) ein Zweimassenschwungrad und/oder einen Torsionsdämpfer aufweist, wobei beim Anschleppen die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) oberhalb einer Resonanzdrehzahl des Zweimassenschwungrades oder des Torsionsdämpfers liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschleppen in einem bestimmten Drehzahlbereich der elektrischen Maschine (3) erfolgt, wobei bei Unterschreiten einer oberen Drehzahlgrenze die Trennkupplung (K0) zumindest teilweise geschlossen wird und bei Unterschreiten einer unteren Drehzahlgrenze die Trennkupplung (K0) geöffnet wird.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Drehzahlgrenze bei in etwa 1.100 Umdrehungen pro Minute, und die untere Drehzahlgrenze bei in etwa 700 Umdrehungen pro Minute oder die obere Drehzahlgrenze bei etwa 1600 und die untere Drehzahlgrenze bei etwa 600 Umdrehungen pro Minute liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verzögerungsphase mittels der elektrischen Maschine (3) Bremsenergie in einen elektrischen Energiespeicher (4), insbesondere in eine Batterie (5) gespeichert wird, wodurch ein Rekuperationsmoment auftritt und/oder dass die Verzögerungswirkung bei konstanter Bremspedalbetätigung dadurch konstant gehalten wird, dass das Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine (3) beim Anschleppen des Verbrennungsmotors (2) reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Anschleppens eine kurzzeitige Drehmomenterhöhung (20) der elektrischen Maschine (3) erfolgt, um den Verbrennungsmotor (2) zu beschleunigen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschleppen beendet wird, wenn eine Schleppzeit von mehr als 30 Sekunden, mehr als 10 Sekunden oder mehr als 5 Sekunden erreicht wurde und/oder eine Mindestdrehzahl überschritten wurde.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschleppen beendet wird, wenn ein Öldruck, insbesondere in einem Kurbelgehäuse oder in einem Zylinderkopf einen Schwellwert von 0,3 bar, insbesondere 0,6 bar, vorzugsweise 1,2 bar überschritten wird für eine Zeitspanne von mindestens 5, vorzugsweise 10, insbesondere 20 Sekunden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motortemperatur gemessen wird, wobei der Verbrennungsmotor (2) angeschleppt wird, wenn die gemessene Temperatur weniger als 20° Grad, insbesondere weniger als 10° Grad, vorzugsweise weniger als 0° Grad, weiter vorzugsweise weniger als –10° Grad beträgt.