DE102013213145A1

DE102013213145A1 - Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102013213145A1
Application number: DE102013213145.3A
Authority: DE
Inventors: Silke Blass; Martin Engelmann; Tilo Marschall
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor, wobei die elektrische Maschine als erste Antriebsmaschine auf eine erste Antriebsachse wirkt, und der Verbrennungsmotor mit der Getriebeeingangsseite eines Automatikgetriebes verbunden ist und als zweite Antriebsmaschine auf eine zweite Antriebsache wirkt, und wobei das Fahrzeug im elektrischen Fahrbetrieb über die elektrische Maschine und nicht über den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Erfindungsgemäß wird dabei während eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors oder die Synchrondrehzahl beeinflusst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor, wobei die elektrische Maschine als erste Antriebsmaschine auf eine erste Antriebsachse wirkt, und der Verbrennungsmotor mit der Getriebeeingangsseite eines Automatikgetriebes verbunden ist und als zweite Antriebsmaschine auf eine zweite Antriebsache wirkt.
Grundsätzlich weisen konventionelle Fahrzeuge mit Automatikgetriebe bekanntlich zwischen dem Motor und dem Automatikgetriebe einen Wandler auf. Wenn sich das Getriebe im „Drive-Zustand” befindet und das Fahrzeug mittels der Betriebsbremse oder der Feststellbremse gebremst wird, so dass es still steht, tritt im Wandler Schlupf auf, was zu einem Kriechmoment und zu entsprechendem Energieverbrauch führt. Wird die Bremse gelöst, so rollt das Fahrzeug an, bis sich bei einer Geschwindigkeit von ca. 5 km/h ein Drehmomentgleichgewicht einstellt (max. Kriechgeschwindigkeit).
Aus der auf die Anmelderin zurückgehende noch unveröffentlichten DE 10 2012 211 948 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Automatikgetriebes zur Kriechverhinderung bekannt, bei dem bei aktivierter Fahrzeugbremse und fehlendem Fahrerwunschmoment ein Befehl zum Öffnen bzw. Offenlassen mindestens einer Kupplung des aktuellen Soll-Gangs trotz eingelegter Fahrstufe ausgegeben wird. Ein Schließen der Kupplung wird eingeleitet, wenn ein Lösen der Bremse erkannt wird. Dadurch werden die Schleppverluste im Stand reduziert und gleichzeitig kann ein zügiges Anfahren ermöglicht werden.
Bei Automatikfahrzeugen mit Elektroantrieb, bei denen im rein elektrischen Fahrbetrieb zur Kraftübertragung von der elektrischen Antriebsmaschine auf die Antriebsachse bzw. auf die Antriebsräder konzeptbedingt kein Wandler benötigt wird, fehlt beim Rangieren das von den konventionellen Fahrzeugen mit Automatikgetriebe bekannte Kriechmoment. Um das bei den konventionellen Automatikfahrzeugen bekannte Kriechmoment mittels des Elektroantriebs nachzubilden, sind bereits verschiedene Lösungsansätze bekannt. So offenbart die DE 10 2009 037 182 A1 ein Verfahren zum Steuern bzw. Regeln eines Kriechmoments eines Fahrzeugs mit Elektroantrieb, bei dem mittels des Elektroantriebs ein von der Bremsstärke, mit dem das Fahrzeug gebremst wird, abhängiges Kriechmoment erzeugt wird.
Neben diesen oben beschriebenen Hybridfahrzeugen und Elektrofahrzeugen ohne Wandler sind jedoch auch sog. Achs-Hybridfahrzeuge mit Automatikgetriebe in der Entwicklung, bei denen mindestens eine elektrische Maschine als erster Antriebmotor auf eine erste Achse des Hybridfahrzeugs, und ein Verbrennungsmotor als zweiter Antriebsmotor auf eine zweite Achse des Hybridfahrzeugs wirkt. Der Verbrennungsmotor ist dabei über einen Wandler mit dem Automatikgetriebe verbunden. Ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Achs-Hybridfahrzeugs ist bspw. aus der ebenfalls noch unveröffentlichten DE 10 2012 211 920 A1 bekannt.
Grundsätzlich können derartige Achs-Hybridfahrzeuge in einem elektrischen Fahrbetrieb betrieben werden, in dem das Fahrzeug über die elektrische Maschine und nicht den Verbrenner angetrieben wird. Insbesondere kann zur Verbesserung von der Akustik und zur Erweiterung der Reduzierung des Schleppmoments bei Geschwindigkeiten größer Null eine Öffnung des Kraftschlusses im Automatikgetriebe notwendig sein. Ein Anfahren bzw. anfängliches elektrische Kriechen des Fahrzeugs erfolgt dann lediglich im elektrischen Fahrbetrieb auf Basis der Anforderung der Betriebsstrategie. Der Kraftschluss zwischen Verbrennungsmotor und entsprechender Antriebsachse wird erst wieder bei Geschwindigkeiten größer Null hergestellt. Nachteilig ist hierbei, dass der Fahren keine aus den konventionellen Antriebsstrang bekannte spürbare Response-Rückmeldung bei der Umsetzung des Beschleunigungswunsches beim Zustarten bzw. Ankoppeln eines im elektrischen Fahrbetrieb abgekoppelten Verbrennungsmotors erhält, da der Verbrennungsmotor im abgekoppelten Zustand mit Leerlaufdrehzahl bzw. Synchrondrehzahl betrieben wird. Beim späteren Ankoppeln des Verbrennungsmotors wird somit das Moment vorerst nicht voll übertragen, was dem Fahrer unkomfortabel erscheint. Ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs unter Berücksichtigung der sog. Response-Problematik beim Zustart eines im elektrischen Fahrbetrieb abgeschalteten Verbrennungsmotors ist bspw. aus der DE 10 2010 005 532 A1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist nun, ein unter Berücksichtigung oben genannter Response-Problematik verbessertes Verfahren zum Betreiben eines sog. Achs-Hybridfahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Das erfindungsgemäße Verfahren, sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen können mittels eines implementierten Algorithmus oder einer entsprechenden Baugruppenanordnung in zumindest einer dafür vorgesehenen Steuervorrichtung, insbesondere in einer Motor- und/oder Getriebesteuervorrichtung durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor, wobei die elektrische Maschine als erste Antriebsmaschine auf eine erste Antriebsachse wirkt, und der Verbrennungsmotor (bspw. über einen Wandler) mit der Getriebeeingangsseite eines Automatikgetriebes verbunden ist und als zweite Antriebsmaschine auf eine zweite Antriebsache wirkt, und wobei das Fahrzeug im elektrischen Fahrbetrieb über die elektrische Maschine und nicht über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, basiert auf der Überlegung, durch ein entsprechendes Eingreifen in den Betrieb des Fahrzeugs während eines elektrischen Anfahrvorgangs das Wandlerverhalten derart zu simulieren, dass beim Ankoppeln bspw. Zuschalten des Verbrennungsmotors zum Antrieb ein komfortabler und vom Fahrer erwarteter Übergang stattfindet (eine sog. eingangs erläuterte spürbare Response-Rückmeldung). Diese Überlegung schlägt sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch nieder, dass bereits während eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors beeinflusst wird. Alternativ zum Wandler kann auch ein sog. Anfahrelement oder eine Trennkupplung eingesetzt werden.
Um eine beim Ankoppeln des Verbrennungsmotors schnelle Momentenübertragung erreichen, und somit den Fahrdynamik-Eindruck verbessern zu können, wird die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors während des Anfahrvorgangs im elektrischen Fahrbetrieb vorteilhafterweise angehoben.
Die Anhebung der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors während des elektrischen Anfahrens kann in Abhängigkeit verschiedener Betriebsparameter des Fahrzeugs erfolgen. So kann die Anhebung auf Basis des Fahrpedalwertes in der Betriebsstrategie erfolgen, d. h. die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors wird in Abhängigkeit von der Antriebsmomenten-Anforderung aufgrund der Betätigung des Fahrpedals und/oder in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedals angehoben. Insbesondere kann hier der Gradient der Auslenkung des Fahrpedals ausgewertet werden.
Solange das Fahrpedal noch nicht oder nur in sehr geringem Maße betätigt ist, und sich das Fahrzeug im elektrischen Kriechbetrieb befindet, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors auch in Abhängigkeit eines zu erwartenden Kriechmoments im elektrischen Fahrbetrieb angehoben werden.
Alternativ kann die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit einer vorgegebenen Synchrondrehzahl des Automatikgetriebes angehoben wird, wobei die Synchrondrehzahl des Automatikgetriebes in Abhängigkeit vorgegebener Betriebsparameter angehoben wird. Die Anhebung erfolgt dabei bspw. auf Basis des zu erwartenden elektrisch erzeugten Kriechmoments. Somit kann erreicht werden, dass die Motordrehzahl auch dann bereits angehoben wird, wenn das Fahrpedal noch gar nicht betätigt ist, und das Fahrzeug lediglich aufgrund des erzeugten Kriechmoments der elektrischen Antriebsmaschine (analog dem Kriechmoment bei einem konventionellem Automatik-Fahrzeug) angetrieben wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Fig. mehrere über die Zeit t aufgetragene Signale zur Darstellung eines Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines eingangs definierten Achs-Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor, wobei die elektrische Maschine als erste Antriebsmaschine auf eine erste Antriebsachse wirkt, und der Verbrennungsmotor über einen Wandler mit der Getriebeeingangsseite eines Automatikgetriebes verbunden ist und als zweite Antriebsmaschine auf eine zweite Antriebsache wirkt.
Neben anderen – hier nicht näher erläuterten – Betriebssituationen wird bei einem derartigen Hybridfahrzeug zur Verbesserung der Akustik und zur Reduzierung des durch den Wandler hervorgerufenen Schleppmoments beim Abbremsen des Fahrzeugs bereits vor Erreichen des Stillstand der Kraftschluss zwischen Verbrennungsmotor und Antriebsache geöffnet und erst wieder bei Geschwindigkeiten größer Null der Kraftschluss hergestellt. Während der Verbrennungsmotor abgekoppelt ist, wird die elektrische Maschine insbesondere beim Verlassen des Stillstands bzw. beim Bremse lösen und anschließendem Anfahren derart angesteuert, dass analog dem bekannten Verhalten von Automatikfahrzeugen ein sog. Kriechmoment erzeugt wird. Die Beschleunigung des Fahrzeugs erfolgt somit anfänglich allein im elektrischen Fahrbetrieb auf Basis der Anforderung der Betriebsstrategie. Wird nach dem Lösen des Bremspedals zum weiteren Beschleunigen des Fahrzeugs das Fahrpedal betätigt, erfolgt langsam ein Schließen der getriebeseitigen Kupplung zur Herstellung des Kraftschlusses zwischen Verbrennungsmotor und zugeordneter Antriebsachse. Das Ankoppeln des Verbrennungsmotors an die Antriebsachse erfolgt ab einer bestimmten Geschwindigkeitsschelle bzw. bei Vorliegen bestimmter Betriebsbedingungen.
Im Detail zeigt nun die Fig. von oben nach unten über die Zeit t folgende Signalverläufe: die Stellung des Bremspedals BP, die Stellung des Fahrpedals FP, die Drehzahl n des Verbrennungsmotors und die Fahrzeuggeschwindigkeit v. Über die Zeit t ist folgende Situation abgebildet: Zum Zeitpunkt t0 befindet sich das Fahrzeug im Stillstand und das Bremspedal BP ist betätigt, wobei ab dem Zeitpunkt t1 die Bremse gelöst wird, so dass sie zum Zeitpunkt t2 zumindest nahezu vollständig gelöst ist.
Nach dem Lösen der Bremse BP beginnt der Fahrer zum Zeitpunkt t3 das Fahrpedal FP zu betätigen, wobei er es ab dem Zeitpunkt t4 konstant hält.
Aufgrund des erfindungsgemäßen simulierten Wandlerverhaltens im elektrischen Fahrbetrieb wird beim Lösen der Bremse BP zum Zeitpunkt t2, bei dem das Bremspedal zumindest nahezu vollständig gelöst ist, ein elektrisches Kriechmoment erzeugt, welches zu einem langsamen Beschleunigen bzw. Geschwindigkeitsaufbau v des Fahrzeugs auf Basis der Betriebsstrategie führt. Um nun dem Fahrer eine aus konventionellen Antriebsträngen mit Automatikgetriebe bekannte Response-Rückmeldung beim späteren Ankoppeln des Verbrennungsmotors zu vermitteln, ist nun vorgesehen, dass die Motordrehzahl nVM ab dem Zeitpunkt t1, ab dem ein elektrisches Kriechmoment erzeugt wird, künstlich angehoben wird. Die Anhebung der Drehzahl nVM des Verbrennungsmotors ist im dargestellten Drehzahlverlauf-Diagramm im Vergleich zur Turbinendrehzahl nTB des Automatikgetriebes dargestellt. Die Anhebung erfolgt hierbei durch eine entsprechende Motorsteuerung anfänglich auf Basis des erzeugten elektrischen Kriechmoments und ab dem Zeitpunkt t3, ab dem das Fahrpedal FP betätigt wird, unter Berücksichtigung des Fahrpedalwertes FP. Alternativ könnte die Motordrehzahl nVM des Verbrennungsmotors durch eine Anhebung der vom Getriebesteuergerät gesendeten Synchron- bzw. Zieldrehzahl erfolgen, wobei anschließend im Motorsteuergerät eine Anhebung der Motordrehzahl nVM auf die vom Getriebesteuergerät gesendete Synchrondrehzahl vorgenommen wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf einfache Weise eine spürbare Rückmeldung der Umsetzung des Sollradmoments bzw. des Beschleunigungswunsches beim Übergang vom elektrischen Kriechen bzw. elektrischen Fahrbetrieb in einen Fahrbetrieb bei dem der Verbrennungsmotors zumindest zusätzlich zur Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird, ermöglicht werden. Somit kann der Eindruck der Motordynamik deutlich verbessert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102012211948 A1 [0003]
DE 102009037182 A1 [0004]
DE 102012211920 A1 [0005]
DE 102010005532 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine und einem Verbrennungsmotor, wobei die elektrische Maschine als erste Antriebsmaschine auf eine erste Antriebsachse wirkt, und der Verbrennungsmotor mit der Getriebeeingangsseite eines Automatikgetriebes verbunden ist und als zweite Antriebsmaschine auf eine zweite Antriebsache wirkt, und wobei das Fahrzeug im elektrischen Fahrbetrieb über die elektrische Maschine und nicht über den Verbrennungsmotor angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Anfahrvorgangs des Fahrzeugs im elektrischen Fahrbetrieb die Motordrehzahl (nVB) des Verbrennungsmotors oder die Synchrondrehzahl beeinflusst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl (nVB) des Verbrennungsmotors angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl (nVB) des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Antriebsmomenten-Anforderung aufgrund der Betätigung des Fahrpedals (FP) und/oder in Abhängigkeit von der Auslenkung des Fahrpedals (FP) angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl (nVM) des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit vom Gradienten der Auslenkung des Fahrpedals (FP) angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl (nVM) des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit eines zu erwartenden Kriechmoments im elektrischen Fahrbetrieb angehoben wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motordrehzahl (nVM) des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit einer vorgegebenen Synchrondrehzahl des Automatikgetriebes angehoben wird, wobei die Synchrondrehzahl des Automatikgetriebes in Abhängigkeit eines zu erwartenden Kriechmoments im elektrischen Fahrbetrieb angehoben wird.