DE102015115436B4 - Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs eines rollenden Fahrzeugs und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs, aufweisend die Schritte:
- wiederholtes Ermitteln einer Eingangswellendrehzahl (1) sowie einer Eingangswellendrehzahlentwicklung einer Getriebeeingangswelle,
- wiederholtes Ermitteln einer Antriebsdrehzahl (2) sowie einer Antriebsdrehzahlentwicklung des Antriebs,
- Annähern der Antriebsdrehzahl (2) an die Eingangswellendrehzahl (1),
- Bestimmen eines Synchronzeitpunkts (t2) an dem Eingangswellendrehzahl (1) und Antriebsdrehzahl (2) in Abhängigkeit der ermittelten Eingangswellendrehzahlentwicklung sowie Antriebsdrehzahlentwicklung voraussichtlich übereinstimmen werden, und
- Einkoppeln des Antriebs mit der Eingangswelle zum bestimmten Synchronzeitpunkt (t2) durch Schließen einer Kupplung, wobei ein SOLL-Antriebsmoment (3) des Antriebs zu einem Einstellzeitpunkt (t1) vor dem Synchronzeitpunkt (t2) derart eingestellt wird, dass ein IST-Antriebsmoment (4) des Antriebs zum bestimmten Synchronzeitpunkt (t2) dynamisch null (MD0) beträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs, insbesondere eines Hybridantriebs, an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, das zur Ausführung des Verfahrens ausgebildet ist.
  • Die Reduktion von Kraftstoffverbrauch sowie Schadstoffemissionen sind zentrale Aspekte bei der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge. Ein wesentlicher Faktor hierfür ist das Antriebskonzept des Fahrzeugs. Verbrennungsmotoren haben den Nachteil eines verhältnismäßig hohen Kraftstoffverbrauchs sowie hoher Emissionen. Vorteile von Verbrennungsmotoren sind insbesondere eine hohe Reichweite sowie Flexibilität, da Kraftstoff gut in Kraftstofftanks speicherbar und leere Tanks schnell auffüllbar sind. Elektromotoren haben den Nachteil, dass die Reichweite aufgrund begrenzter Batteriekapazitäten relativ gering und ein Aufladen relativ zeitintensiv sind. Ein wesentlicher Vorteil von Elektromotoren ist, dass im Betrieb kaum nennenswerte Emissionen an die Umwelt abgegeben werden.
  • Zur Bereitstellung eines Antriebskonzepts, das die Nachteile von Verbrennungsmotoren sowie Elektromotoren zumindest teilweise behebt, hat sich die Hybridtechnologie bewährt. Ein Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs weist einen Verbrennungsmotor sowie einen Elektromotor auf, wobei das Ziel bei der Entwicklung von Hybridfahrzeugen insbesondere das Vereinen von Vorteilen des Elektromotors und des Verbrennungsmotors ist. Ein Beispiel für ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Hybridfahrzeugs wird in der DE 10 2008 036 166 A1 offenbart. Es wird im Wesentlichen zwischen drei Arten von Hybridkonzepten unterschieden.
  • Ein Mikro-Hybrid weist eine Start-/Stop-Automatik auf, wobei der Elektromotor das Starten des Verbrennungsmotors unterstützt. Hierdurch wird der Kraftstoffverbrauch beim Halten oder im Leerlauf beim Rollen, z.B. wenn das Gaspedal nicht betätigt wird, reduziert. Ferner dient der Elektromotor der Rekuperation kinetischer Energie in Form von Bremsenergierückgewinnung. Mittels dieser Energie wird insbesondere die Batterie des Fahrzeugs geladen. Hierdurch ist der Kraftstoffverbrauch weiter reduzierbar, da ein Laden der Batterie über einen mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Generator, wie z.B. die Lichtmaschine, auf diese Weise zumindest reduzierbar ist. Ein Antrieb des Fahrzeugs mittels des Elektromotors ist bei Mikro-Hybridfahrzeugen nicht möglich.
  • Ein Mild-Hybrid unterscheidet sich vom Mikro-Hybrid in dem Merkmal, dass der Elektromotor auch zum Antreiben des Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei dies stets im Zusammenspiel mit dem Verbrennungsmotor erfolgt. Der Elektromotor unterstützt demnach den Verbrennungsmotor beim Antreiben des Fahrzeugs. Auf diese Weise kann eine Leistung des Hybridantriebs erhöht werden. Darüber hinaus ist der Elektromotor ebenfalls zum Starten des Verbrennungsmotors sowie zur Rekuperation ausgebildet. Ein Antreiben des Fahrzeugs bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor ist bei Mild-Hybridfahrzeugen nicht möglich.
  • Ein Vollhybrid unterscheidet sich vom Mild-Hybrid durch das Merkmal, dass der Elektromotor ausgebildet ist, das Fahrzeug zumindest temporär auch ohne Unterstützung des Verbrennungsmotors anzutreiben. Dies ist insbesondere bei Stop-and-go-Verkehr, wie z.B. im Stau oder in der Stadt, von Vorteil, da ein ständiges Ein- und Abschalten des Verbrennungsmotors nicht erforderlich ist. Der Fahrkomfort kann so erhöht werden, und ein Verschleiß des Verbrennungsmotors sowie der Starteinrichtung ist somit deutlich reduzierbar.
  • Zum weiteren Sparen von Kraftstoff weisen moderne Hybridfahrzeuge eine Steuerung auf, die ein Aus- sowie Einschalten des Verbrennungsmotors während der Fahrt des Fahrzeugs steuert. Dies ist beispielsweise bei fehlendem Vortriebswunsch oder bei einem Verzögerungsvorgang, wie z.B. einem Ausrollen oder einem Bremsvorgang, von Vorteil, da der Verbrennungsmotor ansonsten mitgeschleppt würde (oder im Leerlauf mitdrehen würde) und dabei das Fahrzeug unerwünscht stark abbremst, ohne dass daraus elektrische. Energie rekuperiert werden könnte (oder weiter Kraftstoff verbraucht).
  • Ein Fahrzeug mit einem herkömmlichen Antrieb, der beispielsweise einen Verbrennungsmotor und keinen Elektromotor aufweist, kann als Freilauf-Motor-Aus-Fahrzeug ausgeführt sein. Bei derartigen Fahrzeugen wird der Verbrennungsmotor bei fehlendem Vortriebswunsch oder einem Verzögerungsvorgang von der Getriebewelle abgekoppelt und auf Leerlaufdrehzahl gehalten. Auf diese Weise wird ein Rollweg des Fahrzeugs bei Nullgas verlängert, wodurch wiederum eine Kraftstoffersparnis erreichbar ist.
  • Um ein Mitdrehen des Verbrennungsmotors im ausgeschalteten oder abgekoppeltem Zustand mit dem Getriebe des Fahrzeugs zu verhindern, insbesondere da hierdurch das Fahrzeug unerwünscht stark abbremst, ohne dass daraus elektrische Energie rekuperiert werden könnte, wird der Hybridantrieb zum Abschalten des Verbrennungsmotors von der Getriebeeingangswelle über eine Kupplung getrennt. Hierfür wird die Kupplung geöffnet. Wenn der Hybridantrieb zur Bereitstellung eines Antriebsmoments benötigt wird, müssen der Verbrennungsmotor wieder eingeschaltet und der Hybridantrieb über die Kupplung mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt werden. Hierfür wird die Kupplung geschlossen. Dabei ist wichtig, dass eine Drehzahl des Hybridantriebs einer Eingangswellendrehzahl der Getriebeeingangswelle im Wesentlichen entspricht. Wenn diese Drehzahlen in etwa synchron sind, wird die Kupplung langsam geschlossen, so dass diese bei der Kopplung Schlupf aufweist.
  • Derartige Hybridfahrzeuge haben den Nachteil, dass durch den Schlupf der Kupplung ein Hybridantriebsmoment nur verzögert und stochastisch variierend (nicht reproduzierbar) auf die Getriebeeingangswelle übertragen wird. Das Fahrzeug weist somit eine nicht optimale Fahrdynamik auf, die von einem Fahrer deutlich spürbar ist. Hierdurch wird auch ein Fahrkomfort beim Fahren des Fahrzeugs beeinträchtigt. Ferner haben solche Hybridfahrzeuge den Nachteil, dass ein Synchronisieren des Hybridantriebs mit der Getriebeeingangswelle oftmals sehr ungenau ist, so das ein Einkuppeln der Kupplung bereits bei relativ großen Drehzahlunterschieden von Hybridantrieb und Getriebeeingangswelle erfolgt. Ein hierdurch entstehender, unerwünschter Ruck ist vom Fahrer ebenfalls deutlich spürbar. Hierdurch wird der Fahrkomfort ebenfalls negativ beeinflusst.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik bei einem Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs, insbesondere eines Hybridantriebs, an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs, insbesondere eines Hybridantriebs, an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, bereitzustellen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein Einkoppeln des Antriebs an die Getriebeeingangswelle ermöglichen, wobei ein Schlupf einer hierfür verwendeten Kupplung Null oder deutlich reduziert ist, so dass eine Fahrdynamik sowie ein Fahrkomfort verbessert sind.
  • Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Einkoppeln eines Hybridantriebs an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs, insbesondere eines Hybridantriebs, an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs gelöst. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
    • - wiederholtes Ermitteln einer Eingangswellendrehzahl sowie einer Eingangswellendrehzahlentwicklung einer Getriebeeingangswelle,
    • - wiederholtes Ermitteln einer Antriebsdrehzahl sowie einer Antriebsdrehzahlentwicklung des Antriebs,
    • - Annähern der Antriebsdrehzahl an die Eingangswellendrehzahl,
    • - Bestimmen eines Synchronzeitpunkts, an dem Eingangswellendrehzahl und Antriebsdrehzahl in Abhängigkeit der ermittelten Eingangswellendrehzahlentwicklung sowie Antriebsdrehzahlentwicklung voraussichtlich übereinstimmen werden, und
    • - Einkoppeln des Antriebs mit der Eingangswelle zum bestimmten Synchronzeitpunkt durch Schließen einer Kupplung.
  • Bei einem rollenden Fahrzeug weist die Getriebeeingangswelle eine Eingangswellendrehzahl auf, die von einer Getriebestellung sowie einer Rollgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist. Durch Einflussfaktoren, wie z.B. Rollwiderstand, Neigung der Fahrbahn in Fahrtrichtung sowie Luftwiderstand des Fahrzeugs, werden die Rollgeschwindigkeit und demnach auch die Eingangswellendrehzahl beeinflusst. Eine Entwicklung bzw. Veränderung der Eingangswellendrehzahl wird im Rahmen der Erfindung als Eingangswellendrehzahlentwicklung bezeichnet. Wird diese in erster Näherung berechnet, so wird sie als Eingangswellengradient bezeichnet.
  • Das Ermitteln der Eingangswellendrehzahl sowie der Eingangswellendrehzahlentwicklung (Drehzahlgradient) der Getriebeeingangswelle wird wiederholt, vorzugsweise fortlaufend bis mindestens zum Schließen der Kupplung, durchgeführt, um Eingangswellendrehzahl sowie Eingangswellendrehzahlentwicklung möglichst exakt und aktuell zu bestimmen. Genaue Werte für Eingangswellendrehzahl und Eingangswellendrehzahlentwicklung haben den Vorteil, dass eine Bestimmung bzw. Vorhersage des Synchronzeitpunkts sowie einer Synchrondrehzahl verbessert wird. Eingangswellendrehzahl und Eingangswellendrehzahlentwicklung können erfindungsgemäß durch Berechnung auf Basis der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Getriebestellung und/oder mittels eines Drehzahlsensors erfolgen.
  • Das Ermitteln der Antriebsdrehzahl sowie der Antriebsdrehzahlentwicklung (Drehzahlgradient) des Antriebs, insbesondere des Hybridantriebs, wird ebenfalls wiederholt, vorzugsweise fortlaufend bis mindestens zum Schließen der Kupplung, durchgeführt, um Antriebsdrehzahl sowie Antriebsdrehzahlentwicklung möglichst exakt und aktuell zu bestimmen. Genaue Werte für Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehzahlentwicklung haben den Vorteil, dass eine Bestimmung bzw. Vorhersage des Synchronzeitpunkts sowie einer Synchrondrehzahl verbessert wird. Die Ermittlung der Antriebsdrehzahl und der Antriebsdrehzahlentwicklung erfolgt erfindungsgemäß beispielsweise mittels eines Elektromotors eines Hybridantriebs oder über einen weiteren Drehzahlsensor.
  • Beim Annähern der Antriebsdrehzahl an die Eingangswellendrehzahl wird der Antrieb vorzugsweise derart angesteuert, dass sich die Antriebsdrehzahl der Eingangswellendrehzahl von unten, also von einem geringeren Drehzahlbereich her annähert. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich die Antriebsdrehzahl der Eingangswellendrehzahl von oben also von einem höheren Drehzahlbereich her annähert. Vorzugsweise erfolgt zusätzlich eine Annäherung der Antriebsdrehzahlentwicklung an die Eingangswellendrehzahlentwicklung. Im Interesse einer guten Fahrdynamik erfolgt eine derartige Annäherung vorzugsweise möglichst schnell, also z.B. innerhalb weniger hundert Millisekunden.
  • Das Bestimmen eines Synchronzeitpunkts erfolgt vorzugsweise während des Annäherns und bevor die Antriebsdrehzahl der Eingangswellendrehzahl entspricht. Das Bestimmen erfolgt beispielsweise durch Extrapolation (Prädiktion) der ermittelten Eingangswellendrehzahl und Eingangswellendrehzahlentwicklung sowie Antriebsdrehzahl und Antriebsdrehzahlentwicklung. Dabei werden vorzugsweise Trägheiten des Antriebs und die wirkenden Startmomente berücksichtigt. Je häufiger diese Drehzahlen bzw. Drehzahlentwicklungen ermittelt werden, desto genauer ist der Synchronzeitpunkt bestimmbar. Der Synchronzeitpunkt ist der Zeitpunkt, zu dem Eingangswellendrehzahl und Antriebsdrehzahl gleich sind bzw. im Wesentlichen gleich sind, so dass die Kupplung zum Koppeln von Antrieb und Getriebe ohne Schlupf schließbar ist. Demnach kann der Synchronzeitpunkt auch in einem Zeitraum liegen, in dem Eingangswellendrehzahl und Antriebsdrehzahl gleich sind bzw. im Wesentlichen gleich sind. Vorzugsweise liegt der Synchronzeitpunkt direkt am Anfang dieses Zeitraums, um ein schnelles Einkoppeln des Antriebs mit der Eingangswelle des Getriebes zu bewirken.
  • Das Einkoppeln des Antriebs mit der Eingangswelle des Getriebes erfolgt zum Synchronzeitpunkt durch prädiziertes Schließen der Kupplung. Dabei ist ein schnelles Schließen der Kupplung von Vorteil, da Eingangswellendrehzahl und Antriebsdrehzahl bereits kurze Zeit, also wenige Millisekunden, nach dem Synchronzeitpunkt wieder verschieden hoch sein können. Ein Schließen der Kupplung wäre dann nur mit Schlupf möglich oder würde einen Ruck im Fahrzeug bewirken. Beide Effekte würden den Fahrkomfort negativ beeinflussen und sind daher erfindungsgemäß nicht erwünscht.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs, insbesondere eines Hybridantriebs, an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie kostengünstig ein schlupffreies Einkuppeln bei einem Fahrzeug gewährleistet wird. Durch das erfindungsgemäße Bestimmen des Synchronzeitpunkts, z.B. durch Extrapolation von Eingangswellendrehzahl und Antriebsdrehzahl, wird eine Vorhersage über einen Synchronzeitpunkt getroffen und nicht, wie gemäß dem Stand der Technik üblich, eine bloße Feststellung einer aktuell bestimmten, z.B. mittels Drehzahlsensoren gemessenen, Drehzahlgleichheit von Antrieb und Getriebeeingangswelle. Auf diese Weise kann das Einkuppeln schneller sowie schlupffrei erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass ein vom Fahrer gewähltes Antriebsmoment des Antriebs schneller auf die Räder übertragbar ist und dass ein Fahrkomfort erheblich verbessert wird, da die Kupplung beim Einkuppeln schlupffrei ist und somit nicht schleift.
  • Erfindungsgemäß wird ein SOLL-Antriebsmoment des Antriebs bzw. des Hybridantriebs zu einem Einstellzeitpunkt vor dem Synchronzeitpunkt derart eingestellt, dass ein IST-Antriebsmoment des Antriebs zum bestimmten Synchronzeitpunkt „dynamisch null“ beträgt. Dynamisch null bedeutet im Rahmen der Erfindung, dass das IST-Antriebsmoment eine Höhe aufweist, die im lastfreien Betrieb die Antriebsdrehzahl und den Antriebsdrehzahlgradienten, insbesondere durch Kompensation von Trägheiten und Schleppverlusten des Antriebs, z.B. aufgrund von Reibungskräften, gleich der Abtriebsdrehzahl und dem Abtriebsdrehzahlgradienten hält. Aufgrund von Umsetzungsverzögerungen (Signalverzögerungszeiten und Aktor-Verzögerungen) läuft das IST-Antriebsmoment dem gewählten SOLL-Antriebsmoment zeitversetzt hinterher. Der Einstellzeitpunkt des Start-/Motormoments ist daher ein Zeitpunkt, der vor dem Synchronzeitpunkt liegt. Vorzugsweise erfolgt beim Einstellzeitpunkt eine sprunghafte Änderung des SOLL-Antriebsmoments, damit der Einstellzeitpunkt im Rahmen der technischen Möglichkeiten, insbesondere wegen der Umsetzungsverzögerungen des Antriebs, besonders nah am an dem Synchronzeitpunkt liegt.
  • Zum Einstellzeitpunkt des Motormoments kann das Motormoment in einer Ausführungsform nicht auf dynamisch Null angewiesen werden, sondern auf ein, typischerweise vom aktuell anliegenden Fahrerwunschmoment abhängiges Initialmoment. Dadurch kann ein vom Fahrerwunsch abhängiges Ansprechverhalten erzeugt werden.
  • Zum prädizierten Anweisen des Schließens der Kupplung wird ein identischer, die Signalverzögerungs- und Aktorreaktionszeiten des Kupplungssystems berücksichtigendes Verfahren verwendet wie für die Kontrolle des Start- und Motormoments.
  • Zum Einstellzeitpunkt des Kupplungsmoments wird dabei das Kupplungssollmoment auf dynamisch Null, oder auf ein typischerweise vom aktuell anliegenden Fahrerwunschmoment abhängiges Initialmoment gesetzt und dann mit einer einstellbaren Rate aufgerampt.
  • Bei Verwendung dieser beiden Prädiktionen liegt somit zwischen Start des Verfahrens und komplett geschlossener Kupplung ein besonders kurzes Zeitintervall. Ferner ist der Antrieb zum Synchronzeitpunkt sehr exakt drehzahlgleich mit der Getriebeeingangswelle und liefert wegen des Einstellens auf „dynamisch Null“ kein Antriebsdrehmoment, oder nur ein einstellbares Initialmoment. Dies hat den Vorteil, dass das Einkuppeln (Schließen der Kupplung) besonders sanft und schnell erfolgen kann. Außerdem wird das Radmoment wegen der Abwesenheit von Schlupf allein durch die Antriebsaggregate (und nicht eine schlupfende Kupplung) bestimmt, wodurch ein besonders schneller und reproduzierbarer Radmomentenaufbau umsetzbar ist (Komfort- und Dynamikgewinn).
  • Vorzugsweise wird das SOLL-Antriebsmoment vor dem Einstellzeitpunkt derart eingestellt, dass das SOLL-Antriebsmoment einem Maximalmoment des Antriebs, insbesondere eines Hybridantriebs, entspricht. Dies hat den Vorteil, dass eine Antriebsdrehzahl besonders schnell der Eingangswellendrehzahl anpassbar ist. Der Synchronzeitpunkt wird somit besonders schnell nach Start des Verfahrens erreicht. Ein Antriebsmoment ist somit schneller auf die Räder des Fahrzeugs bzw. Hybridfahrzeugs übertragbar. Hierdurch wird die Fahrdynamik des Fahrzeugs beim Reaktivieren des Antriebs verbessert.
  • Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das SOLL-Antriebsmoment zu dem Einstellzeitpunkt vor dem Synchronzeitpunkt sprunghaft auf dynamisch null eingestellt wird. Hierdurch wird ein besonders schnelles Erreichen des Synchronzeitpunkts bewirkt. Dies hat den Vorteil, dass zwischen Start des Verfahrens und komplett geschlossener Kupplung ein besonders kurzes Zeitintervall liegt.
  • Es ist bevorzugt, dass das SOLL-Antriebsmoment nach dem Einstellzeitpunkt und vor dem Synchronzeitpunkt auf ein Fahrerwunschmoment eingestellt (aufgeblendet) wird. Hierbei ist bevorzugt, dass das IST-Antriebsmoment beim Synchronzeitpunkt auf dynamisch null liegt. Die Geschwindigkeit des Aufblendens des SOLL-Antriebsmoments auf das Fahrerwunschmoment ist vorzugsweise applikativ wählbar. Erfahrungsgemäß führt eine schnellere Aufblendgeschwindigkeit zu einer höheren Fahrdynamik, und einem unmittelbareren (im Extremfall stoßartigen) Ankoppelgefühl.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird das Verfahren aufgrund einer Betätigung eines Gaspedals des Fahrzeugs ausgeführt. Dies entspricht demnach beispielsweise einer Situation, in der ein Fahrzeug bei abgeschaltetem Antrieb sowie geöffneter Kupplung rollt und der Fahrer das Gaspedal betätigt. Alternativ kann das Verfahren auch durchgeführt werden, wenn ein Tempomat des Fahrzeugs eine Geschwindigkeit vorgibt und das rollende Fahrzeug unter diese Geschwindigkeit verzögert.
  • Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass ein Verbrennungsmotor des Antriebs, insbesondere des Hybridantriebs, direkt nach dem Anfang der Betätigung des Gaspedals gestartet wird. Somit ist der Synchronzeitpunkt besonders schnell erreichbar und eine Fahrdynamik des Fahrzeugs somit verbessert.
  • Vorzugsweise ist das SOLL-Antriebsmoment direkt nach der Betätigung des Gaspedals größer oder gleich einem SOLL-Antriebsmoment unmittelbar vor dem Schließen der Kupplung. Hierdurch werden ebenfalls ein schnelles Erreichen des Synchronzeitpunkts sowie eine Verbesserung der Fahrdynamik des Fahrzeugs, insbesondere des Hybridfahrzeugs, erzielt.
  • Besonders bevorzugt wird die Kupplung zum Synchronzeitpunkt sprunghaft geschlossen. Dies ist insbesondere möglich, da die Antriebsdrehzahl sowie die Eingangswellendrehzahl durch die Prädiktion zu diesem Zeitpunkt exakt gleich groß sind, und weil das wirkende Antriebsmoment zum Synchronzeitpunkt dynamisch Null ist, d.h. ein Abtriebsmoment von Null erzeugt. Ein sprunghaftes Schließen der Kupplung hat den Vorteil, dass Antriebsdrehmoment besonders schnell vom Antrieb bzw. Hybridantrieb auf die Räder übertragbar ist. Hierdurch wird die Fahrdynamik weiter verbessert. Außerdem hat ein sprunghaftes Schließen der Kupplung den Vorteil, dass das Radmoment nachfolgend nur durch das Antriebsaggregat (Motor und E-Maschine) erzeugt wird und nicht durch die schlupfende Kupplung, wodurch ein besonders reproduzierbarer und wohldefinierter Radmomentenaufbau erreicht wird. Hieraus ergibt sich ein Komfortgewinn für die Insassen des Fahrzeugs.
  • Es ist bevorzugt, dass das IST-Antriebsmoment vor dem Schließen der Kupplung bei niedrigen Drehzahlen (kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors) im Wesentlichen nicht von der Fahrkupplung, sondern mittels eines Elektromotors des Antriebs bzw. des Hybridantriebs erzeugt wird. Somit erfolgt das Annähern der Antriebsdrehzahl an die Eingangswellendrehzahl zunächst über den Elektromotor des Hybridantriebs bzw. zumindest im Wesentlichen vom Elektromotor des Hybridantriebs. Dies hat den Vorteil, dass der Synchronzeitpunkt besonders komfortabel und schnell erreichbar und die Fahrdynamik somit verbessert ist. Bei höheren Drehzahlen ist es bevorzugt, dass zumindest ein Teil des IST-Hybridantriebsmoments vom Verbrennungsmotor erzeugt wird, da ein maximal mögliches Antriebsmoment des Elektromotors mit steigender Drehzahl abnimmt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Antrieb als Mild-Hybridantrieb ausgebildet. Bei einem Mild-Hybrid dient der Elektromotor einer Unterstützung des Verbrennungsmotors zum Starten sowie zur Leistungssteigerung und zur Rekuperation. Der Verbrennungsmotor eines Mild-Hybridfahrzeugs verfügt über eine Start-Stop-Automatik und ist während eines Rollvorgangs abschaltbar sowie wieder startbar. Beim Starten des Verbrennungsmotors bei rollendem Fahrzeug, z.B. aufgrund einer Eingabe eines Fahrerwunschdrehmoments, wie z.B. durch Betätigung des Gaspedals, ist ein schnelles sowie schlupffreies Kuppeln für eine verbesserte Fahrdynamik sowie einen besseren Fahrkomfort von Vorteil.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeug mit einem Antrieb, insbesondere ein Hybridfahrzeug mit einem Hybridantrieb, einem Getriebe zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments auf Räder sowie einer Kupplung. Bei offener Kupplung ist der Antrieb von dem Getriebe getrennt und bei geschlossener Kupplung der Antrieb mit dem Getriebe gekoppelt. Der Antrieb weist mindestens einen Verbrennungsmotor auf, wobei der Verbrennungsmotor während des Rollens des Fahrzeugs ausschaltbar sowie wieder einschaltbar ist. Das Fahrzeug ist zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist dieselben Vorteile auf wie das erfindungsgemäße Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. In den Figuren sind dieselben Merkmale mit denselben Bezugszeichen versehen. In den Figuren zeigt jeweils schematisch:
    • 1 ein Diagramm eines Drehzahlverlaufs der Antriebsdrehzahl während der Durchführung des Verfahrens; und
    • 2 ein Diagramm eines Drehmomentverlaufs eines SOLL-Antriebsdrehmoments sowie IST-Antriebsdrehmoments während der Durchführung des Verfahrens.
  • 1 zeigt in einem Diagramm eine zeitliche Entwicklung einer Antriebsdrehzahl 2 eines Antriebs, wie z.B. eines Hybridantriebs, während der Durchführung des Verfahrens, wobei die Abszisse die Zeit t und die Ordinate die Drehzahl D bezeichnen. 2 zeigt in einem Diagramm eine zeitliche Entwicklung eines SOLL-Antriebsdrehmoments sowie IST-Antriebsdrehmoments während der Durchführung des Verfahrens, wobei die Abszisse die Zeit t und die Ordinate das Drehmoment M bezeichnen.
  • Die Eingangswellendrehzahl 1 ist in diesem Beispiel bis zum Synchronzeitpunkt t2 etwa konstant und entspricht somit der Synchrondrehzahl DS. Das bedeutet, dass sich das Fahrzeug innerhalb des dargestellten Zeitraums gleichförmig bzw. im Wesentlichen gleichförmig fortbewegt. Diese Näherung kann angenommen werden, da das dargestellte Zeitintervall von t0 bis t2 nur wenige hundert Millisekunden, z.B. 400 ms, beträgt und das Fahrzeug aufgrund seiner Trägheit innerhalb dieses Zeitintervalls seine Geschwindigkeit nur geringfügig ändern kann.
  • Wie aus 2 ersichtlich, wird zum Startzeitpunkt t0 ein SOLL-Antriebsmoment 3 der Höhe eines Startmoments Ms eingestellt. Das Startmoment Ms entspricht in diesem Beispiel einem maximalen Drehmoment eines Elektromotors eines als MILD-Hybrid ausgebildeten Antriebs bzw. Hybridantriebs. Das SOLL-Antriebsmoment 3 ist in diesem Beispiel bis zum Einstellzeitpunkt t1 konstant. Mit einer kurzen Verzögerung läuft das IST-Antriebsmoment 4 dem SOLL-Antriebsmoment 3 hinterher, so dass das IST-Antriebsmoment 4 erst zum Nachlaufzeitpunkt t3 einsetzt.
  • 1 zeigt, dass durch das konstante IST-Antriebsmoment 4 die Antriebsdrehzahl 2 des Antriebs bzw. Hybridantriebs vom Nachlaufzeitpunkt t3 an linear erhöht wird. Durch wiederholtes Ermitteln der Antriebsdrehzahl 2 und Eingangswellendrehzahl 1 ist ein Synchronzeitpunkt t2 bereits vor dem Erreichen des Synchronzeitpunkts t2 ermittelbar, z.B. durch Interpolation. Somit ist der Einstellzeitpunkt t1 bestimmt, an dem das SOLL-Antriebsmoment 3 auf dynamisch null MD0 abgesenkt werden muss, damit das IST-Antriebsmoment 4 zum Synchronzeitpunkt t2 dynamisch null MD0 beträgt.
  • Wie aus 1 ersichtlich, sind Eingangswellendrehzahl 1 und Antriebsdrehzahl 2 zum Synchronzeitpunkt t2 gleich und entsprechen einer Synchrondrehzahl DS. Zu diesem Synchronzeitpunkt t2 wird die Kupplung, vorzugsweise sprunghaft, geschlossen. Zum prädizierten Anweisen des Schließens der Kupplung wird ein identischer, die Signalverzögerungs- und Aktorreaktionszeiten berücksichtigendes Verfahren verwendet wie für die Kontrolle des Start- und Motormoments (nicht dargestellt). Solange die Kupplung geschlossen ist, entspricht die Eingangswellendrehzahl 1 der Antriebsdrehzahl 2, da Antrieb und Eingangswelle miteinander gekoppelt sind.
  • Wie aus 2 ersichtlich, wird das SOLL-Antriebsmoment 3 zum Einstellzeitpunkt t1 bis zum Erreichen des Zieldrehmoments Mz erhöht, beispielsweise linear. Da das IST-Antriebsmoment 4 dem SOLL-Antriebsmoment 3 zeitlich nachläuft, wird das IST-Antriebsmoment 4 erst vom Synchronzeitpunt t2 bis zu einem Zielmomentzeitpunkt t4 gleichmäßig von dynamisch null MD0 bis zu einem gewünschten Zieldrehmoment Mz erhöht. Hierdurch wird eine weitere Erhöhung der Antriebsdrehzahl 2 (und der Eingangswellendrehzahl 1) bewirkt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Eingangswellendrehzahl
    2
    Antriebsdrehzahl
    3
    SOLL-Antriebsmoment
    4
    IST-Antriebsmoment
    D
    Drehzahl
    DS
    Synchrondrehzahl
    M
    Drehmoment
    MD0
    dynamisch null
    MS
    Startdrehmoment
    MZ
    Zieldrehmoment
    t
    Zeit
    t0
    Startzeitpunkt
    t1
    Einstellzeitpunkt des Start-/Motormoments
    t2
    Synchronzeitpunkt
    t3
    Nachlaufzeitpunkt
    t4
    Zielmomentzeitpunkt

Claims (9)

  1. Verfahren zum Einkoppeln eines Antriebs an eine Getriebeeingangswelle eines rollenden Fahrzeugs, aufweisend die Schritte: - wiederholtes Ermitteln einer Eingangswellendrehzahl (1) sowie einer Eingangswellendrehzahlentwicklung einer Getriebeeingangswelle, - wiederholtes Ermitteln einer Antriebsdrehzahl (2) sowie einer Antriebsdrehzahlentwicklung des Antriebs, - Annähern der Antriebsdrehzahl (2) an die Eingangswellendrehzahl (1), - Bestimmen eines Synchronzeitpunkts (t2) an dem Eingangswellendrehzahl (1) und Antriebsdrehzahl (2) in Abhängigkeit der ermittelten Eingangswellendrehzahlentwicklung sowie Antriebsdrehzahlentwicklung voraussichtlich übereinstimmen werden, und - Einkoppeln des Antriebs mit der Eingangswelle zum bestimmten Synchronzeitpunkt (t2) durch Schließen einer Kupplung, wobei ein SOLL-Antriebsmoment (3) des Antriebs zu einem Einstellzeitpunkt (t1) vor dem Synchronzeitpunkt (t2) derart eingestellt wird, dass ein IST-Antriebsmoment (4) des Antriebs zum bestimmten Synchronzeitpunkt (t2) dynamisch null (MD0) beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das SOLL-Antriebsmoment (3) vor dem Einstellzeitpunkt (t1) derart eingestellt wird, dass das SOLL-Antriebsmoment (3) einem Maximalmoment des Antriebs entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das SOLL-Antriebsmoment (3) zu dem Einstellzeitpunkt (t1) vor dem Synchronzeitpunkt sprunghaft auf dynamisch null (MD0) eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das SOLL-Antriebsmoment (3) nach dem Einstellzeitpunkt (t1) bereits vor dem Synchronzeitpunkt (t2) auf ein Fahrerwunschmoment (MZ) eingestellt oder aufgeblendet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aufgrund einer Betätigung eines Gaspedals des Fahrzeugs ausgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbrennungsmotor des Antriebs direkt nach dem Anfang der Betätigung des Gaspedals gestartet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das SOLL-Antriebsmoment (3) direkt nach der Betätigung des Gaspedals größer oder gleich einem SOLL-Antriebsmoment (3) unmittelbar vor dem Schließen der Kupplung ist.
  8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das IST-Antriebsmoment (4) vor dem Schließen der Kupplung im Wesentlichen mittels eines Elektromotors des Antriebs erzeugt wird.
  9. Fahrzeug mit einem Antrieb, einem Getriebe zum Übertragen eines Antriebsdrehmoments auf Räder sowie einer Kupplung, wobei bei offener Kupplung der Antrieb von dem Getriebe getrennt und bei geschlossener Kupplung der Antrieb mit dem Getriebe gekoppelt ist, wobei der Antrieb mindestens einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei der Verbrennungsmotor während des Rollens des Fahrzeugs ausschaltbar sowie wieder einschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.
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