DE102016224006A1 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeugs, umfassend zumindest eine elektrische Maschine (1), einen mit der elektrischen Maschine (1) verbundenen oder verbindbaren Verbrennungsmotor (9), sowie ein Getriebe (2) zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle (21) und einer Abtriebswelle (22) des Getriebes (2), wobei das Getriebe (G) einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (3) sowie eine Überbrückungskupplung (3B) aufweist, welche parallel zueinander im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (1) und der Antriebswelle (21) angeordnet sind, wobei bei einem Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs, bei welchem die elektrische Maschine (1) zur Verzögerung des Hybridfahrzeugs generatorisch betrieben wird, die Überbrückungskupplung (3B) bis zum Erreichen einer Grenzdrehzahl (nt) der Antriebswelle (21) oder der Abtriebswelle (22) geschlossen bleibt, wobei nach Erreichen oder Unterschreiten der Grenzdrehzahl (nt) die Überbrückungskupplung (3B) geöffnet wird, wobei zeitlich vor dem Öffnen der Überbrückungskupplung (3B) die elektrische Maschine (1) vom generatorischen Betrieb in den motorischen Betrieb wechselt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeugs, sowie ein Antriebsstrangmodul eines Hybridfahrzeugs mit einer Steuereinheit zur Steuerung dieses Verfahrens.
  • Hybridfahrzeuge weisen zumindest zwei Antriebsquellen zum Antrieb des Hybridfahrzeugs auf, darunter einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine. Durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine kann bei einem Verzögerungsvorgang die kinetische Energie des Hybridfahrzeugs einem Energiespeicher zugeführt werden, sodass diese zu einem späteren Zeitpunkt nutzbar gemacht werden kann.
  • Die Patentanmeldung DE 10 2005 062 452 A1 beschreibt ein solches Verfahren bei einem Hybridfahrzeug, bei welchem ein hydraulischer Momentenwandler mit Überbrückungskupplung zwischen den Verbrennungsmotor und einem Getriebe zwischengeschaltet ist. Darin wird vorgeschlagen, bei einem Verzögerungsvorgang unter regenerativer Energieerzeugung die Überbrückungskupplung bis zu einer vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit geschlossen zu halten, und die Überbrückungskupplung bei Unterschreiten der vordefinierten Fahrzeuggeschwindigkeit zu öffnen. Bei geöffneter Überbrückungskupplung wird das generatorische Moment der elektrischen Maschine auf einen geringeren Wert reduziert.
  • Soll ein Hybridfahrzeug bei einer derartigen Steuerung vor dem vollständigen Stillstand wieder beschleunigt werden, so muss der Antriebsstrang vom Schubbetrieb in den Zugbetrieb überführt werden. Es ist nun Aufgabe der Erfindung das oben beschriebene Verfahren derart weiterzuentwickeln, sodass ein solcher Lastwechsel unter Aufrechterhaltung eines hohen Fahrkomforts ermöglicht wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren. In Patentanspruch 7 wird zudem ein Antriebsstrangmodul mit einer Steuereinheit zur Steuerung des in Anspruch 1 angegeben Verfahrens zur Lösung der Aufgabe angegeben.
  • Das Verfahren ist zum Betrieb des Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs geeignet, welcher zumindest eine elektrische Maschine, einen mit der elektrischen Maschine verbundenen oder verbindbaren Verbrennungsmotor, sowie ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes aufweist. Das Getriebe umfasst einen hydrodynamischen Drehmomentwandler sowie eine Überbrückungskupplung, welche parallel zueinander im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle angeordnet sind. Die elektrische Maschine kann ebenso Bestandteil des Getriebes sein, oder ist alternativ dazu separat vom Getriebe ausgebildet.
  • Bei einem Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs, bei welchem die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird, bleibt die Überbrückungskupplung bis zum Erreichen einer Grenzdrehzahl der Antriebswelle oder der Abtriebswelle geschlossen. Dazu wird die Drehzahl der Antriebswelle und/oder der Abtriebswelle mittels eines Drehzahlsensors erfasst. Der Drehzahlsensor erfasst dabei entweder die Wellendrehzahl unmittelbar, oder mittelbar durch Ermittlung der Drehzahl einer anderen Welle, welche mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle in konstantem Übersetzungsverhältnis steht. Insbesondere kann auch die Antriebsraddrehzahl des Hybridfahrzeugs zur Erfassung der Grenzdrehzahl verwendet werden. Wird die Grenzdrehzahl erreicht oder unterschritten, so wird die Überbrückungskupplung geöffnet.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die elektrische Maschine zeitlich vor dem Öffnen der Überbrückungskupplung vom generatorischen Betrieb in einen motorischen Betrieb zu überführen, sodass zum Zeitpunkt des Öffnens der Überbrückungskupplung die elektrische Maschine ein geringes Drehmoment abgibt. In anderen Worten wird das Rekuperationsmoment vor dem Öffnen der Überbrückungskupplung vollständig abgebaut, und ein Lastwechsel in den Zugbetrieb durchgeführt. Dadurch wird gewährleistet, dass nach dem Öffnen der Überbrückungskupplung die Pumpendrehzahl des Drehmomentwandlers einen höheren Wert annimmt als die Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers. Soll das Hybridfahrzeug aus dem Verzögerungsvorgang heraus, vor Erreichen des Fahrzeugstillstands wieder beschleunigt werden, so muss die Pumpendrehzahl die Turbinendrehzahl nicht erst überholen. Dadurch kann ein Lastwechselschlag beim Beschleunigungsvorgang vermieden werden.
  • Vorzugsweise ist die Grenzdrehzahl bei Bezug zur Antriebswellendrehzahl kleiner als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, beispielsweise zwischen 150 und 300 Umdrehungen pro Minute. Der Verbrennungsmotor selbst ist beim Verzögerungsvorgang bevorzugt von der elektrischen Maschine getrennt und/oder abgeschaltet, um die Rekuperation der kinetischen Energie des Hybridfahrzeugs zu maximieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Drehzahl der elektrischen Maschine auf den Wert Null reduziert, sobald der Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs zu einem Anhalten desselben geführt hat. In einem solchen Fall war das Überführen der elektrischen Maschine in den motorischen Betrieb vor dem Öffnen der Überbrückungskupplung nicht von Bedeutung. Ein weiterer motorischer Betrieb der elektrischen Maschine ist daher nicht mehr notwendig. Dies verbessert die Energieeffizienz des Hybridfahrzeugs.
  • Gemäß einer alternativen Ausgestaltung wird die Drehzahl der elektrischen Maschine auf einem vorgegebenen Wert gehalten, sobald der Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs zu einem Anhalten desselben geführt hat. Sollte das Hybridfahrzeug nach Erreichen des Stillstands wieder anfahren, so kann der Anfahrvorgang durch ein Aufrechterhalten der Drehzahl beschleunigt werden. (A6) Findet nach Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen Zeitspanne allerdings kein Anfahrvorgang statt, so wird die Drehzahl der elektrischen Maschine auf den Wert Null reduziert.
  • Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs angegeben, welches zumindest eine Steuereinheit, eine elektrische Maschine, eine mit der elektrischen Maschine verbundene oder verbindbare Schnittstelle zu einem Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs, sowie ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes umfasst. Ein Drehmomentwandler und eine Überbrückungskupplung sind parallel zueinander im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle angeordnet. Die Steuereinheit ist dabei zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der beigefügten Figur detailliert beschrieben. 1 zeigt dazu einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs.
  • 1 zeigt schematisiert einen als Parallelhybrid-Antriebsstrang ausgebildeten Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang verfügt über einen Verbrennungsmotor 9 und eine elektrische Maschine 1, wobei zwischen den Verbrennungsmotor 9 und die elektrische Maschine 1 eine Trennkupplung 10 geschaltet ist. Ferner umfasst der Antriebsstrang der 1 ein Getriebe 2 mit einer Antriebswelle 21 und einer Abtriebswelle 22, sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 3 im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine 1 und der Antriebswelle 21. Parallel zum Drehmomentwandler 3 ist eine Überbrückungskupplung 3B angeordnet. Die Trennkupplung 10, die elektrische Maschine 1, der Drehmomentwandler 3, die Überbrückungskupplung 3B sowie das Getriebe 2 sind vorzugsweise Bestandteile eines Antriebsstrangmoduls, welches eine Schnittstelle zum Verbrennungsmotor 9 aufweist. Die Abtriebswelle 22 steht in Triebverbindung mit nicht dargestellten Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs.
  • Soll ein mit dem Antriebsstrang der 1 ausgestattetes Kraftfahrzeug allein mit Hilfe der elektrischen Maschine 1 anfahren, so kann dies mit schlupfendem Wandler oder mit über die geschlossene Überbrückungskupplung 3B überbrücktem Wandler erfolgen. Bei einem Anfahrvorgang mit schlupfendem Wandler kann die elektrische Maschine 1 eine beliebige Drehzahl aufweisen, während die Abtriebswelle 22 stillsteht, beispielsweise durch Betätigung einer Betriebsbremse des Kraftfahrzeugs. Bei einem Anfahrvorgang mit geschlossener Überbrückungskupplung 3B sind die Drehzahlen von elektrischer Maschine 1 und Abtriebswelle 22 durch das im Getriebe 2 gewählte Übersetzungsverhältnis gekoppelt.
  • Dann, wenn mit dem Antriebsstrang gemäß 1 rein elektrisch gefahren wird, ist der Verbrennungsmotor 9 typischerweise stillgesetzt und die zwischen dem Verbrennungsmotor 9 und die elektrische Maschine 1 geschaltete Trennkupplung 10 vollständig geöffnet. Im Hybridbetrieb hingegen, in welchem sowohl der Verbrennungsmotor 9 als auch die elektrische Maschine 1 laufen und Antriebsmoment bereitstellen, ist die zwischen dem Verbrennungsmotor 9 und die elektrische Maschine 1 geschaltete Trennkupplung 10 geschlossen.
  • Bei einer Ausbildung des Antriebsstrangs ohne Trennkupplung 10 ist die elektrische Maschine 1 mit dem Verbrennungsmotor 9 ständig verbunden. Eine rein elektrische Fahrt ist dabei nur unter Mitschleppen des Verbrennungsmotors 9 möglich. Die Trennkupplung 10 kann durch einen Freilauf ersetzt werden, welcher eine Drehmomentübertragung ausgehend vom Verbrennungsmotor 9 zur elektrischen Maschine 1 hin zulässt, in die andere Richtung jedoch unterbindet.
  • Der Betrieb des Verbrennungsmotors 9 wird von einer Motorsteuerung und der Betrieb des Getriebes 2 von einer Getriebesteuerung gesteuert bzw. geregelt. Zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs der elektrischen Maschine 1 ist typischerweise eine Hybridsteuerung vorhanden. Die Überbrückungskupplung 3B wird von einer Anfahrelementsteuerung gesteuert bzw. geregelt.
  • Typischerweise sind die Anfahrelementsteuerung und die Getriebesteuerung in einer gemeinsamen Steuereinheit implementiert, nämlich in einer Getriebesteuerungseinrichtung. Auch die Hybridsteuerung kann Bestandteil der Getriebesteuerungseinrichtung sein. Die Motorsteuerung ist typischerweise Bestandteil einer separaten Steuerungseinrichtung, nämlich einer Motorsteuerungseinrichtung. Motorsteuerungseinrichtung und Getriebesteuerungseinrichtung tauschen untereinander Daten aus.
  • 2 zeigt den zeitlichen Verlauf verschiedener Größen des Antriebstrangs, darunter eine Drehzahl 1n der elektrischen Maschine 1, eine Drehzahl 21n der Antriebswelle 21, sowie ein Drehmoment 1t der elektrischen Maschine 1. Zu einem Zeitpunkt T0 findet ein Verzögerungsvorgang statt, wobei im Getriebe 2 ein Gang eingelegt ist. Die elektrische Maschine 1 bremst dabei das Fahrzeug durch generatorischen Betrieb, also einem Drehmoment 1t kleiner Null. Die Überbrückungskupplung 3B ist geschlossen, sodass die Antriebswellendrehzahl 21n gleich der Elektromaschinendrehzahl 1n ist. Zu einem späteren Zeitpunkt T1 erreicht die Antriebswellendrehzahl 21n eine Grenzdrehzahl nt, woraufhin die Überbrückungskupplung 3B geöffnet wird. Zeitlich vor dem Zeitpunkt T1 wurde das generatorische Drehmoment 1t der elektrischen Maschine 1 abgebaut und ein geringes motorisches Drehmoment 1t angelegt, sodass die elektrische Maschine 1 zum Zeitpunkt T1 bereits Drehmoment an den Antriebsstrang abgibt statt aufnimmt.
  • Nach dem Zeitpunkt T1 sinkt die Antriebswellendrehzahl 21n weiter, beispielsweise indem die Betriebsbremse des Hybridfahrzeugs entsprechend betätigt wird. Im Getriebe 2 ist weiterhin ein Gang eingelegt. Die Drehzahl 1n hingegen wird auf einen vorgegebenen Wert gehalten, welche beispielhaft gleich der Grenzdrehzahl nt ist.
  • Zum Zeitpunkt T2 erreicht die Antriebswellendrehzahl 21n den Wert Null, wodurch bei im Getriebe 2 eingelegtem Gang ein Anhalten des Hybridfahrzeugs charakterisiert ist. Hat das Hybridfahrzeug angehalten, so wird das Drehmoment 1t auf Null reduziert, sodass die Drehzahl 1n auf Null abfällt. Alternativ dazu wird das Drehmoment 1t für eine vorgegebene Zeitspanne auf einem vorgegebenen Wert gehalten, und erst dann auf Null reduziert. Dies ist in 2 durch den Verlauf 1n', 1t' dargestellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektrische Maschine
    1n
    Drehzahl der elektrischen Maschine
    nt
    Grenzdrehzahl
    1t
    Drehmoment der elektrischen Maschine
    2
    Getriebe
    21
    Antriebswelle
    21n
    Antriebswellendrehzahl
    22
    Abtriebswelle
    3
    Drehmomentwandler
    3B
    Überbrückungskupplung
    9
    Verbrennungsmotor
    10
    Trennkupplung
  • 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 102005062452 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeugs, umfassend zumindest eine elektrische Maschine (1), einen mit der elektrischen Maschine (1) verbundenen oder verbindbaren Verbrennungsmotor (9), sowie ein Getriebe (2) zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle (21) und einer Abtriebswelle (22) des Getriebes (2), wobei das Getriebe (G) einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (3) sowie eine Überbrückungskupplung (3B) aufweist, welche parallel zueinander im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (1) und der Antriebswelle (21) angeordnet sind, wobei bei einem Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs, bei welchem die elektrische Maschine (1) zur Verzögerung des Hybridfahrzeugs generatorisch betrieben wird, die Überbrückungskupplung (3B) bis zum Erreichen einer Grenzdrehzahl (nt) der Antriebswelle (21) oder der Abtriebswelle (22) geschlossen bleibt, wobei nach Erreichen oder Unterschreiten der Grenzdrehzahl (nt) die Überbrückungskupplung (3B) geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zeitlich vor dem Öffnen der Überbrückungskupplung (3B) die elektrische Maschine (1) vom generatorischen Betrieb in den motorischen Betrieb wechselt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzdrehzahl (nt) bei Bezug zur Antriebswelle (21) kleiner ist als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors (9).
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzdrehzahl (nt) bei Bezug zur Antriebswelle (21) zwischen 150 und 300 Umdrehungen pro Minute beträgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (1n) der elektrischen Maschine (1) auf den Wert Null reduziert wird, sobald der Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs zu einem Anhalten desselben geführt hat.
  5. Verfahren nach der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (1n) der elektrischen Maschine (1) durch motorischen Betrieb der elektrischen Maschine (1) auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird, sobald der Verzögerungsvorgang des Hybridfahrzeugs zu einem Anhalten desselben geführt hat.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erreichen oder Überschreiten einer vorgebbaren Zeitspanne nach dem Anhalten des Hybridfahrzeugs die Drehzahl (1n) der elektrischen Maschine (1) auf den Wert Null reduziert wird, sofern innerhalb der vorgebbaren Zeitspanne kein Anfahrvorgang des Hybridfahrzeugs stattfindet.
  7. Antriebsstrangmodul eines Hybridfahrzeugs, umfassend zumindest eine Steuereinheit, eine elektrische Maschine (1), eine mit der elektrischen Maschine (1) verbundene oder verbindbare Schnittstelle zu einem Verbrennungsmotor (9) des Hybridfahrzeugs, sowie ein Getriebe (2) zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle (21) und einer Abtriebswelle (22) des Getriebes (2), wobei das Getriebe (2) einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (3) und eine Überbrückungskupplung (3B) aufweist, welche parallel zueinander im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (1) und der Antriebswelle (21) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Steuerung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 eingerichtet ist.
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