DE102017203623A1 - Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten in einem Hybrid-Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Durchführen eines Startvorgangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang umfassend eine Abtriebswelle (9), ein Anfahrelement (5), sowie einen Verbrennungsmotor (1) mit einer Abtriebswelle und eine elektrische Maschine (2), die mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors (1) verbindbar ist, wobei beim Startvorgang zum Vorspannen des Verbrennungsmotors (1) die elektrische Maschine (2) generatorisch betrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere ein Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten („Rennstarts“).
  • Bei den bekannten Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten wird der Triebstrang vor dem eigentlichen Start bereits vorgespannt. Das Vorspannen fördert beispielsweise den Durchsatz durch den Turbolader, damit beim Lösen der Bremse durch den Fahrer spontan Leistung abgefordert werden kann. Bisher wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die Anfahrkupplung verwendet.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 103 05 297 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Steuerung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges im Zusammenhang mit einem Rennstart-Anfahrvorgang („LaunchControl“) bekannt. Diese LaunchControl ermöglicht auf griffiger Fahrbahn eine optimale Fahrzeugbeschleunigung. Diese LaunchControl wird angewählt, indem z.B. bei stehendem Fahrzeug das Schlupfregelsystem deaktiviert oder in Sportmodus versetzt wird, ein spezielles Fahrprogramm gewählt wird, der Wählhebel bei stehendem Fahrzeug in eine bestimmte Position gebracht wird, oder/und die Bremse betätigt wird und gleichzeitig das Gaspedal voll durchgetreten wird. Die LaunchControl wird daraufhin vorbereitet, indem bei teilweise geöffneter („schlupfender“) Kupplung die Motordrehzahl auf einen festen Wert eingeregelt wird. Mit Loslassen des Wählhebels oder alternativ des Bremspedals beschleunigt das Fahrzeug; d.h. der vorbereitete Anfahrvorgang wird anschließend mittels Kupplungsregelung im Sinne einer optimalen Beschleunigung weitergeführt.
  • Das Vorspannen führt allerdings zu einer thermischen Beanspruchung der Kupplung. Die Energie aus dem Kraftstoff wird in thermische Energie umgewandelt, die zu einer Kupplungsbelastung führt. Die vom Motor abgegebene Leistung wird in nicht nutzbare thermische Energie umgewandelt. Es ist eine hohe Kühlleistung erforderlich.
  • Aus dem US-Patent 9,067,593 B2 ist ein Anfahrtsteuerungssystem („LaunchControl“) für ein Hybridfahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe (eCVT) bekannt, bei dem Motorgeschwindigkeit und Motordrehmoment unabhängig von der Radgeschwindigkeit und dem Radmoment gesteuert werden. Dem Drehmoment des Verbrennungsmotors kann durch ein Drehmoment von einem Motorgenerator und durch Aktivierung des Bremspedals durch den Fahrer entgegengewirkt werden. Das Anfahrtsteuerungssystem hat allerdings den Nachteil, dass es für ein Hybridfahrzeug vorgesehen ist, das keine Anfahrkupplung aufweist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine entsprechend eingerichtete Steuerung zum Durchführen eines Startvorgangs eines Kraftfahrzeugs mit Anfahrkupplung bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1, sowie die entsprechend eingerichtete Steuerung nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • Die folgenden Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Durchführen eines Startvorgangs eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantriebsstrang mit Anfahrelement, beispielsweise einem Wandler oder einer Anfahrkupplung. Das Verfahren kann insbesondere bei Hybridfahrzeugen, insbesondere bei Hybridfahrzeugen mit Doppelkupplungsgetriebe zum Einsatz kommen.
  • Das Kraftfahrzeug weist einen Hybridantriebsstrang auf, der eine Abtriebswelle und ein Anfahrelement, beispielsweise einen Wandler oder eine Anfahrkupplung, aufweist, sowie einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle und eine elektrische Maschine, die mit der Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist. Bei dem Verbrennungsmotor handelt es sich vorzugsweise um einen aufgeladenen VKM-Motor, der mit einem Turbolader versehen ist.
  • Beim Startvorgang wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die elektrische Maschine generatorisch betrieben. Durch das Vorspannen des Verbrennungsmotors mittels generatorisch betriebener elektrischer Maschine statt mittels Anfahrkupplung kann eine thermische Belastung der Anfahrkupplung vermieden werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die elektrische Maschine generatorisch betrieben, um eine Batterie, beispielsweise eine Hochvoltbatterie, zu laden. Somit steht für den folgenden Beschleunigungsvorgang mehr elektrische Energie in einer Hochvoltbatterie zur Verfügung. Die Energie für das Vorspannen wird nicht weggekühlt, sondern zweckgebunden weiterverwendet.
  • Der Hybridantriebsstrang kann zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine ferner eine Trennkupplung aufweisen. Durch Schließen der Trennkupplung kann der Verbrennungsmotor belastet werden, um Ladedruck für den Startvorgang aufzubauen.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Ladezustand einer Hochvoltbatterie geprüft, um zu erkennen, ob ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine möglich ist. Ist die Batterie voll geladen, kann der Verbrennungsmotor nicht vorgespannt werden. Dann ist aber umgekehrt gewährleistet, dass die elektrische Maschine einen vollständigen Instationärausgleich leisten kann, dass also in beiden Fällen die Durchführung einer vollwertigen LaunchControl gewährleistet ist.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Vorspannen des Verbrennungsmotors auch durch Belasten des Verbrennungsmotors mit einem Riemen-Starter-Generator erfolgen.
  • Bei dem Startvorgang kann es sich um einen LaunchControl-Start (Rennstart) handeln. Das Verfahren kann beispielsweise im Rahmen einer LaunchControl genutzt werden. Die LaunchControl dient beispielsweise dazu, ein Fahrzeug mit automatisiertem Schaltgetriebe optimal auf die Höchstgeschwindigkeit zu beschleunigen. Im Rahmen einer LaunchControl kann die Schaltautomatik so gesteuert werden, dass beim Anfahren diejenige Drehzahl anliegt, die das Fahrzeug mit optimiertem Radschlupf aus dem Stand am besten beschleunigt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, die oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Bei der Steuerung kann es sich beispielsweise um eine Getriebesteuerung und/oder um eine Motorsteuerung handeln.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise als computerimplementiertes Verfahren in einer Steuerung implementiert werden, die einen oder mehrere Prozessoren, Speicher und Kommunikationsschnittstellen aufweist. Insbesondere kann das Verfahren in Form von Programmbefehlen implementiert werden, die auf einem Prozessor, z.B. eines Getriebesteuerungsmoduls, ausgeführt werden. Die Erfindung ist somit auch auf einen Prozessor gerichtet, der so eingerichtet ist, dass er das beschriebene Verfahren implementiert, bzw. auf Steuerungen, die einen derart eingerichteten Prozessor umfassen.
  • Auch ist ein Kraftfahrzeug Gegenstand dieser Erfindung, das eine derartige Steuerung umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Hybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor und generatorisch betreibbarer elektrischen Maschine handeln.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
    • 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs zeigt;
    • 2 beispielhafte Steuerungen eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten zeigt; und
    • 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten zeigt.
  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs. Die Figur liefert eine schematische und beispielhafte Prinzipdarstellung eines momentenaddierenden Parallelhybrid-Antriebskonzepts. Bei dem Antriebskonzept kann es sich beispielsweise um einen Plug-In-Hybrid-Antriebsstrang mit Einwellen-Parallelhybridtriebstrang oder dergleichen handeln. Ein Parallelhybrid-Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs umfasst einen Verbrennungsmotor 1, ein Zweimassenschwungrad 8 (ZMS), eine elektrische Maschine 2 (EM), ein Getriebe 3 und ein Differential 4. Zwischen elektrischer Maschine 2 und Verbrennungsmotor 1 befindet sich eine regelbare Trennkupplung 10. Die elektrische Maschine 2 und der Verbrennungsmotor 1 sind an eine Abtriebswelle 9 gekoppelt. Das Getriebe 3 umfasst eine Anfahrkupplung 5. Das Getriebe 3 ist beispielsweise als ein elektro-hydraulisch betätigtes Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt, es können aber auch andere Kupplungs- oder Getriebetypen zum Einsatz kommen. Eine als Traktionsbatterie dienende Hochvoltbatterie 6 stellt elektrische Energie einer Leistungselektronik 7 zur Verfügung, die damit die elektrische Maschine 2 betreibt. Die elektrische Maschine 2 kann generatorisch betrieben werden. Mit Hilfe der Trennkupplung 10 (Hybridkupplung oder Wiederstartkupplung) kann der Verbrennungsmotor 1 an das Getriebe 3 gekoppelt werden. Das Hybridfahrzeug kann u.a. in die Betriebsmodi „Elektrisch Fahren“ und „Rekuperation“ betrieben werden. Ferner kann der Verbrennungsmotor 1 mit voller Leistung betrieben werden und zusätzlich kann die elektrische Maschine 2 ein Drehmoment zur Verfügung stellen, um das Gesamtdrehmoment zu erhöhen (Boosten).
  • Wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die Anfahrkupplung 5 verwendet, so führt dies zu einer thermischen Beanspruchung der Anfahrkupplung 5. Aus diesem Grund wird in dem hier beschriebenen Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten beim Vorspannen der Verbrennungsmotor 1 nicht durch die Getriebekupplung 5, sondern anderweitig belastet. Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Hybridfahrzeug die Hochvoltbatterie 6 mit hoher Leistung geladen, um den Verbrennungsmotor 1 vorzuspannen. Dadurch kann eine thermische Belastung der Anfahrkupplung 5 vermieden werden. Zudem steht für den folgenden Beschleunigungsvorgang mehr elektrische Energie in der Hochvoltbatterie 6 zur Verfügung. Die Energie für das Vorspannen wird nicht weggekühlt, sondern zweckgebunden weiterverwendet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Verbrennungsmotor 1 mit der elektrischen Maschine belastet, um Ladedruck für den Start aufzubauen. Dies hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor 1 die für einen Rennstart erforderliche Leistung liefern kann. Dieses Belasten des Verbrennungsmotors 1 kann durch die mit der Abtriebswelle 9 des Verbrennungsmotors verbundene generatorisch betriebene elektrische Maschine 2 erfolgen, indem beispielsweise die Trennkupplung 10 zwischen Verbrennungsmotor 1 und elektrischer Maschine 2 geschlossen wird.
  • 2 zeigt beispielhafte Steuerungen eines Kraftfahrzeugs. Ein Kraftfahrzeug weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Motorsteuerung 11 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1, sowie eine Getriebesteuerung 12 zur Steuerung wenigstens des Getriebes 3 mit der Anfahrkupplung 5 (z.B. Doppelkupplung) und der Trennkupplung 10 auf. Die Getriebesteuerung 12 und die Motorsteuerung 11 beruhen beispielsweise auf Mikroprozessoren und Speicherbausteinen, sowie Kommunikationsschnittstellen. Die Steuerungen 11 und 12 sind programmiert, um die erforderlichen Schritte des erfindungsgemäßen Anfahrsteuerungsverfahrens auszuführen, beispielsweise das Verfahren, das in der folgenden 3 beschrieben ist. Motorsteuerung 11 und Getriebesteuerung 12 können miteinander kommunikativ gekoppelt sein. Auch könnten Motorsteuerung 11 und Getriebesteuerung 12 als eine Steuerung realisiert werden, beispielsweise als ein Prozessor.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Durchführung eines LaunchControl-Starts. In einem Schritt 301 wird der LaunchControl-Modus des Fahrzeugs aktiviert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Fahrer eine entsprechende Anwahltaste des Armaturenbretts betätigt, was ein Launch-Control-Bit in der Motorsteuerung entsprechend setzt. Bei Schritt 302 erkennt das Verfahren, dass die Fahrzeugbremsen vom Fahrer betätigt werden, was eine Voraussetzung für das Durchführen des LaunchControl-Starts darstellt. Bei Schritt 303 erkennt das Verfahren eine Fahrpedalbetätigung des Fahrers. Diese Fahrpedalbetätigung schaltet den „Standby“ der LaunchControl ein. Nach Erkennen der Fahrpedalbetätigung in Schritt 303 schließt die Getriebesteuerung bei Schritt 304 die Trennkupplung und koppelt dadurch den Verbrennungsmotor an die Abtriebswelle. Die Getriebesteuerung regelt nun automatisch eine gewünschte Drehzahl des Verbrennungsmotors ein, die z.B. von der Momentenanforderung durch den Fahrer, vom Ladezustand der Hochvoltbatterie oder anderen Parametern abhängig sein kann. Der Motorsteuerung wird hierfür beispielsweise über die Synchrondrehzahlschnittstelle die gewünschte Soll-/Stalldrehzahl übermittelt. Bei Schritt 305 wird geprüft, ob die Hochvoltbatterie genug Ladekapazität aufweist, um einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zu erlauben. Überschreitet der Ladezustand der Hochvoltbatterie einen vordefinierten Schwellwert (oder ist die Hochvoltbatterie bereits voll geladen), so ist ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine nicht möglich, da die von der elektrischen Maschine erzeugte Energie nicht abgeführt werden kann. In diesem Fall fährt das Verfahren mit Schritt 306 fort. Bei Schritt 306 wird ohne Vorspannung ein vermindertes Startmoment des Verbrennungsmotors aufgebaut und mit dem Anfahrvorgang gemäß Schritte 309 und 310 fortgefahren. Durch das verzögerte Füllen der Luftstrecke des Verbrennungsmotors ergibt sich ein verzögerter Momentenaufbau, welcher aber durch einen entsprechenden Instationärausgleich durch die elektrische Maschine - aufgrund der voll zur Verfügung stehenden Batterieladung - vollständig ausgeglichen werden kann. Beim Instationärausgleich kompensiert die elektrische Maschine Drehmoment, das vom Verbrennungsmotor nicht zur Verfügung gestellt werden kann. Die elektrische Maschine wird aufgrund der vollen Batterieladung dazu genutzt, geforderte Drehmomentänderungen schnell und mit gutem Wirkungsgrad durchzuführen. Ein Vorspannen des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine ist in diesem Fall nicht erforderlich. Wird bei Schritt 305 hingegen erkannt, dass die Hochvoltbatterie nicht voll ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 307 fort. Bei Schritt 307 erfolgt ein Vorspannen des Verbrennungsmotors gegen die elektrische Maschine. Dabei wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors über die Abtriebswelle des Verbrennungsmotors auf die elektrische Maschine übertragen und von dieser aufgenommen. Dadurch wird der Verbrennungsmotor vorgespannt. Die elektrische Maschine wandelt die von ihr aufgenommene mechanische Leistung in elektrische Leistung um und lädt damit die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs. In diesem Fall wird in Schritt 308 das Verbrennungsmotor-Startmoment voll aufgebaut. In einem Schritt 309 wird das Lösen der Fahrzeugbremsen erkannt. Nach dem Lösen der Fahrzeugbremsen schließt in einem Schritt 310 die Getriebesteuerung die Anfahrkupplung und gleichzeitig wird die Ladeleistung (negatives Moment) der elektrischen Maschine abgeschaltet, bzw. in den Boost-Mode (positives Moment der elektrischen Maschine) umgeschaltet. Dadurch wird Drehmoment auf die Fahrzeugräder übertragen, das Fahrzeug setzt sich mit vorgespanntem Verbrennungsmotor in Bewegung.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor (VKM)
    2
    elektrische Maschine (EM)
    3
    Getriebe
    4
    Differential
    5
    Anfahrkupplung / Doppelkupplung
    6
    Hochvoltbatterie
    7
    Leistungselektronik
    8
    Zweimassenschwungrad
    9
    Abtriebswelle des Verbrennungsmotors
    10
    Trennkupplung (Wiederstartkupplung)
    11
    Motorsteuerung
    12
    Getriebesteuerung
  • 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 10305297 A1 [0003]
    • US 9067593 B2 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Durchführen eines Startvorgangs eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang umfassend, ein Anfahrelement (5), sowie einen Verbrennungsmotor (1) mit einer Abtriebswelle und eine elektrische Maschine (2), die mit der Abtriebswelle (9) des Verbrennungsmotors (1) verbindbar ist wobei beim Startvorgang zum Vorspannen des Verbrennungsmotors (1) die elektrische Maschine (2) generatorisch betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Verbrennungsmotor um einen aufgeladenen VKM-Motor handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zum Vorspannen des Verbrennungsmotors (1) die elektrische Maschine (2) generatorisch betrieben wird, um eine Batterie (6) zu laden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei der Hybridantriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor (1) und elektrischer Maschine (2) ferner eine Trennkupplung (10) aufweist und durch Schließen der Trennkupplung (10) der Verbrennungsmotor (1) belastbar ist, um Ladedruck für den Startvorgang aufzubauen.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ferner der Ladezustand der Batterie (6) geprüft wird, um zu erkennen, ob ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine (2) möglich ist.
  6. Verfahren einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei der elektrischen Maschine um einen Riemen-Starter-Generator handelt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Startvorgang um einen LaunchControl-Start handelt.
  8. Steuerung, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche auszuführen.
  9. Kraftfahrzeug, mit einer Steuerung nach Anspruch 8.
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