DE102018106167A1 - Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridantriebsstranges in einem Fahrzeug, bei welchem eine Hybridtrennkupplung (4) einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) trennt oder verbindet, wobei ein durch den Verbrennungsmotor (2) und/oder den Elektromotor (3) ausgegebenes Moment auf Antriebsräder (10) des Hybridfahrzeuges übertragen wird. Bei einem Verfahren, bei welchem Geräuschbelästigungen durch den Antriebsstrang des Hybridfahrzeuges unterbunden werden, wird durch eine Momentennachführung eine Überanpressung der Hybridtrennkupplung (4) abgesenkt, wobei die Hybridtrennkupplung (4) an einer Schlupfgrenze betrieben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridantriebsstranges eines Fahrzeugs, bei welchem eine Hybridtrennkupplung einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor trennt oder verbindet, wobei ein durch den Verbrennungsmotor und/oder den Elektromotor ausgegebenes Moment auf Antriebsräder des Hybridfahrzeuges übertragen wird.
  • Aus der WO 2016/008463 A1 ist ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges bekannt. Dieser Antriebsstrang setzt sich aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor zusammen, die durch eine Hybridtrennkupplung getrennt sind, wobei über ein Getriebe das von dem Verbrennungsmotor und/oder dem Elektromotor erzeugte Drehmoment auf Antriebsräder übertragen wird.
  • Darüber hinaus ist bekannt, dass zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor zur Triebstrangisolation entweder ein Zweimassenschwungrad oder ein allgemeines Dämpfungselement zwischengeschaltet ist. Das Zweimassenschwungrad ist zur optimalen Isolation zwischen Triebstrang und Verbrennungsmotor ausgelegt. Ist die Zweimassenschwungrad-Sekundärmasse als Trennkupplungseingang ausgelegt, ergibt sich zwischen der Hybridtrennkupplung und dem Elektromotor ein weiteres Schwingsystem mit hohen Massenträgheiten, welches Potential für Klappern bzw. Rasseln in dem Hybridantriebsstrang aufweist. Um dies zu verhindern, kann eine Scheibe der Hybridtrennkupplung an den Verbrennungsmotor gekoppelt werden, wobei die Hybridtrennkupplung inklusive Elektromotor die Sekundärmasse des Zweimassenschwungrades darstellen. Alternativ hierzu stellt eine entsprechend große Kupplungsscheibe einen Dämpfer dar, welche das Zweimassenschwungrad ersetzen kann. Ein solcher Scheibendämpfer weist aber einen nur endlichen Verdrehwinkel auf und wird ab einem bestimmten Moment auf Block gehen und ist somit funktionsuntüchtig. Somit ist eine ausreichende Triebstrangisolation nicht bei allen Arten von Antriebssträngen eines Hybridfahrzeuges möglich.
  • Aus der DE 10 2013 214 200 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Getriebes offenbart, bei welchem zur Reduktion oder Unterdrückung von Rasselgeräuschen in einem Doppelkupplungsgetriebe, die Kupplung des nicht ausgewählten Übertragungsstranges zeitlich begrenzt eingerückt wird, so dass diese schlupfend betrieben wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstranges anzugeben, bei welchem Geräusche, die durch den Hybridantriebsstrang bei dessen Betrieb erzeugt werden, vermieden werden.
  • Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass durch eine Momentennachführung eine Überanpressung der Hybridtrennkupplung abgesenkt wird, wobei die Hybridtrennkupplung an einer Schlupfgrenze betrieben wird. Unter der Schlupfgrenze soll im Weiteren eine Kupplungsposition verstanden werden, bei welcher gerade keine Haftung der Hybridtrennkupplung mehr auftritt. Eine solche Momentennachführung führt zur Vermeidung von Resonanzmodi im Hybridantriebstrang durch den Verbrennungsmotor. Dadurch werden entsprechende Geräusche, die durch eine hohe Amplitude der zwischen der Sekundärmasse des Zweimassenschwungrades und des Elektromotors ausgebildeten Schwingungseinheit hervorgerufen werden, unterdrückt. Die Hybridtrennkupplung wird somit nur bis zu einer gewissen maximalen Übertragungskapazität geschlossen, wodurch das Wechselmoment zwischen Zweimassenschwungrad und Elektromotor nicht weiter ansteigen kann. Messtechnisch wird bei der vorgeschlagenen Überanpressung der Hybridtrennkupplung kein makroskopischer Schlupf ermittelt.
  • Vorteilhafterweise wird durch die Momentennachführung die Überanpressung der Hybridtrennkupplung abgesenkt, wenn sich der Hybridantriebsstrang in einem Resonanzmodus befindet. Die vorgeschlagene Lösung führt insbesondere zu einer Absenkung der Amplitude im Resonanzmodus und somit zu einer Unterdrückung der Rasselgeräusche im Hybridantriebsstrang. Die Lösung kann aber auch außerhalb des Resonanzmodus angewendet werden, da keinerlei negative Einflüsse auf die Geräuschbelästigung hervorgerufen werden.
  • In einer Ausgestaltung wird während der Momentennachführung eine Schlupfregelung deaktiviert. Dies ist von Vorteil, da die Schlupfregelung energetisch ungünstig ist und durch die ausgeschaltete Schlupfregelung energetische Verluste reduziert werden. Da Schlupfregelungsprobleme vermieden werden, kann die Strategie zur Geräuschunterdrückung und die Hybridtrennkupplung selbst auch einfacher ausgelegt werden. Die Hybridtrennkupplung ist somit nicht nur als reine Schließkupplung, sondern im Zusammenhang mit der Geräuschbelästigung des Antriebsstranges auch als Strategiekupplung ausgelegt, da sich hierbei für die Schlupfvermeidung geringere Anforderungen an die Response und die Genauigkeit der Hybridtrennkupplung ergeben als bei einer Schlupfregelung.
  • In einer Variante wird an der Schlupfgrenze ein mit einem Offset versehenes Moment des Verbrennungsmotors durch die Hybridtrennkupplung übertragen. Außerhalb des Resonanzmodus bleibt die Hybridtrennkupplung bei Schlupfvermeidung in Haftung, wodurch keine unnötige Reibenergie verschwendet wird.
  • In einer Ausführungsform wird zum Erkennen der Schlupfgrenze eine Differenz zwischen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors und einer Drehzahl des Elektromotors ausgewertet. Dabei handelt es sich um ein rechentechnisches einfaches Verfahren, was zeitnah ausgeführt werden kann.
  • In einer Weiterbildung wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors vor der Differenzbildung gefiltert. Dies führt dazu, dass die gefilterte Drehzahl des Verbrennungsmotors eine Gerade annimmt, um welche die Drehzahl des Elektromotors oszilliert, wodurch die Schlupfgrenze besonders schnell und einfach erkannt werden kann.
  • Vorteilhafterweise wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors über eine Hauptanregungsperiode gefiltert. Bei einem Vierzylinder-Verbrennungsmotor stellt diese Hauptanregungsperiode beispielsweise die halbe Kurbelwellenumdrehung dar. Eine Haftung kann dabei sicher erkannt werden, wenn das Drehzahlsignal des Elektromotors einen häufigen Vorzeichenwechsel aufweist.
  • In einer Ausgestaltung wird zur Erhöhung der Momentengenauigkeit außerhalb der Resonanzphase eine Reibwertadaption durchgeführt und während der Resonanzphase wird der Reibwert konstant gehalten.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipdarstellung eines Hybridantriebes eines Kraftfahrzeuges,
    • 2 eine Prinzipdarstellung eines Schwingungsverhaltens in dem Hybridantriebsstrang,
    • 3 einen Vergleich des Schwingungsverhaltens des Hybridantriebsstranges bei vollständig geschlossener Hybridtrennkupplung und bei Betreiben der Hybridtrennkupplung an der Schlupfgrenze,
    • 4 einen Vergleich der Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Elektromotor bei geschlossene Hybridtrennkupplung und bei Betreiben der Hybridtrennkupplung an der Schlupfgrenze,
    • 5 eine vergrößerte Darstellung der Ausgangssignale von Verbrennungsmotor und Elektromotor zur Bestimmung einer Haftung.
  • In 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Dieser Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 ist direkt hinter dem Verbrennungsmotor 2 eine Kupplung 4 angeordnet. Verbrennungsmotor 2 und Kupplung 4 sind über eine Kurbelwelle 5 miteinander verbunden. Der Elektromotor 3 weist einen drehbaren Rotor 6 und einen feststehenden Stator 7 auf. Die Abtriebswelle 8 der Hybridtrennkupplung 4 ist mit einem Getriebe 9 verbunden, welches ein nicht weiter dargestelltes Koppelelement, beispielsweise eine zweite Kupplung oder einen Drehmomentwandler enthält, das zwischen dem Elektromotor 3 und dem Getriebe 9 angeordnet ist. Das Getriebe 9 überträgt das von dem Verbrennungsmotor 2 und/oder dem Elektromotor 3 erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder 10 des Hybridfahrzeuges. Der Elektromotor 3 und das Getriebe 9 bilden dabei ein Getriebesystem 11, welches beispielsweise von einem hydrostatischen Kupplungsaktor 12 angesteuert wird.
  • Die zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 angeordnete Hybridtrennkupplung 4 wird geschlossen, um den Verbrennungsmotor 2 zu starten oder während eines Boostbetriebes mit antreibendem Verbrennungsmotor 2 und Elektromotor 3 zu fahren.
  • In 2 ist ein Ersatzschaltbild zum Schwingungsverhalten des Hybridantriebsstranges 1 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 2 ist an ein Zweimassenschwungrad 13, 14 angeschlossen, wobei die Sekundärseite 14 des Zweimassenschwungrades mit einer Kupplungsscheibe 15 der Hybridtrennkupplung 4 gekoppelt ist. Alternativ kann die Sekundärseite 14 des Zweimassenschwungrades einen Scheibendämpfer darstellen, welcher mit der Kupplungsscheibe 15 der Hybridtrennkupplung 4 in einer Wirkverbindung steht. Diese Kupplungsscheibe 15 ist mit dem Elektromotor 3 mechanisch verbunden, welcher wiederum mit den Fahrzeugrädern 10 des Hybridfahrzeuges gekoppelt ist. Gegenüber der Kurbelwelle 5 ist ein erster Drehzahlsensor 16 und gegenüber dem Elektromotor 3 ein zweiter Drehzahlsensor 17 angeordnet, welche ihre Signale an eine Motorsteuereinheit 18 übertragen, die aus der Differenz der beiden Drehzahlen bestimmt, ob die Hybridtrennkupplung 4 an einer Schlupfgrenze arbeitet.
  • Um eine Geräuschbelästigung, vorzugsweise ein Rasseln, die durch das Schwingungsverhalten des Schwingsystems Kupplungsscheibe 15 der Hybridtrennkupplung 4 und Elektromotor 3 entsteht, zu unterbinden, steuert die Motorsteuereinheit 18 die Hybridtrennkupplung 4 derart an, dass sie gerade nicht mehr in Haftung ist. Das heißt, die Hybridtrennkupplung 4 befindet sich an der Schlupfgrenze. Zur Einstellung der Schlupfgrenze wird die Hybridtrennkupplung 4 so weit zusammengepresst, dass gerade das Drehmoment des Verbrennungsmotors 2 durch die Hybridtrennkupplung 4 übertragen werden kann. In diesem Fall befindet sich die Hybridtrennkupplung 4 in einer geringen Überanpressung, ist aber nicht vollständig geschlossen. Um die Schlupfgrenze genau einstellen zu können, wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 gefiltert. Bei der Verwendung eines Verbrennungsmotors 2 mit vier Zylindern erfolgt die Filterung über eine halbe Kurbelwellenumdrehung.
  • In den nachfolgenden Diagrammen ist ein Schwingungsverhalten der geschlossenen Hybridtrennkupplung 4 (Spalte I) einem Schwingungsverhalten der in einer geringen Überanpressung betriebenen Hybridtrennkupplung (Spalte II) gegenübergestellt. In 3 ist in der Zeile a ein Kupplungsmoment TC_eng des Verbrennungsmotors 2 (Kurve 1) einem Kupplungsmoment TC_I des Elektromotors 3 (Kurve 2) gegenübergestellt. Die Zeile b zeigt die Drehzahl n_hub der Kupplungsscheibe 15 (Kurve 3) gegenüber der Drehzahl n_Sec der Sekundärseite 14 des Zweimassenschwingrades (Kurve 4). In der Zeile c ist dem gegenübergestellt die Drehzahl n_Sec der Sekundärseite 14 des Zweimassenschwungrades (Kurve 5) zur Drehzahl n_Pri der Primärseite 13 des Zweimassenschwungrades 13, 14 (Kurve 6). In der Zeile d ist die Drehzahl n_EM des Elektromotors 3 in beiden Kupplungszuständen (Spalte I, II) in Kurve 7 gezeigt. Wie aus der Spalte I bei der geschlossenen Hybridtrennkupplung 4 hervorgeht, schwingt die Drehzahl des Elektromotors 3 um die gefilterte Drehzahl des Verbrennungsmotors 2. Demgegenüber ist in der Spalte II bei der Arbeit der Hybridtrennkupplung 4 an der Schlupfgrenze die Momentenübertragung der Hybridtrennkupplung 4 limitiert. Bei geschlossener Hybridtrennkupplung 4 schwingt die Kupplungsscheibe 15 in Kurve 3 annähernd sinusförmig, während in der Spalte II bei der Überanpressung der Hybridtrennkupplung 4 an einer Schlupfgrenze der Schlupf zwar in mikroskopischer Skala auftritt, die Schwingung kann sich aber nicht makroskopisch aufbauen. Der Vergleich von Zeile c zeigt, dass sich aufgrund der Funktion der Hybridtrennkupplung 4 an der Schlupfgrenze die Drehzahl der Sekundärseite 14 gegenüber der Drehzahl der Primärseite 13 des Zweimassenschwungrades stark dämpft. Diese Übertragung der Schwingungen hat zur Folge, dass die Drehzahl n_EM des Elektromotors 3 (Spalte 11, d) wesentlich geringer oszilliert.
  • Zum besseren Verständnis sind in 4 die Drehzahl n_EM des Elektromotors 3, die Drehzahl n_Pri der Primärseite 13 des Zweimassenschwungrades und die Drehzahl n_Sec der Sekundärseite 14 des Zweimassenschwungrades deutlicher dargestellt. Auch hier geht hervor, dass bei geschlossener Hybridtrennkupplung 4 in 4a die Drehzahl n_EM des Elektromotors 3 im Bereich zwischen 4 und 6 s bei 1,2-1,6 U/min eine hohe Resonanz aufweist. Durch Anwendung der geringeren Überanpressung der nahezu geschlossenen Hybridtrennkupplung 4 wird die Drehzahl n_EM des Elektromotors 3 nahezu vollständig gedämpft.
  • 5 zeigt ein Diagramm, mit welchen festgestellt werden kann, ob sich die Hybridtrennkupplung 4 in Haftung befindet oder schlupft. Dabei zeigt 5a in Kurve 8 das ungefilterte Signal der Geschwindigkeit des Verbrennungsmotors 2. Die Kurve 9 zeigt die Filterweite der Steuereinheit 18, die im vorgegebenen Fall die Hälfte der Kurbelwellenumdrehung beträgt. Wie bereits ausgeführt, ergibt sich nach der Filterung des Ausgangssignals des Verbrennungsmotors 2 ein Signal, welches annähernd eine Gerade darstellt. Diese Gerade ist von einer periodischen Schwingung umgeben, die die Geschwindigkeit des Elektromotors 3 dargestellt. Da die Geschwindigkeit des Elektromotors 3 niederfrequente Bewegungen verdeutlicht, die um das gefilterte Signal des Verbrennungsmotors 2 (Kurve 1) oszillieren, kann festgestellt werden, dass sich die Hybridtrennkupplung 4 in Haftung befindet.
  • Aufgrund der vorhergehenden Ausführungen wird eine Resonanz zwischen der Hybridtrennkupplung 4 und dem Elektromotor 3, die im Fahrbereich durch den Verbrennungsmotor 2 angeregt wird, und was zu sehr hohen Wechselmomenten zwischen der Hybridtrennkupplung 4 und dem Elektromotor 3 führt, zuverlässig unterbunden, wenn die Hybridtrennkupplung 4 bis zu einer gewissen maximalen Übertragungskapazität geschlossen wird. Dies verhindert, dass das Wechselmoment zwischen Hybridtrennkupplung 4 und Elektromotor 3 weiter ansteigen kann. Außerhalb der Resonanz bleibt die Hybridtrennkupplung 4 bei Schlupfvermeidung in Haftung und es wird keine unnötige Reibenergie verwendet. Das heißt, bildet sich aus Gründen wie zusätzlicher Dämpfung am Elektromotor 3 oder im Getriebe 9 keine Resonanz aus, hat man keine Nachteile. Insbesondere bei trockenen Hybridtrennkupplungen 4 kann der Scheibendämpfer eingespart bzw. Anschläge günstiger gebaut werden. Dies führt zu potentiellen Kosteneinsparungen bzw. Freiheiten im Design, da der Bauraum der Hybridtrennkupplung 4 günstiger genutzt werden kann. Allgemein kann die Hybridtrennkupplung 4 als Schutz für die Getriebekomponenten zwischen Hybridtrennkupplung 4 und Elektromotor 3 angesehen werden. Dies trifft sowohl für Wellen, Verzahnungen wie auch für eine Kette bei einer achsparallelen Elektromotoranordnung oder einem Hybridtrennkupplung-Seitendämpfer zu. Dadurch wird die Option geschaffen, dass die Hybridtrennkupplung 4 in Richtung Verbrennungsmotor 2 oder Richtung Getriebe 9 designt werden kann. Ohne einen solchen Komponentenschutz ergibt sich das Risiko von Schäden an Welle oder Verzahnung. Das beschriebene Verfahren lässt sich bei allen Arten von Hybridtrennkupplungen einsetzen und ist nicht nur auf die im Ausführungsbeispiel beschriebene Fassung begrenzt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hybridantriebsstrang
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Elektromotor
    4
    Hybridtrennkupplung
    5
    Kurbelwelle
    6
    Rotor
    7
    Stator
    8
    Abtriebswelle
    9
    Getriebe
    10
    Fahrzeugräder
    11
    Getriebesystem
    12
    Kupplungsaktor
    13
    Primärseite des Zweimassenschwungrades
    14
    Sekundärseite des Zweimassenschwungrades
    15
    Kupplungsscheibe
    16
    Drehzahlsensor
    17
    Drehzahlsensor
    18
    Motorsteuergerät
  • 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
    • WO 2016/008463 A1 [0002]
    • DE 102013214200 A1 [0004]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridantriebsstranges in einem Fahrzeug, bei welchem eine Hybridtrennkupplung (4) einen Verbrennungsmotor (2) und einen Elektromotor (3) trennt oder verbindet, wobei ein durch den Verbrennungsmotor (2) und/oder den Elektromotor (3) ausgegebenes Moment auf Antriebsräder (10) des Hybridfahrzeuges übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Momentennachführung eine Überanpressung der Hybridtrennkupplung (4) abgesenkt wird, wobei die Hybridtrennkupplung (4) an einer Schlupfgrenze betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Momentennachführung die Überanpressung der Hybridtrennkupplung (4) abgesenkt wird, wenn sich der Hybridantriebsstrang (1) in einem Resonanzmodus befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der Momentennachführung eine Schlupfregelung deaktiviert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Schlupfgrenze ein mit einem Offset versehenes Moment des Verbrennungsmotors (2) durch die Hybridtrennkupplung (4) übertragen wird.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung der Schlupfgrenze eine Differenz zwischen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) und einer Drehzahl des Elektromotors (3) ausgewertet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) vor der Differenzbildung gefiltert wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) über eine Hauptanregungsperiode gefiltert wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung der Momentengenauigkeit außerhalb der Resonanzphase eine Reibwertadaption durchgeführt wird und während der Resonanzphase der Reibwert konstant gehalten wird.
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