DE102018204907A1

DE102018204907A1 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, und Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102018204907A1
Application number: DE102018204907.6A
Authority: DE
Inventors: Alexander Jungaberle; Holger Bacher; Peter Schiele
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2019-10-02

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine erste und eine zweite Antriebsquelle (VM, EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), einen Drehmomentwandler (TC) mit einer Überbrückungskupplung (WK) zwischen zweiter Antriebsquelle (EM) und Antriebswelle (GW1), sowie eine Trennkupplung (K0) zwischen den beiden Antriebsquellen (VM, EM), wobei für einen Startvorgang der ersten Antriebsquelle (VM) eine Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) erhöht wird, während die Trennkupplung (K0) geöffnet ist, wobei zur Entkopplung einer Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) von einer Drehzahl (GW2_n) der Abtriebswelle (n) ein Schaltelement (SCI) des Getriebes (G) in Schlupf gebracht wird, wobei die Überbrückungskupplung (WK) zumindest so lange geschlossen bleibt, bis der Startvorgang der ersten Antriebsquelle (VM) durch Erhöhen eines Übertragungsmoments der Trennkupplung (K0) erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs.
Der Antriebsstrang eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor als einzige Antriebsquelle weist üblicherweise ein Anfahrelement im Kraftfluss zwischen Antriebsquelle und Antriebsrädern auf, um einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Ein Beispiel für ein solches Anfahrelement ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor als einzige Antriebsquelle erfordert in der Regel kein Anfahrelement, da der Elektromotor das Fahrzeug aus dem Stand beschleunigen kann.
Der Antriebsstrang eines Parallel-Hybridfahrzeugs erfordert üblicherweise ein Anfahrelement, sofern ein Anfahrvorgang auch allein mithilfe des Verbrennungsmotors erfolgen soll. Zum Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang sind im Stand der Technik verschiedene Varianten bekannt. Die Patentanmeldung DE 10 2006 018 058 A1 offenbart dabei verschiedenartige Anfahrvorgänge eines Kraftfahrzeug mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang, welcher einen Drehmomentwandler als Anfahrelement nutzt. Dabei wird während eines rein elektrischen Anfahrvorgangs ein Start des Verbrennungsmotors durchgeführt. Während des Startvorgangs befindet sich eine Wandlerüberbrückungskupplung im Schlupf, um beim Verbrennungsmotorstart auftretende Antriebsschwingungen vom Abtrieb zu entkoppeln.
Aus der Patentanmeldung DE 10 2004 023 673 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Parallel-Hybridantriebsstrangs bekannt, welches zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eine erste Reibkupplung, und zwischen Elektromaschine und Fahrgetriebe eine zweite Reibkupplung aufweist. Zum Start des Verbrennungsmotors wird die zweite Trennkupplung im Schlupfbetrieb gesteuert. Anschließend wird eine mit der Elektromaschine verbundene Schwungmasse mittels der Elektromaschine beschleunigt. Daraufhin wird die erste Reibkupplung geschlossen, sodass ein Überschuss-Drehimpuls der Schwungmasse zum Verbrennungsmotorstart beiträgt. Ein derartiger Startvorgang wird auch als Impulsstart bezeichnet.
Ein derartiger Impulsstart ist bei einem Antriebsstrang mit hydrodynamischen Drehmomentwandlers zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang jedoch nur sehr eingeschränkt verwendbar. Denn durch Schlupfbetrieb der zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang angeordneten Reibkupplung, welche durch die Überbrückungskupplung gebildet wird, verbleibt der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers im Kraftfluss zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang. Eine Beschleunigung der Elektromaschine zur Erhöhung des Drehimpulses würde aufgrund der Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers das auf den Getriebeeingang wirkende Moment erhöhen. Dadurch könnte das Kraftfahrzeug beispielsweise unerwartet beschleunigen. Dies ist unerwünscht. Wird der Verbrennungsmotor nun impulsartig gestartet, sinkt die Drehzahl der Elektromaschine in kurzer Zeit stark ab. Die Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers kann dabei stark abnehmen, sodass das an der Getriebeeingangswelle wirkende Moment deutlich reduziert wird. Dadurch könnte das Kraftfahrzeug unerwartet verzögern.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem ein Impulsstart auch bei einem Hybridantriebsstrang mit Drehmomentwandler zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang ermöglicht wird, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren. In Patentanspruch 16 wird zudem ein Antriebsstrangmodul mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 angegeben.
Das Verfahren ist zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges geeignet, welches einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes sowie einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle aufweist. Dem Drehmomentwandler ist eine Überbrückungskupplung zugeordnet. Durch Schließen der Überbrückungskupplung wird eine mechanische Verbindung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers hergestellt, sodass im geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers überbrückt ist. Im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine ist eine Trennkupplung angeordnet.
Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors eine Drehzahl der elektrischen Maschine zu erhöhen, um den Drehimpuls eines Rotors der elektrischen Maschine sowie der damit drehfest verbundenen Elemente zu erhöhen. Die Trennkupplung ist dabei geöffnet. Die Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine soll von der Drehzahl der Abtriebswelle entkoppelt werden, sodass kein festes Drehzahlverhältnis zwischen Rotor und Abtriebswelle besteht. Dazu wird nun ein Schaltelement des Getriebes in Schlupf gebracht. Das Schaltelement ist vorzugsweise an der Gangbildung des Getriebes beteiligt. Die Überbrückungskupplung bleibt zumindest so lange geschlossen, bis der Startvorgang des Verbrennungsmotors durch Erhöhung eines Übertragungsmoments der Trennkupplung erfolgt.
Unter „geschlossen“ ist dabei ein Zustand der Überbrückungskupplung zu verstehen, in dem diese keine oder nur eine sehr geringe Differenzdrehzahl aufweist. Unter einer sehr geringen Differenzdrehzahl ist dabei ein sogenannter Mikro-Schlupf zu verstehen, welcher einen Betrag von zehn Umdrehungen pro Minute nicht überschreitet.
Durch das erfindungsgemäße Geschlossen-Halten der Überbrückungskupplung ist der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers während der Drehzahlerhöhung der elektrischen Maschine überbrückt, sodass die Leistungsübertragung zwischen elektrischer Maschine und Getriebe-Antriebswelle gar nicht oder nur zu einem unwesentlichen Anteil über den hydrodynamischen Pfad erfolgt. Dies erleichtert die Differenzdrehzahl-Ansteuerung des Schaltelements, da keine unerwartete Beschleunigung der Getriebe-Antriebswelle zu berücksichtigen ist.
Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Ablauf bei einem Startvorgang durchgeführt, welcher während eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs stattfindet, insbesondere während einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs. Zu Beginn des Anfahrvorgangs wird das Kraftfahrzeug allein mittels der elektrischen Maschine angetrieben. Dabei befindet sich die Überbrückungskupplung vorzugsweise bereits im geschlossenen Zustand.
Durch Erhöhen des Übertragungsmoments der Trennkupplung wird Drehmoment vom Rotor auf den Verbrennungsmotor übertragen, sodass dieser beschleunigt wird. Die Drehzahlen von Rotor und Verbrennungsmotor nähern sich dabei an, sodass sich die an der Trennkupplung auftretende Differenzdrehzahl verringert. Vorzugsweise bleibt die Überbrückungskupplung beim Startvorgang zumindest so lange geschlossen, bis die Differenzdrehzahl an der Trennkupplung einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet. Alternativ dazu bleibt die Überbrückungskupplung beim Startvorgang zumindest so lange geschlossen, bis die Differenzdrehzahl am Schaltelement einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet. Es kann auch eine Abhängigkeit sowohl von der Differenzdrehzahl an der Trennkupplung als auch von der Differenzdrehzahl am Schaltelement bestehen. Jede der vorgenannten Varianten bietet den Vorteil, ein bevorstehendes Erreichen einer Synchrondrehzahl am Schaltelement frühzeitig zu erkennen, sodass dessen Ansteuerung auf diese Situation reagieren kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Überbrückungskupplung derart angesteuert, dass sich an der Überbrückungskupplung nach der Erhöhung des Übertragungsmoments der Trennkupplung eine Differenzdrehzahl einstellt. In anderen Worten wird die Überbrückungskupplung erst dann in einen Schlupfzustand überführt, wenn der Start des Verbrennungsmotors bereits im Gang ist. Durch Überführen der Überbrückungskupplung vom geschlossenen Zustand in den Schlupf-Zustand kann die thermische Belastung des Schaltelements reduziert werden, indem die Überbrückungskupplung einen Teil der Reibarbeit übernimmt. Vorzugsweise erfolgt dies erst dann, wenn die Differenzdrehzahl am Schaltelement einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet, um eine Beeinflussung der Schaltelement- Ansteuerung durch übermäßige Leistungsübertragung des hydrodynamischen Pfads zu vermeiden.
Vorzugsweise werden nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors sowohl die Überbrückungskupplung als auch das Schaltelement vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand überführt, sodass ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Rotors und der Drehzahl der Abtriebswelle besteht. Dabei wird zuerst die Differenzdrehzahl am Schaltelement, und erst dann die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung abgebaut. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zur Kühlung des Schaltelements verringert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Trennkupplung derart angesteuert, dass sich an der Trennkupplung auch nach bereits erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors eine Differenzdrehzahl ausbildet. In anderen Worten wird die Trennkupplung beim Schließvorgang nicht vollständig geschlossen, sondern verbleibt in einem schlupfenden Zustand. Nach erfolgtem Start des Verbrennungsmotors kann diese ihre Drehzahl selbstständig einstellen. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird dabei höher eingestellt als eine abtriebsseitige Drehzahl der Trennkupplung. Ein solches Vorgehen ist besonders für Fahrzustand mit hoher Sollbeschleunigung des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
Vorzugsweise werden im weiteren Verlauf sowohl die Trennkupplung als auch die Überbrückungskupplung vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand überführt, sodass ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der Drehzahl der Antriebswelle besteht. Dabei wird zuerst die Differenzdrehzahl an der Trennkupplung, und erst dann die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung abgebaut. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zur Kühlung des Trennkupplung verringert werden.
Gemäß einer möglichen weiteren Ausgestaltung bleibt die Überbrückungskupplung auch nach Erhöhen des Trennkupplungs-Übertragungsmoments geschlossen, und somit während des gesamten Startvorgangs. Die Entkopplung zwischen Drehzahl des Rotors und Drehzahl der Abtriebswelle erfolgt dabei ausschließlich über das Schaltelement. Im weiteren Verlauf wird die Differenzdrehzahl am Schaltelement stetig abgebaut, sodass ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Rotors und der Drehzahl der Abtriebswelle besteht.
Vorzugsweise erfolgt die Entscheidung, ob die Überbrückungskupplung und/oder die Trennkupplung oder keine der beiden Kupplungen nach Initiierung des Startvorgangs in Schlupf gebracht werden abhängig von einem Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs. Das Soll-Antriebsmoment kann beispielsweise durch eine Fahrpedalstellung des Kraftfahrzeugs charakterisiert sein.
Vorzugsweise bleibt die Überbrückungskupplung im Zuge des Starts des Verbrennungsmotors geschlossen, wenn das Soll-Antriebsmoment kleiner ist als ein erster Grenzwert. Erreicht oder überschreitet das Soll-Antriebsmoment diesen ersten Grenzwert, so wird vorzugsweise die Überbrückungskupplung in den schlupfenden Zustand versetzt. Erreicht oder überschreitet das Soll-Antriebsmoment einen zweiten Grenzwert, so wird vorzugsweise zusätzlich die Trennkupplung derart angesteuert, dass sich an dieser auch nach erfolgtem Motorstart eine Differenzdrehzahl ausbildet. Der zweite Grenzwert ist dabei größer als der erste Grenzwert.
Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs angegeben, welches zumindest eine elektrische Maschine, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Abtriebswelle sowie eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit ist dabei zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler; sowie
2 bis 4 je einen zeitlichen Ablauf verschiedener Größen des Hybridantriebsstrangs.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungsmotor VM und eine zweite elektrische Maschine EM auf. Zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM ist eine Trennkupplung K0 angeordnet. Mittels der Trennkupplung K0 ist ein Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM schaltbar. Der Hybridantriebsstrang umfasst ferner ein Getriebe G mit einer Antriebswelle GW1 und einer Abtriebswelle GW2. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, über welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird. Im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine EM und der Antriebswelle GW1 ist ein Drehmomentwandler TC angeordnet. Der Drehmomentwandler umfasst ein Pumpenrad P, welches mit der elektrischen Maschine EM verbunden ist, genauer gesagt mit einem Rotor der elektrischen Maschine EM. Ein Turbinenrad T des Drehmomentwandlers TC ist mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Pumpenrad P und Turbinenrad T wirken hydrodynamisch zusammen, sodass Leistung vom Pumpenrad P hydrodynamisch auf das Turbinenrad T übertragen werden kann. Pumpenrad P und Turbinenrad T sind durch Schließen einer Überbrückungskupplung WK mechanisch miteinander verbindbar.
Das Getriebe G ist zur Darstellung von verschiedenen Gängen zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 eingerichtet. Zur Bildung der Gänge sind mehrere Schaltelemente vorgesehen. Eines davon ist in 1 beispielhaft dargestellt, und ist darin als SCI bezeichnet. Die Schaltelemente, inkl. dem Schaltelement SCI wirken mit in 1 nicht dargestellten Planetenradsätzen zusammen, um die verschiedenen Gänge zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 zu bilden. Dies ist nur beispielhaft anzusehen. Anstelle oder ergänzend zu den Planetenradsätzen können auch Stirnradstufen und/oder ein oder mehrere Reibradgetriebe verwendet werden, welche mit den Schaltelementen, inkl. dem Schaltelement SCI zur Gangbildung zusammenwirken.
Ferner ist eine elektronische Steuereinheit ECU vorgesehen. Die Steuereinheit ECU steht mit einem Umrichter INV in Kommunikationsverbindung, welcher der elektrischen Maschine EM zu deren Steuerung zugeordnet ist. Die Steuereinheit ECU steht ferner mit dem Getriebe G in Kommunikationsverbindung. Das Getriebe G umfasst einen Aktuator zur Betätigung des Schaltelements SCI. Ferner umfasst das Getriebe G auch einen Aktuator zur Betätigung der Überbrückungskupplung WK und einen Aktuator zur Betätigung der Trennkupplung K0. Auch dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Trennkupplung K0 könnte auch von einem Aktuator betätigt werden, welcher unabhängig vom Getriebe G ist. Gleiches gilt für die Betätigung der Überbrückungskupplung WK.
Die elektrische Maschine EM ist sowohl zum Antrieb des Kraftfahrzeugs als auch zum Start des Verbrennungsmotors eingerichtet. In den folgenden Figuren werden verschiedene Abläufe eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs dargestellt, bei dem das Kraftfahrzeug initial nur von der elektrischen Maschine EM angetrieben wird. Während dem Anfahrvorgang wird der Verbrennungsmotor VM unter Ausnutzung eines Drehimpulses des Rotors der elektrischen Maschine EM gestartet.
2 zeigt einen zeitlichen Ablauf verschiedener Größen des Hybridantriebsstrangs, darunter eine Drehzahl EM_n des Rotors der elektrischen Maschine EM, eine Drehzahl VM_n des Verbrennungsmotors VM, eine Differenzdrehzahl SCI_n am Schaltelement SCI, eine Differenzdrehzahl K0_n an der Trennkupplung K0 sowie eine Drehzahl GW2_n*i. Die Drehzahl GW2_n*i ergibt sich aus einer Drehzahl GW2_n der Abtriebswelle GW2, multipliziert mit einer Ausgangsdrehzahl des Schaltelements SCI. In anderen Worten charakterisiert die Drehzahl GW2_n*i die Drehzahl GW2_n der Abtriebswelle GW2 unter Berücksichtigung der aktuellen Übersetzung zwischen einer Ausgangsseite des Schaltelements SCI und der Abtriebswelle GW2. Zur besseren Einschätzung der Größenordnung der verschiedenen Drehzahlen ist eine Leerlaufdrehzahl VM_n_idle des Verbrennungsmotors VM angegeben.
Zu einem Zeitpunkt T10 wird die Drehzahl EM_n angehoben, während sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die Abtriebswelle GW2 keine Drehzahl VM_n, GW2_n aufweisen. Das Kraftfahrzeug befindet sich also zum Zeitpunkt T10 im Stillstand. Zu einem Zeitpunkt T11 beginnt die Drehzahl GW2_n*i anzusteigen; das Kraftfahrzeug fährt also an. Angetrieben wird das Kraftfahrzeug dabei durch die elektrische Maschine EM, wobei die Überbrückungskupplung WK geschlossen ist. Die Differenzdrehzahl zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 wird durch einen Schlupfbetrieb des Schaltelements SCI ausgeglichen. In anderen Worten wirkt das Schaltelement SCI als Anfahrelement. Die Drehzahl VM n bleibt weiterhin Null, da die Trennkupplung K0 geöffnet ist.
Nach dem Zeitpunkt T11 wird die Drehzahl EM_n in stärkerem Maße als vor dem Zeitpunkt T11 angehoben, während die Drehzahl GW2_n*i in gleichem Maße ansteigt. Dadurch steigt die Differenzdrehzahl SCI_n deutlich an. Der Drehimpuls des Rotors, des Pumpenrads P sowie der damit drehfest verbundenen Bauelemente wird durch diese Maßnahme erhöht.
Zu einem Zeitpunkt T12 wird ein Übertragungsmoment der Trennkupplung K0 erhöht, sodass ein Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Verbrennungsmotor VM hergestellt wird. Dadurch beginnt die Drehzahl VM_n anzusteigen, sodass der Verbrennungsmotor VM auf seine Startdrehzahl hin beschleunigt wird. Die Drehzahl EM_n sinkt dabei stark ab. Die Drehzahl GW2_n*i steigt dabei an, das Kraftfahrzeug beschleunigt also weiter. Zu einem Zeitpunkt T13 weisen die Drehzahlen VM_n, EM_n den gleichen Wert auf, sodass die Differenzdrehzahl K0_n gleich Null wird. Zum Zeitpunkt T13 befindet sich das Schaltelement SCI weiterhin im Schlupf, da die Drehzahl EM_n größer ist als die Drehzahl GW2_n*i. Dadurch hat das verhältnismäßig abrupte Erreichen des Synchronzustands der Trennkupplung K0 keinen Einfluss auf die Drehzahl GW2_n*i. Im weiteren Verlauf wird die Differenzdrehzahl SCI_n abgebaut, bis zum Zeitpunkt T14 die Drehzahl EM_n und GW2_n*i den Synchronzustand erreicht haben.
Während des gesamten in 2 dargestellten Ablaufs bleibt die Überbrückungskupplung WK geschlossen. Dies erleichtert die Steuerung des Schaltelements SCI deutlich, da deren eingangsseitige Drehzahl nicht von der hydrodynamischen Kraftübertragung des Drehmomentwandlers TC abhängt. Der in 2 dargestellte Ablauf ist vor allem für Anfahrvorgänge mit geringem Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs vorteilhaft. Steigt das Soll-Antriebsmoment, beispielsweise aufgrund einer höheren Beschleunigungsanforderung oder aufgrund eines Anfahrvorgangs am Hang, so steigt auch die thermische Belastung des Schaltelements SCI.
3 zeigt einen weiteren zeitlichen Ablauf der in 2 dargestellten Größen des Hybridantriebsstrangs. Der in 3 gezeigte Ablauf ist insbesondere für einen Anfahrvorgang geeignet, bei dem das Soll-Antriebsmoment höher ist als bei dem Anfahrvorgang gemäß 2. Zu Beginn des Anfahrvorgangs besteht kein Unterschied zum Anfahrvorgang gemäß 2 sodass die folgenden Zeitpunkte einander entsprechen: T10 und T20; T11 und T21; T12 und T22. Nach dem Zeitpunkt T22 wird die Überbrückungskupplung WK nun derart angesteuert, dass sich an dieser eine Differenzdrehzahl WK_n ausbildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weicht dabei eine Drehzahl T_n des Turbinenrads ab dem Zeitpunkt T23 von der Drehzahl EM_n ab. Der Zeitpunkt T23 charakterisiert dabei das Erreichen des Synchronzustands an der Trennkupplung K0. Das zeitliche Zusammenfallen von der Ausbildung der Differenzdrehzahl WK_n und des Erreichens des Synchronzustands an der Trennkupplung K0 ist vorteilhaft, stellt jedoch keine Bedingung dar. Die Differenzdrehzahl WK_n kann sich auch vor oder erst nach dem Zeitpunkt T23 ausbilden.
Im weiteren Verlauf werden die Differenzdrehzahlen SCI_n und WK_n wieder abgebaut. Die Differenzdrehzahl SCI_n wird dabei früher abgebaut, sodass zum Zeitpunkt T24 die Eingangsdrehzahl des Schaltelements SCI der Drehzahl GW2_n*i entspricht. Der Synchronzustand zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Turbine T wird erst zum Zeitpunkt T25 erreicht.
Durch den Ablauf gemäß 3 wird die Reibleistung zwischen elektrischer Maschine EM und Abtriebswelle GW2 vor und nach dem Startvorgang des Verbrennungsmotors VM auf zwei verschiedene Elemente verteilt, nämlich auf das Schaltelement SCI und auf die Überbrückungskupplung WK. Vor dem Startvorgang des Verbrennungsmotors geht der überwiegende Anteil der Reibleistung in das Schaltelement SCI ein, während der überwiegende Anteil der Reibleistung nach dem Startvorgang in die Überbrückungskupplung WK eingeht. Dadurch kann die thermische Belastung des Schaltelements SCI während des Startvorgangs reduziert werden.
4 zeigt einen weiteren zeitlichen Ablauf der in 3 dargestellten Größen des Hybridantriebsstrangs. Der in 4 gezeigte Ablauf ist insbesondere für einen Anfahrvorgang geeignet, bei dem das Soll-Antriebsmoment noch höher ist als bei dem Anfahrvorgang gemäß 3. Hierbei wird die Trennkupplung K0 derart angesteuert, dass sich auch nach erfolgtem Start des Verbrennungsmotors VM eine Differenzdrehzahl zwischen Verbrennungsmotor VM und Rotor der elektrischen Maschine EM ausbildet. Die Drehzahl VM_n übersteigt dabei nach dem Zeitpunkt T32 die Drehzahl EM_n. Dies ist möglich, da der Verbrennungsmotor VM nach dessen Start selbst ein Drehmoment abgeben kann. Zusätzlich wird wie in 3 die Überbrückungskupplung WK derart angesteuert, dass sich zwischen Pumpenrad P und Turbinenrad T die Differenzdrehzahl WK_n einstellt.
Im weiteren Verlauf werden die Differenzdrehzahlen SCI_n, WK_n und K0_n wieder abgebaut. Die Differenzdrehzahl SCI_n wird dabei als erstes abgebaut, sodass zum Zeitpunkt T33 die Eingangsdrehzahl des Schaltelements SCI der Drehzahl GW2_n*i entspricht. Der Synchronzustand zwischen Verbrennungsmotor VM und Rotor der elektrischen Maschine EM wird zum Zeitpunkt T34 erreicht. Der Synchronzustand zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Turbine T wird erst zum Zeitpunkt T35 erreicht.
Durch den Ablauf gemäß 4 kann die Drehzahl VM_n unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors VM über der Leerlaufdrehzahl VM_n_idle gehalten werden, wodurch eine höhere Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors VM möglich ist.
Die im Ablauf gemäß 3 und 4 vorliegende Differenzdrehzahl WK_n ist vorzugsweise so gering, dass kein oder nur ein geringer Anteil des Kraftflusses zwischen elektrischer Maschine EM und Antriebswelle GW1 des Getriebes G über den hydrodynamischen Pfad des Drehmomentwandlers TC erfolgt. In anderen Worten erfolgt ein überwiegender Anteil der Leistungsübertragung weiterhin über die Überbrückungskupplung WK.
Der Ablauf gemäß 4 unterscheidet sich beispielhaft auch zu Beginn des Anfahrvorgangs von den Abläufen gemäß 2 und 3. Zu einem Zeitpunkt T30 steigen sowohl die Drehzahl GW2_n*i als auch die Drehzahl EM_n ausgehend von Null an. Es besteht somit ein festes, schlupffreies Drehzahlverhältnis zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Abtriebswelle GW2 auf. Erst zum nachfolgenden Zeitpunkt T30a wird die Differenzdrehzahl SCI_n aufgebaut. Ein solches Verhalten ist in 4 nur beispielhaft dargestellt, und kann auch bei den Abläufen gemäß 2 und 3 zum Einsatz kommen. In gleicher Weise kann das Verhalten zu Beginn des Anfahrvorgangs gemäß 2 und 3 auch bei dem Ablauf gemäß 4 zum Einsatz kommen.
Die in 2 bis 4 beschriebenen Abläufe werden im Wesentlichen durch die Steuereinheit ECU gesteuert. Die Steuereinheit ECU kann dazu mit weiteren Steuereinheiten in Kommunikationsverbindung stehen, insbesondere mit einer dem Verbrennungsmotor VM zugeordneten Steuereinheit.
Bezugszeichenliste

VM: Verbrennungsmotor
VM_n: Drehzahl
VM_n_idle: Leerlaufdrehzahl
K0: Trennkupplung
K0_n: Differenzdrehzahl
EM: Elektrische Maschine
EM_n: Drehzahl
TC: Drehmomentwandler
P: Pumpenrad
T: Turbinenrad
T_n: Drehzahl
WK: Überbrückungskupplung
WK_n: Differenzdrehzahl
G: Getriebe
GW1: Antriebswelle
SCI: Schaltelement
SCI_n: Differenzdrehzahl
GW2: Abtriebswelle
GW2_n*i: Drehzahl
AG: Differentialgetriebe
DW: Antriebsrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006018058 A1 [0003]
DE 102004023673 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang zumindest einen Verbrennungsmotor (VM), eine elektrische Maschine (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (TC) im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (EM) und der Antriebswelle (GW1) sowie eine Trennkupplung (K0) im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) und der elektrischen Maschine (EM) aufweist, wobei ein hydrodynamischer Pfad des Drehmomentwandlers (TC) durch Schließen einer Überbrückungskupplung (WK) überbrückbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) erhöht wird, während die Trennkupplung (K0) geöffnet ist, - wobei zur Entkopplung der Drehzahl (EM_n) der elektrischen Maschine (EM) von einer Drehzahl (GW2_n) der Abtriebswelle (GW2) ein Schaltelement (SCI) des Getriebes (G) in Schlupf gebracht wird, - wobei die Überbrückungskupplung (WK) zumindest so lange geschlossen bleibt, bis der Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) durch Erhöhen eines Übertragungsmoments der Trennkupplung (K0) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) während eines Anfahrvorgangs abläuft, bei dem das Kraftfahrzeug initial allein von der elektrischen Maschine (EM) angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl (GW2_n) der Abtriebswelle (GW2) während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors (VM) ansteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (WK) zumindest so lange geschlossen bleibt, bis eine Differenzdrehzahl der Trennkupplung (K0) und/oder eine Differenzdrehzahl (SCI_n) des Schaltelements (SCI) einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (WK) derart angesteuert wird, dass sich an der Überbrückungskupplung (WK) zeitlich nach der Erhöhung des Übertragungsmoments der Trennkupplung (K0) eine Differenzdrehzahl (WK_n) ausbildet.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (WK) derart angesteuert wird, dass sich die Differenzdrehzahl (WK_n) der Überbrückungskupplung (WK) erst dann ausbildet, wenn die Differenzdrehzahl (SCI_n) des Schaltelements (SCI) einen Grenzwert erreicht oder unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrehzahl (SCI_n) am Schaltelement (SCI) und die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) abgebaut werden, wobei zunächst die Differenzdrehzahl (SCI_n) am Schaltelement (SCI) und anschließend daran die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) abgebaut wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) derart angesteuert wird, dass sich an der Trennkupplung (K0) auch nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (K0_n) ausbildet, sodass eine Drehzahl (VM_n) des Verbrennungsmotors (VM) höher ist als eine abtriebsseitige Drehzahl der Trennkupplung (K0).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzdrehzahl (K0_n) an der Trennkupplung (K0) und die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) abgebaut werden, wobei zunächst die Differenzdrehzahl (K0_n) an der Trennkupplung (K0) und anschließend daran die Differenzdrehzahl (WK_n) an der Überbrückungskupplung (WK) abgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (WK) auch nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) geschlossen bleibt, wobei eine Differenzdrehzahl (SCI_n) am Schaltelement (SCI) des Getriebes (G) nach erfolgtem Startvorgang stetig abgebaut wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entscheidung, ob an der Überbrückungskupplung (WK) und/oder an der Trennkupplung (K0) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (WK_n, K0_n) aufgebaut wird, abhängig von einem Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (WK) dann derart angesteuert wird, dass sich an der Überbrückungskupplung (WK) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) keine Differenzdrehzahl (WK_n) ausbildet, wenn das Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs kleiner ist als ein erster Grenzwert.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Überbrückungskupplung (WK) dann derart angesteuert wird, dass sich an der Überbrückungskupplung (WK) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (WK_n) ausbildet, wenn das Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs den ersten Grenzwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung (K0) dann derart angesteuert wird, dass sich an der Trennkupplung (K0) nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors (VM) eine Differenzdrehzahl (K0_n) ausbildet, wenn das Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs einen zweiten Grenzwert erreicht oder überschreitet, wobei der zweite Grenzwert größer ist als der erste Grenzwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Antriebsmoment durch eine Fahrpedalstellung des Kraftfahrzeugs charakterisiert ist.
Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs, umfassend zumindest eine elektrische Maschine (EM), ein Getriebe (G) zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle (GW1) und einer Abtriebswelle (GW2) des Getriebes (G), einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (TC) im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine (EM) und der Antriebswelle (GW1) sowie eine Steuereinheit (ECU), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (ECU) zur Steuerung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche eingerichtet ist.