DE102019107775A1 - Steuereinheit und Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs mit einem Schleppmoment-reduzierten Verbrennungsmotor - Google Patents

Steuereinheit und Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs mit einem Schleppmoment-reduzierten Verbrennungsmotor Download PDF

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Michael Etzel
Sebastian Liebert
Michael Friedrich
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    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
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    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
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Abstract

Es wird eine Steuereinheit für einen Hybridantrieb beschrieben, der einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine umfasst. Die Steuereinheit ist eingerichtet, zu veranlassen, dass ein oder mehrere Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen des Verbrennungsmotors in Vorbereitung auf eine Befeuerung des Verbrennungsmotors beendet werden. Außerdem ist die Steuereinheit eingerichtet, die elektrische Maschine zu veranlassen, eine durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen bewirkte Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors zumindest teilweise zu kompensieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung den Betrieb eines Hybridantriebs in Zusammenhang mit Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen für einen Verbrennungsmotor des Hybridantriebs.
  • Ein Fahrzeug mit Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor und zumindest eine elektrische Maschine, die jeweils einzeln und/oder gemeinsam verwendet werden können, um ein an einem Getriebe des Fahrzeugs angefordertes Antriebsmoment zu erbringen. Zur Reduzierung des Schleppmoments im Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten bzw. nicht-befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors können ein oder mehrere Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen umgesetzt werden. Beispielhafte Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen sind die Abschaltung von ein oder mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors oder die Anpassung der Öffnungs- und/oder Schließwinkel der Einlass- und/oder Auslassventile des Verbrennungsmotors.
  • Die Reduzierung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors ermöglicht ein energieeffizientes Mitschleppen des unbefeuerten Verbrennungsmotors, wobei das Mitschleppen des Verbrennungsmotors wiederum eine energieeffiziente und kurzfristige Reaktivierung bzw. Befeuerung des Verbrennungsmotors ermöglicht. Andererseits kann der Verbrennungsmotor typischerweise nicht reaktiviert werden, wenn die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen aktiv sind. Das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen kann mit Komforteinbußen für einen Nutzer des Hybridantriebs verbunden sein.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen effizienten und komfortablen Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors eines Hybridantriebs zu ermöglichen (insbesondere in Bezug auf das Beenden des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors).
  • Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für einen Hybridantrieb beschrieben, wobei der Hybridantrieb ausgebildet sein kann, ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor (z.B. einen Dieselmotor oder einen Ottomotor) und eine elektrische Maschine. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Übergang des Hybridantriebs von einem Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors zu einem befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors zu steuern, insbesondere derart, dass sich das dabei bewirkte Gesamtmoment des Hybridantriebs in stetiger und/oder komfortabler Weise verändert. Hierbei kann es sich um einen befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors mit allen Zylindern des Verbrennungsmotors oder nur mit Befeuerung einer bestimmten Teilmenge der Zylinder des Verbrennungsmotors handeln.
  • Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, zu veranlassen, dass ein oder mehrere Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen des Verbrennungsmotors in Vorbereitung auf eine Befeuerung des Verbrennungsmotors beendet werden. Mit anderen Worten, es kann veranlasst werden, dass die Schleppmomenten-Reduzierung des Verbrennungsmotors beendet wird, was typischerweise zur Folge hat, dass der Verbrennungsmotor ein erhöhtes Schleppmoment aufweist.
  • Das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen kann eine Voraussetzung dafür sein, dass der Verbrennungsmotor wieder befeuert werden kann. Beispielhafte Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen sind die Abschaltung von ein oder mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors und/oder die Anpassung von Öffnungs- und/oder Schließwinkeln zumindest eines Einlass- und/oder Auslassventils des Verbrennungsmotors.
  • Außerdem kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die elektrische Maschine zu veranlassen, die durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen bewirkte Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors zumindest teilweise zu kompensieren. Durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen kann z.B. ein erstes zusätzliches Schleppmoment des Verbrennungsmotors bewirkt werden. Mit anderen Worten, das Delta zwischen dem Schleppmoment des Verbrennungsmotors mit den ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen und dem Schleppmoment des Verbrennungsmotors ohne die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen kann als das erste zusätzliche Schleppmoment bezeichnet werden. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die elektrische Maschine zu veranlassen, ein von der elektrischen Maschine bewirktes Drehmoment um einen Wert zu erhöhen, der zwischen 50% und 100% des ersten zusätzlichen Schleppmoments liegt.
  • Es kann somit durch Betrieb der elektrischen Maschine bewirkt werden, dass die Auswirkungen des Beendens der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen auf das Gesamtmoment des Hybridantriebs zumindest teilweise oder vollständig kompensiert werden. So kann der Schleppmoment-reduzierte, unbefeuerte Betrieb eines Verbrennungsmotors in komfortabler Weise implementiert und insbesondere wieder beendet werden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, einen zeitlichen Verlauf zu ermitteln, mit dem sich das Schleppmoment des Verbrennungsmotors beim Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen verändert. Das von der elektrischen Maschine bewirkte Drehmoment zur zumindest teilweisen Kompensation des zusätzlichen Schleppmoments kann dann in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des Schleppmoments des Verbrennungsmotors angepasst werden, insbesondere in komplementärer Weise. So kann die Kompensation der Veränderung des Schleppmoments in besonders präziser Weise erfolgen. Dabei kann der zeitliche Verlauf des Schleppmoments im Vorfeld (z.B. durch Messungen) ermittelt werden, und als Kenndaten abgespeichert werden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, im Anschluss an das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen zu veranlassen, dass der Verbrennungsmotor befeuert wird, so dass durch den Verbrennungsmotor ein Grund-Drehmoment bewirkt wird. Durch die Befeuerung des Verbrennungsmotors erfolgt somit ein Übergang von dem (vollen) Schleppmoment bis zu dem Grund-Drehmoment. Dieser Übergang kann für einen Nutzer des Hybridantriebs als unangenehm empfunden werden (z.B. weil der Übergang zu einem Antrieb eines Fahrzeugs führt, obwohl keine Veränderung des Fahrpedals des Fahrzeugs vorgenommen wurde).
  • Die elektrische Maschine kann dann veranlasst werden, das Grund-Drehmoment zumindest teilweise zu kompensieren und/oder den Übergang von dem Schleppmoment zu dem Grund-Drehmoment des Verbrennungsmotors zumindest teilweise zu kompensieren. Insbesondere kann von der elektrischen Maschine ein zeitlicher Verlauf des Moments bewirkt werden, der zumindest teilweise komplementär zu dem Übergang von dem Schleppmoment zu dem Grund-Drehmoment des Verbrennungsmotors ist. So kann der Komfort beim Verlassen des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs eines Verbrennungsmotors weiter erhöht werden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, ein oder mehrere Drehmoment-reduzierende Maßnahmen zur Reduzierung des (ggf. kleinsten bzw. kleinstmöglichen befeuerten) Grund-Drehmoments des Verbrennungsmotors zu bewirken. Dabei können die ein oder mehreren Drehmoment-reduzierenden Maßnahmen insbesondere eine Veränderung des Zündzeitpunkts (Ottomotor), der Einspritzmenge (Dieselmotor) und/oder von ein oder mehreren Kraftstoff-Einspritzparametern des Verbrennungsmotors umfassen. Durch die Reduzierung des Grund-Drehmoments kann die Differenz zwischen dem Schleppmoment und dem (ggf. kleinsten befeuerten) Grund-Drehmoment des Verbrennungsmotors reduziert werden. Als Folge daraus kann der Drehmoment-Bereich, der von der elektrischen Maschine zur Kompensation gestellt und somit ggf. vorgehalten werden muss, reduziert werden. Durch Reduzierung des Drehmoment-Vorhalts der elektrischen Maschine, der für das Verlassen eines Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors vorgehalten wird, können die Einsatzmöglichkeiten der elektrischen Maschine während des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors und damit die Energieeffizienz des Hybridantriebs erhöht werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, ein (ggf. maximales bzw. maximal mögliches) Kompensationsmoment zu ermitteln, das von der elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann. Insbesondere kann zu Beginn des Prozesses zum Verlassen des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors ermittelt werden, welcher Drehmoment-Bereich der elektrischen Maschine für Kompensationszwecke zur Verfügung steht. Dieser Drehmoment-Bereich kann als verfügbares Kompensationsmoment betrachtet werden.
  • Es können dann in Abhängigkeit von dem verfügbaren bzw. stellbaren Kompensationsmoment der elektrischen Maschine ein oder mehrere Drehmoment-reduzierende oder Drehmoment-erhöhende Maßnahmen zur Reduzierung oder zur Erhöhung des Grund-Drehmoments des Verbrennungsmotors bewirkt werden. Beispielsweise kann das Grund-Drehmoment erhöht werden, wenn ein relativ hohes Kompensationsmoment verfügbar ist. So kann bewirkt werden, dass der Verbrennungsmotor bei Befeuerung direkt in einem Betriebspunkt mit einem relativ hohen Wirkungsgrad betrieben wird (was zu einer erhöhten Energieeffizienz des Hybridantriebs führt). Beispielsweise kann in Abhängigkeit von dem verfügbaren Kompensationsmoment der Verbrennungsmotor in einen Betrieb mit Befeuerung aller Zylindern oder nur mit Befeuerung einer bestimmten Teilmenge der Zylinder des Verbrennungsmotors überführt werden.
  • Das Grund-Drehmoment des Verbrennungsmotors kann reduziert werden, wenn nur ein relativ kleines Kompensationsmoment der elektrischen Maschine verfügbar ist (z.B. weil während des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors nur ein relativ geringer Drehmomenten-Vorhalt der elektrischen Maschine berücksichtigt wurde). So kann die Dauer des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors verlängert werden (was zu einer erhöhten Energieeffizienz des Hybridantriebs führt).
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, im Anschluss an das Wiedereinsetzen der Befeuerung des Verbrennungsmotors ein (z.B. von einem Fahrer eines Fahrzeugs) angefordertes Antriebsmoment zu bestimmen. Das Antriebsmoment kann dann auf ein von dem Verbrennungsmotor zu erbringendes Drehmoment und/oder auf ein von der elektrischen Maschine zu erbringendes Drehmoment aufgeteilt werden. So kann ein energieeffizienter Betrieb des Hybridantriebs ermöglicht werden.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein (während des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors), zu bestimmen, ob ein angefordertes Antriebsmoment unter Berücksichtigung des Drehmoment-Vorhalts der elektrischen Maschine zur zumindest teilweisen Kompensation des zeitlichen Momentenverlaufs des Verbrennungsmotors beim Verlassen des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine erbracht werden kann oder nicht. Es kann dann die Befeuerung des Verbrennungsmotors vorbereitet werden und/oder das Verlassen des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors veranlasst werden, wenn bestimmt wird, dass das angeforderte Antriebsmoment nicht durch die elektrische Maschine erbracht werden kann. Andererseits kann ggf. der Schleppmoment-reduzierte, unbefeuerte Betrieb fortgeführt werden. So wird ein zuverlässiger und komfortabler Betrieb eines Hybridantriebs ermöglicht.
  • Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, den zeitlichen Verlauf des von dem Verbrennungsmotor ausgehend von dem Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betrieb bis zu dem befeuerten Betrieb bewirkten (Dreh-)Moments zu ermitteln. Dieser Verlauf kann im Vorfeld (z.B. experimentell) ermittelt und als Kenndaten gespeichert werden. Der zeitliche Verlauf des von der elektrischen Maschine zu bewirkenden Moments kann dann in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf des von dem Verbrennungsmotor bewirkten Moments ermittelt werden oder ermittelt worden sein, insbesondere derart, dass sich ein stetiger zeitlicher Verlauf des Gesamtmoment des Hybridantriebs ergibt. Bei der Ermittlung des zeitlichen Verlaufs des von der elektrischen Maschine zu bewirkenden (Dreh-)Moments kann auch ein gefordertes Antriebsmoments für den Hybridantrieb berücksichtigt werden. So kann in komfortabler Weise ein energieeffizienter Betrieb eines Hybridantriebs ermöglicht werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-)Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit umfasst.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine beim Verlassen des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors beschrieben. Das Verfahren umfasst das Beenden von ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen des Verbrennungsmotors in Vorbereitung auf eine Befeuerung des Verbrennungsmotors. Außerdem umfasst das Verfahren das Betreiben der elektrischen Maschine, um eine durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen bewirkte Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors zumindest teilweise oder vollständig zu kompensieren.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
    • 1a einen beispielhaften Hybridantrieb eines Fahrzeugs mit einem Doppelkupplungsgetriebe;
    • 1b einen beispielhaften Parallel-Hybridantrieb mit Trennkupplung;
    • 1c einen beispielhaften Achs-Hybridantrieb;
    • 1d einen beispielhaften Hybridantrieb mit P1-Architektur (ohne Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine);
    • 2 einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Moments eines Verbrennungsmotors beim Verlassen eines Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors; und
    • 3 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines Hybridantriebs beim Beenden einer Schleppmoment-reduzierenden Maßnahme.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem Betrieb eines Hybridantriebs, insbesondere beim Beenden von ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen. In diesem Zusammenhang zeigen die 1a, 1b, 1c und 1d Blockdiagramme von beispielhaften Hybridantrieben für ein Fahrzeug 100. Ein Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 101 und eine elektrische Maschine 102, die einzeln oder zusammen genutzt werden können, um ein Antriebsmoment für das Fahrzeug 100 zu generieren. Der Verbrennungsmotor 101 und die elektrische Maschine 102 sind derart angeordnet, dass sich die durch den jeweiligen Antriebsmotor generierten Momente zu einem Gesamt-Antriebsmoment addieren, das z.B. über ein Getriebe 104 und eine Abtriebswelle 108 des Getriebes 104 auf ein oder mehrere Räder 109 des Fahrzeugs 100 übertragen wird. Die elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine 102 kann in einem elektrischen Energiespeicher 110 gespeichert werden.
  • Das Fahrzeug 100 umfasst weiter eine Steuereinheit 111 (z.B. ein Motor-Steuergerät), die eingerichtet ist, ein angefordertes Gesamt-Antriebsmoment zu bestimmen. Das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment kann z.B. über ein Fahrpedal und/oder über eine Einstellung des Getriebes 104 von einem Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Fahrer das Fahrpedal betätigen, um ein erhöhtes Gesamt-Antriebsmoment anzufordern. Die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment in ein erstes Moment (für den Verbrennungsmotor 101) und in ein zweites Moment (für die elektrische Maschine 102) aufzuteilen. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, den Verbrennungsmotor 101 und die elektrische Maschine 102 in Abhängigkeit von einem angeforderten Gesamt-Antriebsmoment zu betreiben.
  • In dem in 1a dargestellten Beispiel umfasst das Fahrzeug 100 ein Doppelkupplungsgetriebe 104, das eine erste Kupplung 105 aufweist, die eingerichtet ist, die Antriebswelle 107 des Verbrennungsmotors 101 mit einer ersten Eingangswelle 115 zu einem ersten Teilgetriebe 125 des Getriebes 104 zu koppeln oder davon zu entkoppeln. Des Weiteren weist das Getriebe 104 eine zweite Kupplung 106 auf, die eingerichtet ist, die Antriebswelle 107 des Verbrennungsmotors 101 mit einer zweiten Eingangswelle 116 zu einem zweiten Teilgetriebe 126 des Getriebes 104 zu koppeln oder davon zu entkoppeln.
  • Die erste Eingangswelle 115 und die zweite Eingangswelle 116 sind typischerweise koaxial zueinander. Insbesondere kann es sich bei der ersten Eingangswelle 115 um eine Vollwelle handeln, die von der als Hohlwelle ausgebildeten zweiten Eingangswelle 116 umschlossen wird. Die erste Eingangswelle 115 kann über das erste Teilgetriebe 125, und einem darin eingestellten Gang, mit der Abtriebswelle 108 gekoppelt sein. Des Weiteren kann die zweite Eingangswelle 115 über das zweite Teilgetriebe 126, und einem darin eingestellten Gang, mit der Abtriebswelle 108 gekoppelt sein. Beispielsweise können durch das erste Teilgetriebe 125 die ungeraden Gänge (z.B. 1, 3, 5, etc.) und durch das zweite Teilgetriebe 126 die geraden Gänge (z.B. 2, 4, 6, etc.) bereitgestellt werden. Das erste und/oder zweite Teilgetriebe 125, 126 weisen typischerweise ein oder mehrere Schaltelemente 103 auf, über die automatisiert die unterschiedlichen Gänge des jeweiligen Teilgetriebes 125, 126 eingelegt und/oder über die das jeweilige Teilgetriebe 125, 126 in eine Neutralstellung versetzt werden kann (ohne eingelegten Gang). In einer Neutralstellung ist typischerweise die Eingangswelle 115, 116 eines Teilgetriebes 125, 126 von der Abtriebswelle 108 entkoppelt.
  • Die elektrische Maschine 102 des Hybridantriebs kann in bauraumeffizienter Weise mit einem der beiden Teilgetriebe 125, 126 koppelbar sein, bzw. an nur einem der beiden Teilgetriebe 125, 126 angebunden sein. Insbesondere kann die elektrische Maschine 102 direkt mit der Eingangswelle 115, 116 von einem der beiden Teilgetriebe 125, 126 koppelbar sein. Des Weiteren kann die elektrische Maschine 102 derart angeordnet sein, dass eine Kopplung mit der Eingangswelle 115, 116 des jeweils anderen Teilgetriebes 125, 126 nur über die Kupplungen 105, 106 möglich ist.
  • 1b zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem Parallel-Hybridantrieb, bei dem die Antriebsmomente der beiden Motoren 101, 102 additiv auf die gemeinsame Eingangswellen des Getriebes 104 einwirken. Des Weiteren zeigt 1b eine Kupplung 114, mit der das Getriebe 104 von dem Verbrennungsmotor 101 entkoppelt werden kann.
  • 1c zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem Achs-Hybridantrieb, bei dem der Verbrennungsmotor 101 und die elektrische Maschine 102 unterschiedliche Achsen des Fahrzeugs 100 antreiben. Mit anderen Worten, die Antriebsmomente der beiden Motoren 101, 102 wirken an unterschiedlichen Achsen des Fahrzeugs 100.
  • 1d zeigt ein Fahrzeug 100 mit einem Parallel-Hybridantrieb mit einer P1 Architektur, bei der die elektrische Maschine 102 direkt auf die Kurbelwelle 107 einwirkt, ohne Vorliegen einer zwischen elektrischer Maschine 102 und Verbrennungsmotor 101 liegenden Trennkupplung.
  • Der Verbrennungsmotor 101 eines Hybridantriebs kann zumindest zeitweise deaktiviert werden, z.B. bei einem (ggf. rein) elektrischen Betrieb des Hybridantriebs und/oder wenn die ein oder mehreren Räder 109 des Fahrzeugs 100 die Abtriebswelle 108 antreiben. Die Antriebswelle 107 des deaktivierten Verbrennungsmotors 101 kann somit in einem unbefeuert geschleppten Betrieb von der elektrischen Maschine 102 und/oder von den ein oder mehreren Rädern 109 des Fahrzeugs 100 angetrieben und/oder mitgedreht werden. Ein unbefeuert geschleppter Betrieb des Verbrennungsmotors 101 hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor 101 kurzfristig und in effizienter Weise wieder befeuert werden kann, um Antriebsdrehmoment zum Gesamtantrieb des Fahrzeugs 100 beizusteuern. Dabei führt jedoch das Schleppen des Verbrennungsmotors 101 durch die elektrische Maschine 102 und/oder durch ein oder mehrere Räder 109 des Fahrzeugs 100 zu relativ hohen Schleppverlusten.
  • Zur Reduzierung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors 101 können ein oder mehrere Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen durchgeführt werden. Beispielsweise können ein oder mehrere Zylinder des Verbrennungsmotors 101 abgeschaltet werden. Alternativ oder ergänzend können die Öffnungs- und/oder Schließwinkel und/oder der Ventilhub der Einlass- und/oder Auslassventile des Verbrennungsmotors 101 angepasst werden, um das Schleppmoment zu reduzieren. Für eine Befeuerung des Verbrennungsmotors 101 ist es jedoch typischerweise erforderlich, dass in Vorbereitung auf die Befeuerung die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen wieder beendet werden.
  • Der unbefeuert geschleppte Betrieb des Verbrennungsmotors 101 kann somit derart umgesetzt werden, dass ein Übergang aus dem unbefeuert geschleppten Betrieb des Verbrennungsmotors 101 in den befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors 101 möglich ist. Der unbefeuert geschleppte Betrieb hat jedoch ein relativ hohes Schleppmoment des Verbrennungsmotors 101 und somit relativ hohe Verluste zur Folge. Alternativ kann eine Betriebsart mit ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen gewählt werden. Dieser Schleppmoment-reduzierte, unbefeuert geschleppte Betrieb des Verbrennungsmotors 101 kann dazu führen, dass bei einem Übergang in den Verbrennungsbetrieb des Verbrennungsmotors 101 dessen Schleppmoment aufgrund des dazu erforderlichen Übergangs über den unbefeuerten geschleppten Betriebs kurzzeitig ansteigt, bevor im Anschluss in den befeuerten Betrieb gewechselt werden kann. Des Weiteren kann das Verlassen des unbefeuert geschleppten Betriebs dazu führen, dass mit Befeuerung des Verbrennungsmotors 101 sofort ein positives Antriebsdrehmoment erzeugt wird, was für den Fahrer eines Fahrzeugs 100 als unkomfortabel empfunden werden kann und somit von der elektrischen Maschine 102 kompensiert werden sollte. Zur Kompensation des kurzzeitig erhöhten Schleppmoments kann von der elektrischen Maschine 102 eine zusätzliche Drehmomentreserve vorgehalten werden.
  • Zum Verlassen einer Schleppmoment-optimierten Schubabschaltung des Verbrennungsmotors 101 können die Öffnungs- und/oder Schließwinkel und/oder der Ventilhub der Einlass- und/oder Auslassventile des Verbrennungsmotors 101 derart angesteuert werden, dass das minimale, befeuerte Grund-Drehmoment des Verbrennungsmotors 101 das durch die elektrische Maschine 101 stellbare generatorische Drehmoment in Bezug auf das geforderte Kurbelwellendrehmoment an dem Verbrennungsmotor 101 nicht übersteigt. Beim Einblenden der Befeuerung des Verbrennungsmotors 101 kann die elektrische Maschine 102 das Grund-Drehmoment derart kompensieren, dass das resultierende Antriebsdrehmoment des Hybridantriebs weiterhin dem Fahrerwunsch entspricht. Nach Reaktivierung des Verbrennungsmotors 101 kann wieder eine standardmäßige Aufteilung des Gesamt- Antriebsdrehmoments auf die elektrische Maschine 102 und auf den Verbrennungsmotor 101 erfolgen.
  • 2 zeigt einen beispielhaften Verlauf 211 des Moments 200 eines Verbrennungsmotors 101. Dabei weist der Verbrennungsmotor 101 im unbefeuerten Betrieb ein volles Schleppmoment 201 bzw. bei Aktivierung von ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen ein reduziertes Schleppmoment 202 auf. An einem Zeitpunkt 221 kann veranlasst werden, dass der schleppreduzierte, unbefeuerte Betrieb verlassen wird. Die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen können dann beendet werden, was zu einer Erhöhung des Schleppmoments auf das volle Schleppmoment 201 führt. Synchron zum Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen kann die elektrische Maschine 102 veranlasst werden, ein positives Drehmoment 200 zu generieren (siehe Verlauf 212), so dass die Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors 101 zumindest teilweise oder bevorzugt vollständig kompensiert wird. Es ergibt sich dann das auf die ein oder mehreren Räder 109 wirkende Gesamtmoment gemäß dem Drehmoment-Verlauf 213.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in 2 nur das zusätzliche Drehmoment dargestellt ist, das durch die elektrische Maschine 102 beim Beenden des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors 101 zur Kompensation erbracht wird. Darüber hinaus kann von der elektrischen Maschine 102 ein Antriebsmoment erbracht werden, dem der in 2 dargestellte zeitliche Verlauf 212 überlagert werden kann.
  • Am Zeitpunkt 223 kann (nach Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen) die Befeuerung des Verbrennungsmotors 101 gestartet werden, wodurch typischerweise ein positives Grund-Drehmoment 204 durch den Verbrennungsmotor 101 erzeugt wird. Die Befeuerung des Verbrennungsmotors 101 führt somit typischerweise zu einem positiven Mindest- bzw. Grund-Drehmoment 204. Die elektrische Maschine 102 kann dazu genutzt werden, dieses positive Grund-Drehmoment 204 zumindest teilweise und bevorzugt vollständig zu kompensieren, indem die elektrische Maschine 102 als Generator betrieben wird (siehe Verlauf 212 zwischen Zeitpunkt 223 und Zeitpunkt 224).
  • Zum Zeitpunkt 225 kann von einem Nutzer des Hybridantriebs, insbesondere von einem Fahrer des Fahrzeugs 100, ein (ggf. zusätzliches) positives Antriebsmoment gefordert werden (z.B. durch Betätigung des Fahrpedals). Das von der elektrischen Maschine 102 bewirkte (negative) Kompensationsmoment kann dann reduziert werden (z.B. bis auf Null), wie in der 2 beispielhaft dargestellt. Des Weiteren kann ggf. eine Aufteilung des Gesamt-Antriebsmoments auf die elektrische Maschine 102 und/oder auf den Verbrennungsmotor 101 erfolgen.
  • Die Befeuerung des Verbrennungsmotors 101 kann derart erfolgen, dass das positive Grund-Drehmoment 204 möglichst nur so gering ist, dass das Grund-Drehmoment 204 von der elektrischen Maschine 102 mit einem generatorischen Drehmoment kompensiert werden kann und die dabei generierte elektrische Leistung von dem elektrischen Energiespeicher 110 aufgenommen werden kann. Insbesondere kann die Zündung des Verbrennungsmotors relativ spät erfolgen („nach spät verstellt werden“), um das von dem Verbrennungsmotor 101 erzeugte Grund-Drehmoment 204 zu reduzieren. Als Folge daraus kann auch der Vorhalt 214 für die elektrische Maschine 102 reduziert werden, der vorgehalten werden muss, um einen gleichmäßigen Übergang von dem Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betrieb in den befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors 101 zu ermöglichen. Dabei kann eine Befeuerung aller Zylinder oder nur einer bestimmten Teilmenge der Zylinder einsetzten, wodurch unterschiedliche Grund-Drehmoment-Verläufe erzeugt werden können.
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Betrieb eines Hybridantriebs, insbesondere beim Verlassen einer Schleppmoment-optimierten Schubabschaltung bzw. beim Verlassen eines Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors 101. Das Verfahren 300 kann durch eine Steuereinheit 111 eines Hybridantriebs bzw. eines Fahrzeugs 100 ausgeführt werden.
  • Das Verfahren 300 umfasst das Beenden 301 von ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen des Verbrennungsmotors 101 in Vorbereitung auf eine Befeuerung des Verbrennungsmotors 101. Die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen können dabei derart sein, dass die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen beendet sein müssen, bevor der Verbrennungsmotor 101 wieder befeuert werden kann, d.h. bevor wieder Kraftstoff in den Verbrennungsmotor 101 gespritzt werden kann, um zumindest ein Grund-Drehmoment 204 zu bewirken.
  • Außerdem umfasst das Verfahren 300 das Betreiben 302 der elektrischen Maschine 102, um die durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen bewirkte Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors 101 zumindest teilweise oder ggf. vollständig zu kompensieren.
  • Durch die in diesem Dokument beschriebenen Aspekte kann der erforderliche Drehmoment-Vorhalt 214 in der elektrischen Maschine 102 für das Verlassen des unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors 101 reduziert werden. Der reduzierte Drehmoment-Vorhalt 214 in der elektrischen Maschine 102 ermöglicht es, den unbefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors 101 mit einem relativ geringen Schleppmoment für einen verlängerten Zeitraum aufrechtzuerhalten, da die elektrische Maschine 102 aufgrund des reduzierten Drehmoment-Vorhalts 214 mehr Leistung für die Fahraufgabe bereitstellen kann und darüber hinaus im Rekuperationsbetrieb mehr Energie in den elektrischen Speicher 110 lädt. Alternativ oder ergänzend kann bewirkt werden, dass der Verbrennungsmotor 102 nach dem Ausstieg aus der Schubabschaltung mit einem höheren Grund-Drehmoment 204 startet und damit einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, was den Gesamtverbrauch des Hybridantriebs verringert.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (11)

  1. Steuereinheit (111) für einen Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor (101) und eine elektrische Maschine (102) umfasst; wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - zu veranlassen, dass ein oder mehrere Schleppmoment-reduzierende Maßnahmen des Verbrennungsmotors (101) in Vorbereitung auf eine Befeuerung des Verbrennungsmotors (101) beendet werden; und - die elektrische Maschine (102) zu veranlassen, eine durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen bewirkte Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors (101) zumindest teilweise zu kompensieren.
  2. Steuereinheit (111) gemäß Anspruch 1, wobei - durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen ein erstes zusätzliches Schleppmoment des Verbrennungsmotors (101) bewirkt wird; und - die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, die elektrische Maschine (102) zu veranlassen, ein von der elektrischen Maschine (102) bewirktes Drehmoment um einen Wert zu erhöhen, der zwischen 50% und 100%, insbesondere bei 100%, des ersten zusätzlichen Schleppmoments liegt.
  3. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - einen zeitlichen Verlauf (211) zu ermitteln, mit dem sich das Schleppmoment des Verbrennungsmotors (101) beim Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen verändert; und - das von der elektrischen Maschine (102) bewirkte Drehmoment zur zumindest teilweisen Kompensation des zusätzlichen Schleppmoments in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf (211) anzupassen.
  4. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - im Anschluss an das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen zu veranlassen, dass der Verbrennungsmotor (101) befeuert wird, so dass durch den Verbrennungsmotor (101) ein Grund-Drehmoment (204) bewirkt wird; und - die elektrische Maschine (102) zu veranlassen, das Grund-Drehmoment (204) zumindest teilweise zu kompensieren und/oder einen Übergang von dem Schleppmoment zu dem Grund-Drehmoment (204) des Verbrennungsmotors (101) zumindest teilweise zu kompensieren.
  5. Steuereinheit (111) gemäß Anspruch 4, wobei - die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, ein oder mehrere Drehmoment-reduzierende Maßnahmen zur Reduzierung des Grund-Drehmoments (204) des Verbrennungsmotors (101) zu bewirken; und - die ein oder mehreren Drehmoment-reduzierende Maßnahmen insbesondere eine Veränderung eines Zündzeitpunktes zur Zündung des Verbrennungsmotors (101) umfassen.
  6. Steuereinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - ein Kompensationsmoment zu ermitteln, das von der elektrischen Maschine (102) gestellt werden kann; und - ein oder mehrere Drehmoment-reduzierende oder Drehmoment-erhöhende Maßnahmen zur Reduzierung oder zur Erhöhung des Grund-Drehmoments (204) in Abhängigkeit von dem stellbaren Kompensationsmoment zu bewirken.
  7. Steuereinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - im Anschluss an das Wiedereinsetzen der Befeuerung des Verbrennungsmotors (101) ein angefordertes Antriebsmoment zu bestimmen; und - das Antriebsmoment auf ein von dem Verbrennungsmotor (101) zu erbringendes Drehmoment und auf ein von der elektrischen Maschine (102) zu erbringendes Drehmoment aufzuteilen.
  8. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - zu bestimmen, ob ein angefordertes Antriebsmoment unter Berücksichtigung eines Drehmoment-Vorhalts (204) zur zumindest teilweisen Kompensation eines zeitlichen Verlaufs (211) des von dem Verbrennungsmotor (101) bewirkten Drehmoments beim Verlassen eines Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors (101) durch die elektrische Maschine (102) erbracht werden kann; und - die Befeuerung des Verbrennungsmotors (101) vorzubereiten und/oder das Verlassen des Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors (101) zu veranlassen, wenn bestimmt wird, dass das angeforderte Antriebsmoment nicht durch die elektrische Maschine (102) erbracht werden kann.
  9. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, - einen zeitlichen Verlauf (211) des von dem Verbrennungsmotor (101) ausgehend von einem Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betrieb bis zu einem befeuerten Betrieb bewirkten Drehmoments (200) zu ermitteln; und - einen zeitlichen Verlauf (212) des von der elektrischen Maschine (102) zu bewirkenden Drehmoments (200) in Abhängigkeit von dem zeitlichen Verlauf (211) des von dem Verbrennungsmotor (101) bewirkten Drehmoments (200) zu ermitteln, insbesondere derart, dass sich ein stetiger zeitlicher Verlauf (213) eines Gesamtdrehmoments ergibt.
  10. Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen umfassen, - eine Abschaltung von ein oder mehreren Zylindern des Verbrennungsmotors (101); und/oder - eine Anpassung von Öffnungs- und/oder Schließwinkeln mindestens eines Einlass- und/oder Auslassventils des Verbrennungsmotors (101); und/oder - eine Anpassung eines Öffnungshubs mindestens eines Einlass- und/oder Auslassventils des Verbrennungsmotors (101).
  11. Verfahren (300) zum Betrieb eines Hybridantriebs mit einem Verbrennungsmotor (101) und einer elektrischen Maschine (102) beim Verlassen eines Schleppmoment-reduzierten, unbefeuerten Betriebs des Verbrennungsmotors (101); wobei das Verfahren (300) umfasst, - Beenden (301) von ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen des Verbrennungsmotors (101) in Vorbereitung auf eine Befeuerung des Verbrennungsmotors (101); und - Betreiben (302) der elektrischen Maschine (102), um eine durch das Beenden der ein oder mehreren Schleppmoment-reduzierenden Maßnahmen bewirkte Erhöhung des Schleppmoments des Verbrennungsmotors (101) zumindest teilweise zu kompensieren.
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