DE102021209800A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, welches als erste Antriebsquelle eine elektrische Maschine (3), als zweite Antriebsquelle einen Verbrennungsmotor (2), eine zwischen den Verbrennungsmotor (2) und die elektrische Maschine (3) geschaltete Trennkupplung (4), die im nicht angesteuerten Zustand geöffnet ist, und ein zwischen die elektrische Maschine (3) und einen Abtrieb (6) geschaltetes Getriebe (5) aufweist, wobei dann, wenn der Verbrennungsmotor (2) bei geöffneter Trennkupplung (4) abgekoppelt ist und stillsteht, und wenn eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (2) vorliegt, folgende Schritte ausgeführt werden: Betreiben der elektrischen Maschine (3) in einer Drehzahlregelung unter Vorgabe einer ersten Soll-Drehzahl und eines ersten maximalen Drehmoments für die elektrische Maschine (3). Ansteuern der Trennkupplung (4) in Richtung Schließen mit einem ersten Soll-Druck. Überwachen einer Ist-Drehzahl und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Ist-Moments und/oder eines zeitlichen Ist-Momentgradienten der elektrischen Maschine (3) und/oder einer Ist-Drehzahl und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors (2) zur Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt. Anschleppen des Verbrennungsmotors (2) über die elektrische Maschine (3) nach Erkennung, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Steuergerät zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs.
  • Ein Hybridfahrzeug verfügt als erste Antriebsquelle über eine elektrische Maschine und als zweite Antriebsquelle über einen Verbrennungsmotor. Dabei ist zwischen die elektrische Maschine und den Verbrennungsmotor eine Trennkupplung geschaltet, wobei bei geöffneter Trennkupplung der Verbrennungsmotor abgekoppelt ist. Zwischen die elektrische Maschine und einen Abtrieb ist ein Getriebe geschaltet.
  • Die Trennkupplung, die zwischen die elektrische Maschine und den Verbrennungsmotor geschaltet ist, kann als sogenannte Normally-Closed-Trennkupplung oder als sogenannte Normally-Open-Trennkupplung ausgeführt sein. Eine Normally-Closed-Trennkupplung ist dann, wenn dieselbe nicht angesteuert ist, zum Beispiel bei einem stillgesetzten Hybridfahrzeug, geschlossen. Eine Normally-Open-Trennkupplung ist hingegen dann, wenn dieselbe nicht angesteuert ist, geöffnet.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, bei welchem die zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine geschaltete Trennkupplung in nicht angesteuerten Zustand geöffnet ist, die also als Normally-Open-Trennkupplung ausgeführt ist.
  • Es gibt Betriebszustände, in welchen der Verbrennungsmotor gestartet werden muss. Dies ist insbesondere dann der Fall sein, wenn das Hybridfahrzeug gestartet wird und ein Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers zu gering ist. In diesem Fall muss dann bei einem Hybridfahrzeug mit einer Normally-Open-Trennkupplung die Trennkupplung zuerst definiert vorkonditioniert und anschließend gezielt angesteuert werden, um dann, wenn der Verbrennungsmotor über keinen separaten Startergenerator verfügt, den Verbrennungsmotor über die elektrische Maschine anschleppen zu können. Da die Druck- und Übertragungsmoment-Stellgenauigkeit der Trennkupplung und der zugeordneten Hydraulik insbesondere bei Tieftemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, z.B. bei Temperaturen von weniger als -10°C oder - 30°C, beeinträchtigt ist, bereitet die definierte Ansteuerung der Trennkupplung Schwierigkeiten.
  • Beim Starten des Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs mit einer Normally-O-pen-Trennkupplung kann es unter diesen Tieftemperatur-Umständen zu Startschwierigkeiten kommen, beispielsweise zu einem unkomfortablem Andrehen des Verbrennungsmotor oder im Extremfall zu einem zu hohen Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors. Dadurch können Schäden am Verbrennungsmotor verursacht werden können. Dies gilt es zu vermeiden.
  • Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren und an einem Steuergerät zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, die ein zuverlässiges und verschleißarmes Starten des Verbrennungsmotors aus dem Stillstand des Hybridfahrzeugs heraus ermöglichen, insbesondere dann, wenn das Hybridfahrzeug bei tiefen Außentemperaturen unterhalb des Gefrierpunkts, z.B. bei Außentemperaturen von weniger als -30 °C, gestartet wird.
  • Aus US 2015 / 0 166 051 A1 ist ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt, der als Antriebsaggregate einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine aufweist, wobei zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine eine Trennkupplung geschaltet ist. Zwischen die elektrische Maschine und einen Abtrieb sind ein Getriebe und eine Kupplung geschaltet. Für ein solches Hybridfahrzeug ist vorgeschlagen, dass dann, wenn ein Ladezustand einer Batterie zu gering ist, und dann, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine kleiner als eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors ist, die Drehzahl der elektrischen Maschine auf die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors anzuheben und die Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine zu regeln, wobei die zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine geschaltete Trennkupplung zum Zeitpunkt der Synchronisierung der Drehzahl der elektrischen Maschine und der Drehzahl des Verbrennungsmotors geschlossen wird.
  • Aus US 2015 / 0 232 080 A1 ist ein weiterer Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine, einer zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine geschalteten Trennkupplung und einem zwischen die elektrische Maschine und einem Abtrieb geschalteten Getriebe bekannt. Mit dem Verbrennungsmotor wirkt ein Starter zusammen, über welchen ein stillgesetzter Verbrennungsmotor gestartet werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dann, wenn der Verbrennungsmotor bei geöffneter Trennkupplung abgekoppelt ist und stillsteht, und wenn weiterhin eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors bei insbesondere stillstehender elektrischer Maschine vorliegt, werden folgende Schritte ausgeführt:
    • - Betreiben der elektrischen Maschine in einer Drehzahlregelung unter Vorgabe einer ersten Soll-Drehzahl für die elektrische Maschine und eines ersten maximalen Drehmoments für die elektrische Maschine;
    • - Ansteuern der Trennkupplung in Richtung Schließen mit einem ersten Soll-Druck;
    • - Überwachen einer Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten der elektrischen Maschine und/oder eines Ist-Moments der elektrischen Maschine und/oder eines zeitlichen Ist-Momentgradienten der elektrischen Maschinen und/oder einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors zur Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung so oder in einem solchen Maß angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt; und
    • - Anschleppen des Verbrennungsmotors über die elektrische Maschine nach Erkennung, dass die Trennkupplung so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  • Dann, wenn eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors vorliegt, wird erfindungsgemäß zunächst ermittelt, ob die Trennkupplung so weit oder in einem solchen Maß angesteuert wurde, dass ausgehend von der elektrischen Maschine Moment in Richtung auf den Verbrennungsmotor übertragen kann. Erst dann, wenn erkannt wurde, dass die Trennkupplung so weit oder in einem solchen Maß angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, erfolgt das eigentliche Anschleppen des Verbrennungsmotors über die elektrische Maschine. So kann selbst dann, wenn bei tiefen Außentemperaturen das Hybridfahrzeug gestartet und der Verbrennungsmotor gestartet werden soll, das Starten des Verbrennungsmotors zuverlässig mit einer geringen Verschleißgefahr erfolgen. Unzulässig hohe Drehzahlgradienten für den Verbrennungsmotor, die an demselben Hardwareschäden verursachen könnten, können mit der Erfindung vermieden werden.
  • Vorzugsweise erfolgt das Ansteuern der Trennkupplung in Richtung Schließen mit dem ersten Soll-Druck dann, wenn die Ist-Drehzahl der insbesondere zuvor stillstehenden elektrischen Maschine die erste Soll-Drehzahl erreicht hat. Dann, wenn die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine der ersten Soll-Drehzahl entspricht, erfolgt zeitgleich zur Drehzahlregelung der elektrischen Maschine auf die erste Soll-Drehzahl das Ansteuern der Trennkupplung in Richtung Schließen mit dem ersten Soll-Druck.
  • Vorzugsweise sind die erste Soll-Drehzahl und das erste maximale Drehmoment für die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine und der erste Soll-Druck für die Ansteuerung der Trennkupplung derart bemessen, dass eine Getriebeölpumpe ausreichend Hydrauliköl für die Ansteuerung der Trennkupplung bereitstellt, ohne dass der Verbrennungsmotors bereits startbar ist. Das obige Zusammenspiel in der Ansteuerung der Trennkupplung und der Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors erlaubt eine schnelle Befüllung der Trennkupplung, ohne dass dieselbe jedoch ein Moment überträgt, das bereits ausreichend wäre, den Verbrennungsmotor zu starten. Erst dann, wenn detektiert wird, dass die Trennkupplung Moment übertragen kann, erfolgt der eigentliche Start des Verbrennungsmotors, nämlich das eigentliche Anschleppen des Verbrennungsmotors, indem die Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine, ein zulässiges Maximalmoment der elektrischen Maschine und der Soll-Druck der Trennkupplung erhöht werden.
  • Vorzugsweise wird dann ermittelt oder erkannt, dass die Trennkupplung so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: Der zeitliche Ist-Drehzahlgradient der elektrischen Maschine ist negativ und betragsmäßig größer als ein Grenzwert, weiterhin ist der zeitliche Ist-Momentgradient der elektrischen Maschine positiv und größer als ein Grenzwert. Die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine unterschreitet einen Grenzwert und weiterhin ist eine Differenz zwischen dem ersten maximalen Drehmoment für die elektrische Maschine und dem Ist-Moment der elektrischen Maschine kleiner als ein Grenzwert. Die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine ist konstant oder der zeitliche Ist-Drehzahlgradient der elektrischen Maschine ist negativ und betragsmäßig kleiner als ein Grenzwert, weiterhin ist eine Differenz zwischen dem ersten maximalen Drehmoment für die elektrische Maschine und dem Ist-Moment der elektrischen Maschine kleiner als ein Grenzwert. Die Ist-Drehzahl und/oder der zeitliche Ist-Drehzahlgradient des Verbrennungsmotors überschreitet einen Grenzwert. Mit diesen Bedingungen lässt sich zuverlässig und einfach ermitteln, ob die Trennkupplung so weit in Richtung Schließen angesteuert wurde, dass dieselbe Moment ausgehend von der elektrischen Maschine in Richtung auf den Verbrennungsmotor übertragen kann. Erst anschließend erfolgt das eigentliche Anschleppen und Starten des Verbrennungsmotors.
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs ist in Anspruch 10 definiert.
  • Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 ein Antriebsstrangschema eines Hybridfahrzeugs;
    • 2 ein Zeitdiagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs;
    • 3 ein weiteres Zeitdiagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs
    • 4 ein weiteres Zeitdiagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs
  • 1 zeigt ein Schema eines Antriebsstrangs 1 eines Hybridfahrzeugs. Das Hybridfahrzeug umfasst mehrere Antriebsaggregate, nämlich als erstes Antriebsaggregat eine elektrische Maschine 3 und als zweites Antriebsaggregat einen Verbrennungsmotor 2. Zwischen die elektrische Maschine 3 und den Verbrennungsmotor 2 ist eine Trennkupplung 4 geschaltet. Zwischen die elektrische Maschine 3 und einen Abtrieb 6 des Hybridfahrzeugs ist ein Getriebe 5 geschaltet.
  • Das Getriebe 5 umfasst eine Anfahrkupplung 7, die ebenfalls zwischen die elektrische Maschine 3 und den Abtrieb 6 geschaltet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Anfahrkupplung 7 um ein getriebeinternes Schaltelement des Getriebes 5. Es ist auch möglich, dass eine getriebeexterne Anfahrkupplung 7 vorhanden ist.
  • Dann, wenn die Trennkupplung 4 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 2 von der elektrischen Maschine 3 und vom Getriebe 5 und vom Abtrieb 6 abgekoppelt. In diesem Fall kann dann, wenn im Getriebe 5 ein kraftschlüssiger Gang eingelegt ist, ausschließlich ausgehend von der elektrischen Maschine 3 Antriebsmoment am Abtrieb 6 bereitgestellt werden. Bei geöffneter Trennkupplung 4 kann der Verbrennungsmotor 2 laufen oder stillgesetzt sein.
  • Dann, wenn der Antriebsstrang 1 der 1 bei geöffneter Trennkupplung 4 und stillgesetztem Verbrennungsmotor 2 betrieben wird, liegt der Zustand eines rein elektrischen Fahrens vor.
  • Dann, wenn bei geöffneter Trennkupplung 4 der Verbrennungsmotor 2 läuft, um zum Beispiel einen nicht gezeigten Generator anzutreiben und einen nicht gezeigten elektrischen Energiespeicher zu laden, liegt ein sogenanntes serielles Fahren des Antriebsstrangs 1 vor.
  • 1 zeigt weiter steuerungsseitige Baugruppen, so ein Getriebesteuergerät 8, welches den Betrieb des Getriebes 5 steuert und/oder regelt. Hierzu tauscht das Getriebesteuergerät 8 mit dem Getriebe 5 im Sinne des gezeigten Doppelpfeils Daten aus. Über das Getriebesteuergerät 8 kann auch die zwischen Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 3 geschaltete Trennkupplung 4 angesteuert werden.
  • Der Betrieb des Verbrennungsmotors 2 wird von einem VM-Steuergerät 9 und der Betrieb der elektrischen Maschine 3 von einem EM-Steuergerät 10 gesteuert und/oder geregelt. Hierzu tauscht das VM-Steuergerät 9 mit dem Verbrennungsmotor 2 und das EM-Steuergerät 10 mit der elektrischen Maschine 3 im Sinne der gestrichelten Pfeile Daten aus.
  • Ebenso tauschen das VM-Steuergerät 9 und das EM-Steuergerät 10 mit einem Hybridsteuergerät 11 Daten aus. Das Hybridsteuergerät 11 tauscht weiterhin mit dem Getriebesteuergerät 8 Daten aus. Gemäß 1 kann das Getriebesteuergerät 8 auch unmittelbar mit dem EM-Steuergerät kommunizieren. Obwohl in 1 nicht gezeigt, kann auch ein direkter Datenaustausch zwischen dem VM-Steuergerät 9 und dem EM-Steuergerät 10 erfolgen.
  • Das Hybridsteuergerät 11 kann hardwareseitig Bestandteil des VM-Steuergeräts 9 sein. Es ist aber möglich, dass das Hybridsteuergerät 11 hardwareseitig Bestandteil des Getriebesteuergeräts 8 ist.
  • Das Hybridsteuergerät 11 steuert und/oder regelt insbesondere eine Drehmomentabgabe von Verbrennungsmotor 2 und elektrischer Maschine 3. Das Getriebesteuergerät 8 steuert bzw. regelt den Betrieb des Getriebes 5 sowie der Trennkupplung 4.
  • Obwohl diese Systemarchitektur der Steuergeräte 8, 9, 10 und 11 bevorzugt ist, kann selbstverständlich auch eine andere steuerungsseitige Systemarchitektur implementiert sein.
  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Hybridfahrzeugs, um bei Vorliegen einer Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors 2 denselben zuverlässig, ausgehend von der elektrischen Maschine 3 anzuschleppen, und zwar ohne die Gefahr von Hardwareschäden für den Verbrennungsmotor 2.
  • Im Ausgangszustand wird davon ausgegangen, dass das Hybridfahrzeug stillgesetzt ist, dass also der Verbrennungsmotor 2 und die elektrische Maschine 3 zunächst stillgesetzt sind. Die Trennkupplung 4 ist im nicht angesteuerten Zustand geöffnet, es handelt sich demnach bei der Trennkupplung 4 um eine Normally-Open-Trennkupplung.
  • Soll aus einem solchen Zustand heraus das Hybridfahrzeug gestartet werden und ist zum Beispiel ein Ladezustand eines nicht gezeigten Energiespeichers zu gering, um über die elektrische Maschine 3 zu fahren, so muss der Verbrennungsmotor 2 gestartet werden.
  • Da im gezeigten Ausführungsbeispiel der Verbrennungsmotor 2 über keinen Startergenerator verfügt, muss der Verbrennungsmotor 2 von der elektrischen Maschine 3 aus angeschleppt werden. Die Erfindung schlägt hierzu nun ein Verfahren und ein Steuergerät vor, die es insbesondere bei tiefen Außentemperaturen von z.B. unterhalb -30 °C ermöglichen, den Verbrennungsmotor 2 ausgehend von der elektrischen Maschine 3 zuverlässig und schonend anzuschleppen, und zwar ohne die Gefahr von Hardwareschäden für den Verbrennungsmotor 2.
  • Dann, wenn der Verbrennungsmotor 2 bei geöffneter Trennkupplung 4 abgekoppelt ist und stillsteht, und wenn weiterhin eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors 2 bei zunächst stillstehender elektrischer Maschine 3 vorliegt, werden zumindest folgende Schritte ausgeführt:
    • Betreiben der elektrischen Maschine 3 in einer Drehzahlregelung unter Vorgabe einer ersten Soll-Drehzahl für die elektrische Maschine 3 und eines ersten maximalen Drehmoments für die elektrische Maschine 3, nämlich für die Drehzahlregelung derselben.
  • Ansteuern der Trennkupplung 4 in Richtung Schließen mit einem ersten Soll-Druck, nämlich zeitlich parallel zur Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 3.
  • Überwachen einer Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine 3 und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten der elektrischen Maschine 3 und/oder eines Ist-Moments der elektrischen Maschine 3 und/oder eines zeitlichen Ist-Momentgradienten der elektrischen Maschine 3 und/oder eine Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors 2 zur Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Drehmoment überträgt.
  • Dann, wenn erkannt oder ermittelt wurde, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Drehmoment überträgt, Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 über die elektrische Maschine 3.
  • Weitere Details der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeitdiagramme der 2, 3 und 4 beschrieben, wobei in 2, 3 und 4 über Zeit t jeweils mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt sind, nämlich jeweils zeitliche Momentverläufe 12, 13, 14, 15, 16, zeitliche Druckverläufe 17, 18 und zeitliche Drehzahlverläufe 19, 20, 21 und 22. Beim zeitlichen Momentverlauf 12 handelt es sich um den zeitlichen Verlauf des Ist-Moments der Trennkupplung 4. Beim zeitlichen Momentverlauf 13 handelt es sich um den zeitlichen Verlauf des Ist-Moments des Verbrennungsmotors 2. Beim zeitlichen Momentverlauf 14 handelt es sich um den zeitlichen Verlauf des Ist-Moments der elektrischen Maschine 3. Beim Momentverlauf 15 handelt es sich um ein steuerungsseitig vorgegebenes Maximal-Moment für die elektrische Maschine 3. Beim zeitlichen Momentverlauf 16 handelt es sich um ein Minimal-Moment, welches zum Verbrennungsmotorstart erforderlich ist. Beim zeitlichen Druckverlauf 17 handelt es sich um einen Soll-Druckverlauf der Trennkupplung 4 und beim zeitlichen Druckverlauf 18 um einen Ist-Druckverlauf der Trennkupplung 4. Beim zeitlichen Drehzahlverlauf 19 handelt es sich um einen Ist-Drehzahlverlauf der elektrischen Maschine 3 und beim zeitlichen Drehzahlverlauf 20 um einen Ist-Drehzahlverlauf des Verbrennungsmotors 2. Bei den Kurvenverläufen 21 und 22 handelt es sich jeweils um Soll-Drehzahlen für die elektrische Maschine 3. Die Kurvenverläufe 23 und 24 visualisieren Grenzwerte, nämlich der Kurvenverlauf 23 einen Drehzahl-Grenzwert und der Kurvenverlauf 24 einen Drehzahlgradient-Grenzwert. Der Kurvenverlauf 25 visualisiert eine Startanforderung für den Verbrennungsmotor 2 und der Kurvenverlauf 26 ein Freigabe-Flag für den Verbrennungsmotorstart.
  • Zum Zeitpunkt t0 liegt ein Zustand vor, in welcher das Hybridfahrzeug stillgesetzt ist. Zum Zeitpunkt t0 stehen sowohl der Verbrennungsmotor 2 als auch die elektrische Maschine 3 still, die Trennkupplung 4 ist nicht angesteuert und demnach im nicht angesteuerten Zustand geöffnet.
  • Zum Zeitpunkt t1 liegt eine Startanforderung für den Verbrennungsmotor 2 vor. Beginnend zum Zeitpunkt t1 wird dann die elektrische Maschine 3 in einer Drehzahlregelung betrieben, wobei für diese Drehzahlregelung zunächst eine erste Soll-Drehzahl und ein erstes maximales Drehmoment für die elektrische Maschine 3 vorgegeben wird. Bei der ersten Soll-Drehzahl handelt es sich um die Soll-Drehzahl 21, beim ersten maximalen Drehmoment um das Drehmomentniveau 15a des Maximal-Momentverlaufs 15. Die erste Soll-Drehzahl 21 sowie das erste maximale Drehmoment 15a für die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 3 sind so bemessen, dass eine Getriebeölpumpe des Getriebes 5 Hydrauliköl für die Ansteuerung der Trennkupplung 4 bereitstellen kann.
  • Sobald zum Zeitpunkt t2 die Ist-Drehzahl 19 der elektrischen Maschine 3 die erste Soll-Drehzahl 21 erreicht hat, wird gemäß dem Kurvenverlauf 17 ein Soll-Druck für die Befüllung der Trennkupplung 4 vorgegeben, und zwar im Sinne einer Schnellbefüllung. Diese Schnellbefüllung erfolgt mit dem Druckniveau ps und Zeitspanne Δts, wobei das Druckniveau ps so gewählt ist, dass die Trennkupplung 4 zwar in Richtung Schließen angesteuert wird, jedoch das ggf. von der Trennkupplung 4 in Richtung auf den Verbrennungsmotor 2 übertragene Moment nicht ausreichend ist, den Verbrennungsmotor 2 anzuschleppen bzw. zu starten.
  • Während der obigen Drehzahlregelung beginnend mit dem Zeitpunkt t1 und der obigen Ansteuerung der Trennkupplung 4 in Richtung Schließen beginnend mit dem Zeitpunkt t2 werden die Ist-Drehzahl 19 der elektrischen Maschine 3 und/oder der Istzeitliche Drehzahlgradient der elektrischen Maschine 3 und/oder das Ist-Moment der elektrischen Maschine 3 und/oder der zeitliche Ist-Momentgradient der elektrischen Maschine 3 und/oder die Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotor 2 und/oder der zeitliche Ist-Drehzahlgradient des Verbrennungsmotors 2 überwacht, um so zu ermitteln oder zu erkennen, ob die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment in Richtung auf den Verbrennungsmotor 2 übertragen kann. Dies ist in 2 zum Zeitpunkt t3 der Fall, wobei im Zeitpunkt t3 das Freigabe-Flag 26 für den Verbrennungsmotorstart gesetzt wird, sodass dann im Anschluss an den Zeitpunkt t3 der eigentliche Verbrennungsmotorstart durch Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 über die elektrische Maschine 3 durchgeführt wird.
  • Beginnend mit dem Zeitpunkt t3 wird die elektrische Maschine 3 hierzu weiter in Drehzahlregelung betrieben, wobei jedoch ein zweites maximales Drehmoment 15b und eine zweite Soll-Drehzahl 22 für die Drehzahlregelung vorgegeben wird, wobei die zweite Soll-Drehzahl 22 für die elektrische Maschine 3 vorzugsweise der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 2 entspricht. Infolge der Erhöhung der Soll-Drehzahl für die drehzahlgeregelte elektrische Maschine und des maximal zulässigen Moments für die drehzahlgeregelte elektrische Maschine 3 bildet sich dann der in den Kurvenverläufen 19 und 20 gezeigte Ist-Drehzahlverlauf von elektrischer Maschine 3 und Verbrennungsmotor 2 aus, wobei der Verbrennungsmotor 2 zum Zeitpunkt t4 anfängt Moment bereitzustellen.
  • Im Ausführungsbeispiel der 2 wird zum Zeitpunkt t3 festgestellt, dass die Ist-Drehzahl 19 der elektrischen Maschine 3 den Grenzwert 23 erreicht oder unterschreitet und dass weiterhin eine Differenz zwischen dem ersten maximalen Drehmoment 15a und dem Ist-Moment 14 der elektrischen Maschine 3 kleiner als ein Grenzwert ist, sodass in 2 zum Zeitpunkt t3 darauf geschlossen wird, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  • Die Kurvenverläufe der 3 entsprechen den Kurvenverläufen der 2 mit dem einzigen Unterschied, dass in 3 zum Zeitpunkt t3 festgestellt wird, dass die Ist-Drehzahl 20 des Verbrennungsmotors 2 und/oder der Ist-Drehzahlgradient des Verbrennungsmotors 2 einen Grenzwert überschreitet, sodass dann in 3 auf Basis dieser Größen ermittelt oder erkannt wird, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe zum Zeitpunkt t3 Moment überträgt.
  • Daher wird dann in der Variante der 3 beginnend zum Zeitpunkt t3 für die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 3 zum Verbrennungsmotorstart vom ersten Drehzahlgrenzwert 21 auf den zweiten Drehzahlgrenzwert 22 und vom ersten Maximal-Moment 15a auf das zweite Maximal-Moment 15b der elektrischen Maschine 3 gewechselt.
  • Es sind auch andere Bedingungen denkbar, bei deren Vorliegen darauf geschlossen wird, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt. So ist es möglich, dann darauf zu schließen, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, wenn der Ist-Drehzahlgradient der elektrischen Maschine 3 negativ und betragsmäßig größer als ein Grenzwert ist, und wenn weiterhin der Ist-Momentgradient der elektrischen Maschine 3 positiv und größer als ein entsprechender Grenzwert ist.
  • Ferner kann dann, wenn die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine 2 konstant ist oder wenn der Ist-Drehzahlgradient der elektrischen Maschine 3 negativ und betragsmäßig kleiner als ein Grenzwert ist, und wenn weiterhin eine Differenz zwischen dem ersten maximalen Drehmoment für die elektrische Maschine 3 und dem Ist-Moment derselben kleiner als ein Grenzwert ist, darauf erkannt werden, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  • In 4 sind weitere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt, wobei sich 4 von 3 dadurch unterscheidet, dass für die Schnellbefüllung mit dem Druckniveau ps, die Zeitpunkt t2 beginnt, keine feste Zeitdauer Δts vorgegeben wird, sondern vielmehr zur Adaption dieser Zeitdauer das Druckniveau ps solange erhalten bleibt, bis erkannt wird, dass die Trennkupplung 4 Moment überträgt. So kann dann zusätzlich eine Adaption für die Schnellfüllzeit der Trennkupplung 4 erfolgen.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird demnach bei Vorliegen einer Startanforderung 25 für den Verbrennungsmotor 2 zunächst die elektrische Maschine 3 in einer Drehzahlregelung mit relativ geringer Soll-Drehzahl und relativ geringem Maximal-Moment betrieben. Zeitlich parallel wird die Trennkupplung 4 in Richtung Schließen mit einem relativ geringen Druckniveau ansteuert. Das Zusammenspiel der Drehzahlregelung der elektrischen Maschine 3 und der Druckansteuerung der Trennkupplung 4 erfolgt mit dem Ziel, die Trennkupplung 4 möglichst schnell zu befüllen, das von der Trennkupplung 4 übertragene Moment jedoch so gering zu halten, dass der Verbrennungsmotor 2 noch nicht gestartet wird.
  • Vielmehr soll durch Überwachung von Drehzahlen und/oder Drehmomenten von elektrischer Maschine 3 und/oder Verbrennungsmotor 2 überwacht werden, wann die Trennkupplung 4 Moment übertragen kann. Wird festgestellt, dass die Trennkupplung 4 Moment übertragen kann, so wird sowohl die Soll-Drehzahl als auch das Maximal-Moment für die drehzahlgeregelte elektrische Maschine 3 erhöht, ebenso der Soll-Druck für die Ansteuerung der Trennkupplung 4. Dies erfolgt in 2, 3 und 4 derart, dass beginnend mit dem Zeitpunkt t3, also nach Erkennen, dass die Trennkupplung 4 Moment überträgt, die Trennkupplung 4 geschlossen und in Überanpressung gebracht wird, sodass das Starten bzw. Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 mit gebrückter Trennkupplung 4 erfolgt, also ohne Schupf an der Trennkupplung 4 durch Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 über die elektrische Maschine 3 auf die Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine 3, bis der Verbrennungsmotor 2 zumindest zündfähig ist. Wie bereits ausgeführt, dient vorzugsweise die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors 2 als zweite Soll-Drehzahl 22 für den eigentlichen Verbrennungsmotorstart.
  • Obwohl es bevorzugt ist, nach dem Zeitpunkt t3 die Trennkupplung 4 in Überanpressung zu bringen und so den Verbrennungsmotor 2 bei gebrückter Trennkupplung 4 über die elektrische Maschine 3 anzuschleppen, ist es auch möglich, im Anschluss an den Zeitpunkt t3 durch Wahl eines angepassten Soll-Drehzahlverlaufs für die elektrische Maschine 3 und durch Wahl eines angepassten Soll-Drucks für die Trennkupplung 4 den Verbrennungsmotor 2 bei schlupfender Trennkupplung 4 anzuschleppen. Wie bereits ausgeführt, ist jedoch das Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 bei gebrückter Trennkupplung 4, die sich in Überanpressung befindet, bevorzugt.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren steuerungsseitig automatisch auszuführen. Bei diesem Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um das Getriebesteuergerät 10, welches über hardwareseitige Mittel und softwareseitige Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt.
  • Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen. Ferner zählen zu den hardwareseitigen Mitteln ein Prozessor zur Datenverarbeitung und ein Speicher zur Datenspeicherung. Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbausteine, die im Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens implementiert sind.
  • Dann, wenn der Verbrennungsmotor 2 bei geöffneter Trennkupplung 4 abgekoppelt ist und stillsteht, wenn auch die elektrische Maschine 3 stillsteht, und wenn weiterhin eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors vorliegt, führt das Steuergerät steuerungsseitig folgende Schritte aus: Betreiben der elektrischen Maschine 3 in einer Drehzahlregelung unter Vorgabe einer ersten Soll-Drehzahl 21 für die elektrische Maschine 3 und eines ersten maximalen Drehmoments 15a für die elektrische Maschine 3. Ansteuern der Trennkupplung in Richtung Schließen mit einem ersten Soll-Druck 17a. Überwachen der Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine 3 und/oder des zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten derselben und/oder eines Ist-Moments der elektrischen Maschine 3 und/oder eines zeitlichen Ist-Momentgradienten derselben und/oder einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten desselben zur Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt. Anschließendes Anschleppen des Verbrennungsmotors 2 über die elektrische Maschine 3 nach Erkennung, dass die Trennkupplung 4 so weit angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, und zwar durch die weiterhin in Drehzahlregelung betriebene elektrische Maschine, für die dann eine zweite, höhere Soll-Drehzahl 22 und ein zweites, höheres Maximal-Moment 15a vorgegeben wird. Ferner wird für die Ansteuerung der Trennkupplung 4 ein zweiter, höherer Soll-Druck 17b vorgegeben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsstrang
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    elektrische Maschine
    4
    Trennkupplung
    5
    Getriebe
    6
    Abtrieb
    7
    Anfahrkupplung
    8
    Getriebe-Steuergerät
    9
    VM-Steuergerät
    10
    EM-Steuergerät
    11
    Hybridsteuergerät
    12
    Ist-Moment Trennkupplung
    13
    Ist-Moment Verbrennungsmotor
    14
    Ist-Moment elektrische Maschine
    15
    Maximal-Moment elektrische Maschine
    16
    Minimal-Moment Verbrennungsmotorstart
    17
    Soll-Druck Trennkupplung
    18
    Ist-Druck Trennkupplung
    19
    Ist-Drehzahlverlauf elektrische Maschine
    20
    Ist-Drehzahlverlauf Verbrennungsmotor
    21
    erste Soll-Drehzahlverlauf elektrische Maschine
    22
    zweite Soll-Drehzahlverlauf elektrische Maschine
    23
    Drehzahl-Grenzwert
    24
    Drehzahlgradient-Grenzwert
    25
    Startanforderung Verbrennungsmotor
    26
    Freigabe-Flag Verbrennungsmotorstart
  • 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
    • US 20150166051 A1 [0008]
    • US 20150232080 A1 [0009]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, wobei das Hybridfahrzeug als erste Antriebsquelle eine elektrische Maschine (3), als zweite Antriebsquelle einen Verbrennungsmotor (2), eine zwischen den Verbrennungsmotor (2) und die elektrische Maschine (3) geschaltete Trennkupplung (4), die im nicht angesteuerten Zustand geöffnet ist, und ein zwischen die elektrische Maschine (3) und einen Abtrieb (6) geschaltetes Getriebe (5) aufweist, wobei dann, wenn der Verbrennungsmotor (2) bei geöffneter Trennkupplung (4) abgekoppelt ist und stillsteht, und wenn weiterhin eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (2) vorliegt, folgende Schritte ausgeführt werden: Betreiben der elektrischen Maschine (3) in einer Drehzahlregelung unter Vorgabe einer ersten Soll-Drehzahl für die elektrische Maschine (3) und eines ersten maximalen Drehmoments für die elektrische Maschine (3), Ansteuern der Trennkupplung (4) in Richtung Schließen mit einem ersten Soll-Druck, Überwachen einer Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (3) und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Ist-Moments der elektrischen Maschine (3) und/oder eines zeitlichen Ist-Momentgradienten der elektrischen Maschine (3) und/oder einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors (2) zur Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, Anschleppen des Verbrennungsmotors (2) über die elektrische Maschine (3) nach Erkennung, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansteuern der Trennkupplung (4) in Richtung Schließen mit dem ersten Soll-Druck dann erfolgt, wenn die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (3) die erste Soll-Drehzahl erreicht hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Soll-Drehzahl und das erste maximale Drehmoment für die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (3) und der erste Soll-Druck für die Ansteuerung der Trennkupplung (4) derart bemessen sind, dass eine Getriebeölpumpe ausreichend Hydrauliköl für die Ansteuerung der Trennkupplung (4) bereitstellt, ohne dass der Verbrennungsmotor (2) bereits startbar ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Ermittlung oder Erkennung, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, für den eigentlichen Start des Verbrennungsmotors (2) für die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (3) eine zweite Soll-Drehzahl und ein zweites maximales Drehmoment und ferner für die Ansteuerung der Trennkupplung (4) ein zweiter Soll-Druck vorgegeben werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der zeitliche Ist-Drehzahlgradient der elektrischen Maschine (3) negativ und betragsmäßig größer als ein Grenzwert ist, und wenn weiterhin der Ist-Momentgradient der elektrischen Maschine (3) positiv und größer als ein Grenzwert ist, ermittelt oder erkannt wird, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (2) einen Grenzwert unterschreitet, und wenn weiterhin eine Differenz zwischen dem ersten maximalen Drehmoment für die elektrische Maschine (3) und dem Ist-Moment der elektrischen Maschine (3) kleiner als ein Grenzwert ist, ermittelt oder erkannt wird, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ist-Drehzahl und/oder der zeitliche Ist-Drehzahlgradient des Verbrennungsmotors (2) einen Grenzwert überschreitet, ermittelt oder erkannt wird, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (2) konstant ist, oder dann, wenn der zeitliche Ist-Drehzahlgradient der elektrischen Maschine (3) negativ und betragsmäßig kleiner als ein Grenzwert ist, und wenn weiterhin eine Differenz zwischen dem ersten maximalen Drehmoment für die elektrische Maschine (3) und dem Ist-Moment der elektrischen Maschine (3) kleiner als ein Grenzwert ist, ermittelt oder erkannt wird, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, eine Schnellfüllzeit für die Trennkupplung (4) adaptiert wird.
  10. Steuergerät (10) zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs, welches dann, wenn ein Verbrennungsmotor (2) des Hybridfahrzeugs bei geöffneter, zwischen den Verbrennungsmotor (2) und eine elektrische Maschine (3) des Hybridfahrzeugs geschalteter Trennkupplung (4) abgekoppelt ist und stillsteht, und wenn weiterhin eine Anforderung zum Starten des Verbrennungsmotors (2) vorliegt, folgende Schritte steuerungsseitig ausführt: Betreiben der elektrischen Maschine (3) in einer Drehzahlregelung unter Vorgabe einer ersten Soll-Drehzahl für die elektrische Maschine (3) und eines ersten maximalen Drehmoments für die elektrische Maschine (3), Ansteuern der Trennkupplung (4) in Richtung Schließen mit einem ersten Soll-Druck, Überwachen einer Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (3) und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten der elektrischen Maschine (3) und/oder eines Ist-Moments der elektrischen Maschine (3) und/oder eines zeitlichen Ist-Momentgradienten der elektrischen Maschinen (3) und/oder einer Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) und/oder eines zeitlichen Ist-Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors (2) zur Ermittlung oder Erkennung, ob die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt, Anschleppen des Verbrennungsmotors (2) über die elektrische Maschine (3) nach Erkennung, dass die Trennkupplung (4) so angesteuert wurde, dass dieselbe Moment überträgt.
  11. Steuergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 steuerungsseitig automatisch auszuführen.
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