DE102021214698A1 - Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeugs und Antriebsstrang für ein hybridelektrisches Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges (10) mit einem Verbrennungsmotor (VM) mit einer Kurbelwelle (12) und einer ersten elektrischen Maschine (SG), die mit dem Verbrennungsmotor (VM) verbunden ist,wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über eine erste Kupplung (C0) lösbar mit einer Traktionswelle (17) des Fahrzeuges (10) verbindbar ist,wobei zum Anfahren des Fahrzeuges (10)- der Verbrennungsmotor (VM) aus ist,- die erste lösbare Kupplung (C0) geschlossen ist, unddie erste elektrische Maschine (SG) ein erstes Drehmoment (TQ_SG) bereitstellt, welches die Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (12) in Rotation versetzt und über die geschlossene Kupplung (C0) auf die Traktionswelle (17) des Fahrzeuges übertragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeugs und Antriebsstrang für ein hybridelektrisches Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einer ersten und einer zweiten elektrischen Maschine.
  • Bei bekannten Hybridfahrzeugen mit einer Verbrennungskraftmaschine und zwei elektrischen Maschinen ist häufig einer der elektrischen Maschinen primär als Startergenerator vorgesehen und die zweite elektrische Maschine primär als Traktionsmaschine. Der Startergenerator kann beispielsweise mit dem Verbrennungsmotor durch einen Riementrieb permanent verbunden sein. Über eine Kupplung C0 ist der Verbrennungsmotor mit der Traktionsmaschine verbunden. Die Traktionsmaschine ihrerseits ist mittels einer weiteren Kupplung C1 mit einem Getriebe verbindbar. Ein solches System wird auch als „P0+P2-Hybrid“ bezeichnet und ist beispielhaft in dargestellt.
  • Da der Verbrennungsmotor erst oberhalb einer gewissen Drehzahl N_ICE_min seiner Kurbelwelle Antriebsmoment in den Antriebsstrang einleiten kann, muss das Fahrzeug bei einem Anfahrvorgang durch die Traktionsmaschine auf eine Mindestgeschwindigkeit (VS_min) beschleunigt werden. Wobei VS_min dadurch charakterisiert ist, dass bei dieser Geschwindigkeit die Getriebeeingangsdrehzahl (diese ist zugleich auch die Drehzahl der Abtriebsseite der Kupplung C1 mindestens den Wert von N_ICE_min hat. Erst nach Erreichen oder Überschreiten von VS_min kann der ICE samt SG mittels C0 an den Antriebsstrang (pT) gekoppelt werden und einen Beitrag durch Verbrennung zur Traktion des Fahrzeugs liefern. Dies bedeutet, dass unterhalb von VS-min nur die Traktionsmaschine TM für die Beschleunigung des Fahrzeugs zur Verfügung steht, der ICE und SG erst oberhalb von VS min.
  • Um ausreichend Antriebsdrehmoment bzw. Antriebsleistung während des Anfahrvorganges zur Verfügung stehen zu haben, muss die Traktionsmaschine (TM) entsprechend leistungsstark bemessen bzw. dimensioniert sein.
  • Auch Konfigurationen aus P1+P2, P0+P3, P1+P3, P0+P4 und P1+P4 mit einer Ausführung der Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und Antriebstrang die keine kraftschlüssige Verbindung darstellt, haben das gleiche Problem.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die genannten Probleme zu vermeiden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges gemäß Anspruch 1 sowie durch die Gegenstände der weiteren unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anfahren betrifft ein hybridelektrisches Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einer ersten elektrischen Maschine, die mit dem Verbrennungsmotor (VM) verbunden ist.
    Die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ist über eine erste Kupplung lösbar mit einer Traktionswelle des Fahrzeuges verbindbar. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist zum Anfahren des Fahrzeuges der Verbrennungsmotor zunächst aus und die erste lösbare Kupplung geschlossen, wodurch die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mit der Traktionswelle verbunden ist. Erfindungsgemäß stellt die erste elektrische Maschine ein Drehmoment (TQ_SG) bereit, welches die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Rotation versetzt und über die geschlossene erste Kupplung auf die Traktionswelle des Fahrzeuges übertragen wird.
    Anfahren bedeutet in dieser Anmeldung beschleunigen aus dem Stillstand.
    Die erste elektrische Maschine ist beispielsweise ein Startergenerator und vorzugsweise permanent mit dem Verbrennungsmotor verbunden, beispielsweise über einen Riementrieb. Der Riementrieb erlaubt so eine Übertragung einer Drehbewegung der Rotorwelle des Startergenerators auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder umgekehrt.
    Die Traktionswelle ist vorzugsweise drehfest mit einem Rotor einer zweiten elektrischen Maschine verbunden und bildet dessen Rotorwelle. Vorzugsweise ist die Traktionswelle ihrerseits mittels einer zweiten lösbaren Kupplung (C1) mit einer Abtriebswelle (30) des Fahrzeuges lösbar verbindbar. Die Abtriebswelle führt beispielsweise als Getriebeeingangswelle zu einem Getriebe. Von dort wird der Abtrieb an die Räder des Fahrzeuges weitergeleitet.
    Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante sind die erste Kupplung C0 und/oder die zweite Kupplung C1 jeweils als eine formschlüssige Kupplung, eine sogenannte Klauenkupplung ausgebildet. Klauenkupplungen haben gegenüber Reibkupplungen den Vorteil, dass sie weniger aufwändig und kostengünstiger sind. Allerdings kann mittels einer Klauenkupplung keine Synchronisation der miteinander verbundenen Wellen erfolgen. Die Synchronisation der Drehzahlen zum Einkuppeln muss auf andere Weise sichergestellt werden.
  • Erfindungsgemäß befindet sich während dem Anfahrvorgangs, bei abgestellter Verbrennungskraftmaschine (11), die erste Kupplung C0 im eingekuppelten Zustand. D.h. die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ist drehfest mit der Traktionswelle verbunden.
  • Dabei wird durch den die erste elektrische Maschine (Startergenerator SG) ein Drehmoment (TQ_SG) gestellt, das höher ist als ein Verlustdrehmoment (TQ_ICE_LOSS), welches erforderlich ist, um die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (ICE) in Rotation zu versetzen. Das resultierende Drehmoment des Startergenerators (TQ_SG_RES) dient der Traktion. Dieses ergibt wie folgt: TQ_SG_RES = TQ_SG - TQ_ICE_LOSS.
  • Vorzugsweise wird zum Anfahren des hybridelektrischen Fahrzeuges ein zusätzliches Drehmoment durch die zweite elektrische Maschine (14) bereitgestellt, welches gemeinsam mit dem resultierenden Drehmoment des Startergenerators (TQ_SG_RES) zur Traktion des Fahrzeuges (10) beiträgt.
    Durch diese Maßnahme steht insgesamt ein höheres Traktionsdrehmoment, nämlich die Summe aus dem Drehmoment der zweiten elektrischen (Traktions-)Maschine und dem resultierenden Drehmoment des Startergenerators zur Verfügung. Die zweite elektrische Maschine (Traktionsmaschine) muss somit nicht alleine das Fahrzeug aus dem Stillstand beschleunigen, sondern wird durch den Startergenerator unterstützt. Durch die vorliegende Erfindung kann die zweite elektrische (Traktions-)Maschine weniger leistungsstark dimensioniert werden, was zu geringeren Hardwarekosten führen kann. Die hier beschriebene bevorzugte Variante entspricht einer P0+P2 Architektur. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch für andere Hybridarchitekturen, wie beispielsweise P0+P3 oder P0+P4 anwendbar.
  • Des Weiteren wird beim Anfahrvorgang der Verbrennungsmotor (ICE), dadurch dass dieser mitgeschleppt wird, gestartet.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges wird nach der ersten Beschleunigung aus dem Stillstand des Fahrzeuges bei Überschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle (v_VM_min) des Fahrzeugs der Verbrennungsmotor gestartet.
  • Der Startvorgang ist vollzogen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert VS_min erreicht oder überschreitet und die Kraftstoffeinspritzung und Verbrennung eingeleitet werden. Nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors kann dieser ebenfalls einen Beitrag zur Traktion durch Verbrennung leisten. Dadurch, dass keine Drehzahlanpassung des Verbrennungsmotors durch den Startergenerator an die Drehzahl der Traktionswelle (bzw. Getriebeeingangsdrehzahl) erfolgen muss und kein Einkuppelvorgang nötig ist, wird des Anfahrvorgang insgesamt beschleunigt.
  • Die Erfindung ermöglicht so einen Anfahrvorgang während sich die Verbrennungskraftmaschine im unbefeuerten Betrieb befindet und sich die Kupplung C0 im eingekuppelten Zustand befindet.
    Zusätzliche Vorteile der Erfindung sind eine Bescheldunigung des Anfahrvorgangs in Situationen wie einem „Durchreißstart" und Notlaufeigenschaften bei einem Ausfall der Kupplung C0.
  • Die Aufgabe der Erfidung wird ebenfalls gelöst durch einen Antriebsstrang für ein hybridelektrisches Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor hybridelektrischen Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle und einer ersten elektrischen Maschine, die mit dem Verbrennungsmotor (11) verbunden ist, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über eine erste Kupplung lösbar mit einer Traktionswelle des Fahrzeuges verbindbar ist, und die Traktionswelle drehfest mit einem Rotor einer zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, wobei die Traktionswelle mittels einer zweiten Kupplung mit einer Abtriebswelle des Fahrzeuges lösbar verbindbar ist.
  • Vorzugsweise ist die erste elektrische Maschine (13) ein Startergenerator, welcher mit dem Verbrennungsmotor (11) permanent, insbesondere durch einen Riementrieb (19) verbunden ist.
  • Die erste Kupplung (15) und/oder die zweite Kupplung (16) sind vorzugsweise als formschlüssige Kupplung (Klauenkupplung) ausgebildet.
  • Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Antriebsstrang eines hybridelektrischen Fahrzeuges mit einer Prozessoreinrichtung, welche eingerichtet ist, das oben beschriebene erfindungsgemäße Verfahren in einer Ausführungsvariante durchzuführen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein hybridelektrisches Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang und einer entsprechenden erfindungsgemäßen Steuereinrichtung.
  • Im Folgenden soll die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform näher erläutert werden.
  • Es zeigt:
    • 1: Eine Ausführungsform eines erfindungsgemä0en Antriebsstrangs.
  • 1 zeigt einen P0+P2 Antriebsstrang für ein hybridelektrischen Fahrzeug 10 mit einem Verbrennungsmotor 11 mit einer Kurbelwelle 12, der mit einer ersten elektrischen Maschine 13 über einen Riementrieb19 permanent verbunden ist. Über eine erste Kupplung 15, die als Klauenkupplung ausgeführt ist, ist die Kurbelwelle 12 mit der Traktionswelle 17 lösbar drehfest verbunden. Die Traktionswelle 17 ist ihrerseits drehfest mit einem Rotor 18 einer zweiten elektrischen Maschine 14 verbunden. Über eine zweite Kupplung 16 (C1), welche ebenfalls als Klauenkupplung ausgeführt sein kann, ist die Traktionswelle 17 lösbar mit einer Abtriebswelle 30 verbindbar. Die Abtriebswelle ist beispielsweise eine Eingangswelle für ein Getriebe 31.
  • Zum Anfahren, d.h. Beschleunigen des Fahrzeuges aus dem Stillstand ist die Kupplung 15 geschlossen. Die beiden elektrischen Maschinen 14 und 15 rezeugen Drehmoment und tragen zur Traktion bei. Dabei wird der unbefeuerte Verbrennungsmotor 11 zunächst mitgeschleppt. Bei Erreichen einer Mindestgeschwindigkeit kann die Verbrennung gestartet werden und der Verbrennungsmotor kann ebenfalls Drehmoment beisteuern.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeug
    11
    Verbrennungsmotor VM
    12
    Kurbelwelle (Ausgangswelle des Verbrennungsmotors)
    13
    Erste Elektrische Maschine (Startergenerator) SG
    14
    Zweite Elektrische Maschine (Traktionsmaschine) TM
    15
    Kupplung C0
    16
    Kupplung C1
    17
    Traktionswelle
    18
    Rotor der TM
    19
    Riementrieb
    30
    Abtriebswelle/Getriebeeingangswelle
    31
    Getriebe

Claims (10)

  1. Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges (10) mit einem Verbrennungsmotor (11) mit einer Kurbelwelle (12) und einer ersten elektrischen Maschine (13), die mit dem Verbrennungsmotor (11) verbunden ist, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors über eine erste Kupplung (15) lösbar mit einer Traktionswelle (17) des Fahrzeuges (10) verbindbar ist, wobei zum Anfahren des Fahrzeuges (10) - der Verbrennungsmotor (11) aus ist, - die erste lösbare Kupplung (15) geschlossen ist, und die erste elektrische Maschine (13) ein erstes Drehmoment (TQ_SG) bereitstellt, welches die Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (12) in Rotation versetzt und über die geschlossene Kupplung (15) auf die Traktionswelle (17) des Fahrzeuges übertragen wird.
  2. Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges (10) gemäß gemäß Anspruch 1, wobei die Traktionswelle (17) drehfest mit einem Rotor einer zweiten elektrischen Maschine (14) verbunden ist und mittels einer zweiten Kupplung (16) mit einer Abtriebswelle (30) des Fahrzeuges lösbar verbindbar ist.
  3. Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von der ersten elektrischen Maschine (13) erzeugte Drehmoment (TQ_SG) größer ist als ein Drehmoment (TQ_ICE_LOSS), welches erforderlich ist, um die Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (11) in Rotation zu versetzen, und wobei ein resultierendes Drehmoment (TQ_SG_RES), welches die Differenz zwischen dem vom Startergenerator erzeugten Drehmoment (TQ_SG) und dem Verlustdrehmoment (TQ_ICE_LOSS) ist, zur Traktion des Fahrzeuges beiträgt.
  4. Verfahren zum Anfahren eines hybridelektrischen Fahrzeuges (10) gemäß Anspruch 3, wobei zum Anfahren ein zusätzliches Drehmoment durch die zweite elektrische Maschine (14) bereitgestellt wird, welches gemeinsam mit dem resultierenden Drehmoment des Startergenerators (TQ_SG_RES) zur Traktion des Fahrzeuges (10) beiträgt.
  5. Verfahren zum Anfahren eines Hybridelektrischen Fahrzeuges (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei Überschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle (v_VM_min) des Fahrzeugs der Verbrennungsmotor (11) gestartet wird.
  6. Antriebsstrang für ein hybridelektrisches Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor hybridelektrischen Fahrzeuges (10) mit einem Verbrennungsmotor (11) mit einer Kurbelwelle (12) und einer ersten elektrischen Maschine (13), die mit dem Verbrennungsmotor (11) verbunden ist, wobei die Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (11) über eine erste Kupplung (15) lösbar mit einer Traktionswelle (17) des Fahrzeuges (10) verbindbar ist, und die Traktionswelle (17) drehfest mit einem Rotor einer zweiten elektrischen Maschine (14) verbunden ist, wobei die Traktionswelle (17) mittels einer zweiten Kupplung (16) mit einer Abtriebswelle (30) des Fahrzeuges lösbar verbindbar ist.
  7. Antriebsstrang für ein hybridelektrisches Fahrzeug (10) gemäß Anspruch 6, wobei die erste elektrische Maschine (13) ein Startergenerator ist, welcher mit dem Verbrennungsmotor (11) permanent, insbesondere durch einen Riementrieb (19) verbunden ist.
  8. Antriebsstrang für ein hybridelektrisches Fahrzeug (10) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die erste Kupplung (15) und/oder die zweite Kupplung (16) eine formschlüssige Kupplung ist.
  9. Steuervorrichtung für einen Antriebsstrang eines hybridelektrischen Fahrzeuges mit einer Prozessoreinrichtung, welche eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  10. Hybridelektrisches Fahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8 und einer Steuereinrichtung gemäß Anspruch 9.
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