DE102023003398A1

DE102023003398A1 - System zum Starten des Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit Automatikgetriebe und Verfahren dazu

Info

Publication number: DE102023003398A1
Application number: DE102023003398.7A
Authority: DE
Inventors: Sanjay Gupta; Devpriyo Ghosh; Markus Nonnenmacher; Tobias Bischoff
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-08-27
Filing date: 2023-08-17
Publication date: 2024-02-29

Abstract

Ein System 200 und ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug wird offenbart, die Folgendes umfassen: (i) Prüfen 402 durch eine Steuereinheit, basierend auf den Signalen von dem einen oder den mehreren Sensoren, ob der Verbrennungsmotor gestartet werden muss; Prüfen 404, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist; und (iii) betriebsmäßiges Koppeln 406 und 408, wenn festgestellt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, einer entsprechenden Achse mit dem Verbrennungsmotor, um Kraft von der Trägheit des Fahrzeugs auf den Verbrennungsmotor zum Starten des Verbrennungsmotors zu übertragen.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS). Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem und ein entsprechendes Verfahren bereit.
Hybridfahrzeuge umfassen typischerweise einen kraftstoffbetriebenen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor, der basierend auf elektrischer Energie aus einer Batterie betrieben wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Hybridfahrzeuge werden immer komplexer, da sie so konstruiert werden, dass sie zwei oder mehr verschiedene Antriebsstränge pro Fahrzeug verwenden, z.B., wie in 1 gezeigt, einen reinen Elektroantrieb an einer Achse, wie z.B. der Vorderachse, der nur auf der Zugkraft des Elektromotors P4 basiert, und der andere kann ein Hybrid sein, der den Elektromotor P2 oder P3 und den Verbrennungsmotor (ICE) an der anderen Achse, wie z.B. der Hinterachse, umfasst. Im Allgemeinen werden die Hybridarchitekturen als P2P4 oder P3P4 bezeichnet.
In der oben genannten Architektur versorgt eine einzige Bordbatterie die beiden Elektromotoren P2 und P4, die auf zwei verschiedene Antriebsstränge verteilt sind, mit elektrischer Energie. Außerdem ist die Gesamtkapazität der Batterie in der Regel geringer als die Leistung, die von den Elektromotoren P2 und P4 zusammen benötigt wird. Damit wird das Energiemanagement der Batterie zu einem sehr wichtigen Aspekt.
Um den realen Fahrbedürfnissen gerecht zu werden, wird dem P4-Elektromotor die erste Priorität eingeräumt, um die sofort verfügbare Batterieleistung zu nutzen; die Rolle des P2-Elektromotors besteht darin, entweder die verbleibende Batterieleistung zu nutzen, um den zusätzlichen Leistungsbedarf zu decken, wenn dies aufgrund der Fahrbedingungen erforderlich ist, oder die Batterie mit Strom vpm Verbrennungsmotor zu laden, wenn der Ladezustand (State Of Charge, SOC) der Batterie niedrig ist. Außerdem startet der P2-Elektromotor bei Bedarf auch den Verbrennungsmotor an, indem er die elektrische Energie derselben Batterie nutzt.
In einem Szenario, in dem ein reiner Elektroantrieb verwendet wird und der Ladezustand (SOC) der Batterie nahe dem unteren Schwellenwert liegt, kann der Fahrer, wenn er plötzlich beschleunigen muss, das Gaspedal des Fahrzeugs betätigen und eine Beschleunigung des Fahrzeugs erwarten. Da der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs jedoch ausgeschaltet ist, müsste der Elektromotor P2 zunächst mit Strom versorgt werden, um den Verbrennungsmotor zu starten, damit er die Batterie mit Strom aus dem Verbrennungsmotor laden kann, was in diesem Szenario schwierig erscheint. Es wäre daher wünschenswert, eine Lösung bereitzustellen, die die Schwierigkeiten in einer solchen Situation überwindet.
Das Patentdokument US10106162B2 offenbart ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors eines hybriden Antriebsstrangs oder Antriebssystems. Das in der Patentschrift US10106162B2 offenbarte Verfahren umfasst: das Ansteuern eines Elektromotors auf eine Drehzahl als Reaktion auf eine Anforderung des Starts des Verbrennungsmotors; und das Schließen einer Trennkupplung des Antriebssystems. Das Schließen der Trennkupplung führt zu einer Übertragung von kinetischer Energie und Drehmoment vom Elektromotor auf den Verbrennungsmotor, um den Verbrennungsmotor auf eine höhere Startdrehzahl zu beschleunigen als in der Situation, in der der Elektromotor und der Verbrennungsmotor gleichzeitig aus dem Stillstand beschleunigt werden.
Die Systeme und Verfahren der zitierten Patentschrift bieten jedoch keine Lösung für das oben genannte Problem. Es besteht daher die Notwendigkeit, eine effiziente, optimale und kostengünstige Lösung bereitzustellen, die die oben genannten Einschränkungen eines Hybridantriebs beseitigen kann und eine effektive und zuverlässige Lösung für das Starten des Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem und mehr als einem Antriebsstrang bereitstellt.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein effizientes, zuverlässiges und schnelles System und Verfahren bereitzustellen, das die oben genannten Einschränkungen herkömmlicher Systeme und Verfahren vermeidet und eine wirksame und zuverlässige Steuerstrategie für das Starten des Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs mit einem Automatikgetriebesystem und mehr als einem Antriebsstrang bereitstellt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System und Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs mit einem Automatikgetriebesystem und mehr als einem Antriebsstrang bereitzustellen, ohne Energie aus dem Batteriepack zu verbrauchen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System und Verfahren bereitzustellen, das bei niedrigen SOC-Prozentsätzen hilfreich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, das nicht darauf beschränkt ist, nur bei niedrigen SOC-Prozentsätzen verwendet zu werden, und das zum Starten des Verbrennungsmotors bei beliebigen SOC-Werten verwendet werden kann.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf den Bereich der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem und mehr als einem Antriebsstrang sowie ein entsprechendes Verfahren bereit.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft ein System zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem. In einem Beispiel kann das System einen oder mehrere Sensoren umfassen, die mit dem Verbrennungsmotor, einem elektrischen Antrieb, einem Gaspedal und einem Batteriesatz des Fahrzeugs konfiguriert sind. Der eine oder die mehreren Sensoren können einen oder mehrere Parameter überwachen, die sich auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors, des elektrischen Antriebs, des Gaspedals und eines Batteriepacks beziehen, und können daraufhin entsprechende Signale erzeugen. Das System kann ferner eine Steuereinheit umfassen, die mit dem Verbrennungsmotor und dem einen oder den mehreren Sensoren in Wirkverbindung steht. Die Steuereinheit kann einen oder mehrere Prozessoren umfassen, und die Prozessoren können betriebsmäßig mit einem Speicher gekoppelt sein, der wiederum von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausführbare Anweisungen speichern kann. In einem weiteren Beispiel kann anhand der Signale des einen oder der mehreren Sensoren geprüft werden, ob der Verbrennungsmotor gestartet werden muss. Nach der Feststellung, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, kann eine weitere Prüfung basierend auf der Signale des einen oder der mehreren Sensoren erfolgen, um zu prüfen, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist. Danach, wenn festgestellt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, kann eine entsprechende Achse des Hybridfahrzeugs betriebsmäßig mit dem Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs gekoppelt werden, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Verbrennungsmotor zu übertragen, um den Verbrennungsmotor zu starten.
In einem weiteren Beispiel kann das System ferner einen vorderen Antriebsstrang umfassen, der einen ersten elektrischen Antrieb enthält, der mit einer Vorderachse betriebsmäßig gekoppelt ist. Das System kann ferner einen hinteren Antriebsstrang mit einem zweiten elektrischen Antrieb umfassen, der über eine Drehmomentwandlerkupplung mit einer Hinterachse betriebsmäßig gekoppelt ist. Weiterhin kann der Verbrennungsmotor über eine Entkopplungskupplung (K0) mit der Hinterachse betriebsmäßig gekoppelt sein. Das System kann ferner ein Batteriepaket umfassen, das mit dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb betriebsmäßig gekoppelt ist. Eine Steuereinheit kann mit dem vorderen Antriebsstrang, dem hinteren Antriebsstrang und dem Batteriepaket in Verbindung stehen. Die Steuereinheit kann einen oder mehrere Prozessoren umfassen, und der eine oder die mehreren Prozessoren können mit einem Speicher betriebsfähig gekoppelt sein. Der Speicher kann Anweisungen speichern, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren ausgeführt werden können. In einem weiteren Beispiel kann festgestellt werden, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Danach kann der SOC-Pegel des Batteriesatzes festgestellt werden, und es kann eine Bestätigung erfolgen, wenn ein Fahrer des Fahrzeugs ein Gaspedal des Fahrzeugs betätigt hat. Wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Gaspedal betätigt, der SOC-Wert des Batteriepakets des Fahrzeugs in der Nähe eines unteren Schwellenwerts liegt und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, kann daraus geschlossen werden, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss.
In einem weiteren Beispiel kann die für das Starten des Verbrennungsmotors verbrauchte Energie als Summe der Energie berechnet werden, die zur Überwindung der Reibung zwischen einem oder mehreren Bauteilen des Fahrzeugs erforderlich ist, und der Energie, die zur Erhöhung der Verbrennungsmotordrehzahl auf eine Anlasserdrehzahl benötigt wird.
In einem weiteren Beispiel kann das System außerdem ein CAN-Modul umfassen, das dafür konfiguriert ist, die Steuereinheit mit dem vorderen und dem hinteren Antriebsstrang kommunikativ zu koppeln.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem. In einem Beispiel kann das Verfahren die Prüfung umfassen, ob ein Verbrennungsmotor basierend auf Signalen von mindestens einem Sensor, der mit dem Verbrennungsmotor konfiguriert ist, gestartet werden muss. Danach, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, wird basierend auf mindestens einem Sensor, der mit einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs konfiguriert ist, ferner geprüft, ob der entsprechende reine Elektroantrieb aktiv ist. Danach, wenn festgestellt wird, dass der reine Elektroantrieb aktiv ist, kann das Verfahren die betriebsmäßige Kopplung einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs umfassen, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Verbrennungsmotor zu übertragen, um den Verbrennungsmotor zu starten.
In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren ferner umfassen, festzustellen, ob der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Danach kann das Verfahren ferner das Feststellen des SOC-Pegels eines Batteriesatzes des Fahrzeugs basierend auf mindestens einem mit dem Batteriesatz des Fahrzeugs konfigurierten Sensor umfassen. Danach kann das Verfahren ferner das Feststellen umfassen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Gaspedal des Fahrzeugs betätigt hat, basierend auf mindestens einem mit dem Gaspedal des Fahrzeugs konfigurierten Sensor. Wenn der Fahrer des Fahrzeugs das Gaspedal betätigt, der SOC-Wert des Batteriepakets des Fahrzeugs in der Nähe eines unteren Schwellenwerts liegt und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, kann daraus geschlossen werden, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss.
In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren ferner das Einrücken einer Drehmomentwandlerkupplung umfassen. Die Drehmomentwandlerkupplung kann zwischen einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und dem Getriebe angeordnet sein, um die Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor betriebsmäßig zu koppeln. Das Verfahren kann ferner das gesteuerte Einrücken einer Entkopplungskupplung (K0) des Elektroantriebs umfassen.
In einem weiteren Beispiel kann das Verfahren ferner umfassen, dass die Entkopplungskupplung (K0) des Elektroantriebs erst dann geschlossen wird, wenn die Drehmomentwandlerkupplung vollständig geschlossen ist.
In einem weiteren Beispiel kann die Drehmomentwandlerkupplung innerhalb eines möglichst kleinen Zeitintervalls geschlossen werden, wobei die hydraulische Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus berücksichtigt wird.
In einem weiteren Beispiel kann es sich bei der Achse um eine Hinterachse des Fahrzeugs handeln, und der elektrische Antrieb kann einen einzelnen Fahrelektromotor umfassen, der dafür konfiguriert ist, auch den Verbrennungsmotor anzutreiben.
Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des erfindungsgemäßen Gegenstands werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind Bestandteil dieser Beschreibung. Die Zeichnungen zeigen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

1 zeigt eine schematische Beispielsdarstellung eines konventionellen Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem;
2A und 2B zeigen beispielhafte Blockdiagramme des vorgeschlagenen Systems zum Starten des Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem, um dessen allgemeine Funktionsweise gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen;
3 zeigt ein beispielhaftes schematisches Diagramm, das die Funktionsweise des vorgeschlagenen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 zeigt ein Flussdiagramm, das den schrittweisen Betrieb des vorgeschlagenen Systems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 zeigt eine graphische Darstellung, die mit dem Öffnen und Schließen von Kupplungen zum Starten des Verbrennungsmotors verbunden ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6A, 6B und 6C zeigen eine graphische Darstellung, die sich auf den reinen Elektroantrieb ohne den Start des Verbrennungsmotors bezieht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7A, 7B und 7C zeigen eine graphische Darstellung, die sich auf den reinen Elektroantrieb mit dem Start des Verbrennungsmotors bezieht, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
8 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm, das das vorgeschlagene Verfahren zur Steuerung des Starts des Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung illustriert.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass die Offenbarung klar vermittelt wird. Jedoch soll die angebotene Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen nicht einschränken; im Gegensatz dazu wird beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarungen fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
Die hierin erläuterten Ausführungsformen beziehen sich auf das Gebiet der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (ADAS). Insbesondere stellt die vorliegende Offenbarung ein System zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem und ein entsprechendes Verfahren bereit.
Unter Bezugnahme auf 2A und 2B können beispielhafte Blockdiagramme des vorgeschlagenen Systems 200 (hierin austauschbar als System 200 bezeichnet) zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem einen vorderen Antriebsstrang 202 und einen hinteren Antriebsstrang 204 umfassen. Ferner kann das System 200 eine Batterie 206 (hierin austauschbar als Batteriepaket 206 bezeichnet) umfassen, um das System 200 mit elektrischer Energie zu versorgen.
In einem Beispiel kann das System 200 auch eine Steuereinheit 208 umfassen, die betriebsmäßig mit der Batterie 206 gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, den Stromfluss von der Batterie 206 zu verschiedenen Komponenten des Hybridfahrzeugs zu steuern, wie z.B. den Verbrennungsmotor 210, elektrische Antriebe, Elektromotoren und Zubehör, ohne darauf beschränkt zu sein.
Der vordere Antriebsstrang 202 kann einen ersten elektrischen Antrieb umfassen, der betriebsmäßig mit einer Vorderachse 302 gekoppelt ist, wie in 3 dargestellt. Ferner kann der hintere Antriebsstrang 204 einen zweiten elektrischen Antrieb umfassen, der über eine Drehmomentwandlerkupplung 212 mit einer Hinterachse 304 betriebsmäßig gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor 210 kann über eine Entkopplungskupplung K0 mit der Hinterachse 304 betriebsmäßig gekoppelt sein. Weiterhin kann das Batteriepaket 206 mit dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb betriebsmäßig gekoppelt sein.
In einem weiteren Beispiel kann der erste Elektroantrieb mit einem P4-Elektromotor 306 ausgestattet sein, während der zweite Elektroantrieb mit einem P2-Elektromotor 214 und einem Verbrennungsmotor 210 ausgestattet sein kann, die je nach Bedarf über die Entkopplungskupplung K0 mit einem Differential der Hinterachse 304 verbunden oder getrennt werden können.
In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 208 so ausgestaltet sein, dass sie mit dem vorderen Antriebsstrang 202, dem hinteren Antriebsstrang 204 und dem Batteriepaket 206 in Verbindung steht. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 208 dafür konfiguriert sein, zu prüfen, ob der Verbrennungsmotor 210 des Hybridfahrzeugs mit dem Automatikgetriebesystem gestartet werden muss und bei Feststellung, dass der Verbrennungsmotor 210 gestartet werden muss, zu prüfen, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist. In einer Ausführungsform kann das System 200 ein Controller-Bereichsnetzwerk- (Controller Area Network, CAN) Modul 216 (hier auch als CAN-Bus 216 bezeichnet) umfassen, das zur kommunikativen Kopplung der Steuereinheit 208 mit dem vorderen Antriebsstrang 202 und dem hinteren Antriebsstrang 204 konfiguriert sein kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Steuereinheit 208 mehrere Sensoren (in 2 bis 3 nicht dargestellt) umfassen, die an vordefinierten Positionen am Hybridfahrzeug mit dem Automatikgetriebesystem konfiguriert sind, so dass ein erster Satz von Sensoren (hier kollektiv als erste Sensoren bezeichnet und einzeln als erster Sensor bezeichnet) unter den mehreren Sensoren konfiguriert werden kann, um zu überprüfen, ob der Verbrennungsmotor 210 des Hybridfahrzeugs gestartet werden muss. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann die Steuereinheit 208, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor 210 gestartet werden muss, über einen zweiten Satz von Sensoren (hierin kollektiv als zweite Sensoren bezeichnet und einzeln als zweiter Sensor bezeichnet) unter den mehreren Sensoren prüfen, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist. In einer beispielhaften Ausführungsform können die ersten Sensoren Beschleunigungsmesser, Kilometerzähler, Gyroskop und dergleichen umfassen und mit dem Gaspedal des Hybridfahrzeugs gekoppelt sein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die zweiten Sensoren unter anderem Voltmeter, Amperemeter, Wattmeter, Gasdetektor, Feuchtigkeitsanalysator und Hygrometer umfassen.
In einer Ausführungsform kann das System 200, wenn festgestellt wird, dass der reine Elektroantrieb aktiv ist, so konfiguriert werden, dass es eine entsprechende Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor 210 des Hybridfahrzeugs (hier austauschbar als Fahrzeug bezeichnet) betriebsmäßig koppelt, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Verbrennungsmotor 210 zu übertragen, um den Verbrennungsmotor zu starten (auch als Starten des Verbrennungsmotors bezeichnet).
In einer Ausführungsform kann das System 200 über die Steuereinheit 208 feststellen, ob der Verbrennungsmotor 210 ausgeschaltet ist, und kann auch den SOC-Pegel des Batteriepacks 206 des Fahrzeugs feststellen. In einer anderen Ausführungsform kann das System 200 ferner feststellen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Gaspedal des Fahrzeugs betätigt hat, wobei das Betätigen des Gaspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, während der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Verbrennungsmotor 210 ausgeschaltet ist, so ausgelegt werden kann, dass der Verbrennungsmotor 210 gestartet werden muss.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann vorzugsweise die Hinterachse 304 des Fahrzeugs mit dem Batteriepack 206 gekoppelt sein und entsprechend dem Starten des Verbrennungsmotors gesteuert werden. In einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann der elektrische Antrieb einen einzelnen Fahrelektromotor umfassen, der so konfiguriert sein kann, dass er auch den Verbrennungsmotor startet.
In einer ersten Ausführungsform kann das System 200, um den Verbrennungsmotor 210 zu starten, die Drehmomentwandlerkupplung 212 einrücken, die zwischen dem P2-Elektromotor 214 des Fahrzeugs und dem Getriebe dafür konfiguriert ist, die Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor 210 funktionsfähig betriebsmäßig zu koppeln. In einer zweiten Ausführungsform kann das System die Entkopplungskupplung K0 des Elektroantriebs kontrolliert einrücken.
In einer Ausführungsform kann das System 200 die Entkopplungskupplung K0 des Elektroantriebs nach einem vordefinierten Zeitintervall erst dann schließen, wenn die Drehmomentwandlerkupplung 212 vollständig geschlossen ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Drehmomentwandlerkupplung 212 innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls unter Berücksichtigung der hydraulischen Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus geschlossen werden.
In einer Ausführungsform kann das System 200 so konfiguriert sein, dass es die Energie des bereits fahrenden Fahrzeugs zum Starten des Verbrennungsmotors 210 nutzt, anstatt Energie der Batterie 206 dafür zu verwenden. In einer Implementierung kann die Steuereinheit 208 eine Getriebesteuereinheit (Transmission Control Unit, TCU) 222 und eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (Engine Control Unit, ECU) 220 umfassen. In einer Ausführungsform kann das System 200 während der Notwendigkeit des Startens des Verbrennungsmotors die Getriebesteuereinheit 222 betätigen, die die Drehmomentwandlerkupplung 212 und die Entkopplungskupplung K0 gemäß der vorgeschlagenen Steuerstrategie weiter schließen kann. Das Schließen der Drehmomentwandlerkupplung 212 und der Entkopplungskupplung K0 kann zu einer direkten Verbindung zwischen den laufenden Hinterrädern 218-1 und 218-2 (im Folgenden gemeinsam als Hinterräder 218 und einzeln als Hinterrad 218 bezeichnet) und dem Verbrennungsmotor 210 führen. Ferner kann die direkte Verbindung den Fluss der für das Starten des Verbrennungsmotors erforderlichen Energie zum Verbrennungsmotor 210 ermöglichen, wodurch das Starten des Verbrennungsmotors durch Schließen der Drehmomentwandlerkupplung 212 und der Entkopplungskupplung K0 erreicht werden kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann die vorgeschlagene Steuerstrategie in der Getriebesteuereinheit 222 implementiert werden, die erforderliche Eingaben von der Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) 220 und dem CAN-Netzwerk über das CAN-Modul 216 (hier auch als CAN-Bus bezeichnet) empfangen kann. Die vorgeschlagene Steuerstrategie kann ein rückgekoppeltes Steuersignal für die Drehmomentwandlerkupplung 212 und die Entkopplungskupplung K0 bereitstellen.
In einer Ausführungsform kann die zum Starten des Verbrennungsmotors 210 benötigte Energie (Verbrennungsmotorstartenergie) zusammengefasst werden als eine Summe aus:

a) Energie, die zur Überwindung der Reibung zwischen verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs erforderlich ist, z. B. Reibung zwischen Kolben und Zylinder des Fahrzeugs.
b) Energie, die benötigt wird, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors 210 von Null auf eine Anfahrdrehzahl zu erhöhen und damit verbundene Trägheiten zu beschleunigen.

Daher kann die für das Starten des Verbrennungsmotors erforderliche Energie durch Gleichung (1) dargestellt werden - $\begin{array}{l} Verbrennungsmotorstartenergie = \int d E = \int_{t 0}^{t} T_{f r i c t i o n} * ω_{I C E} d t + \int_{0}^{ω_{I C E on}} J_{I C E} \\ ω_{I C E} d ω_{I C E} \end{array}$
wobei

T_friction = Reibungsdrehmoment (vom Verbrennungsmotor während des Startvorgangs verbraucht)
ω_ICE = Momentane Verbrennungsmotordrehzahl
J_ICE = Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors
t0 = Startzeit des Startvorgangs des Verbrennungsmotors
t = Endzeit des Startvorgangs des Verbrennungsmotors

In einer beispielhaften Ausführungsform werden gemäß Gleichung (1) etwa 1000 Joule Energie für das Starten eines 4-Zylinder-Verbrennungsmotors mit 2 Litern (L) und einer Trägheit von 0,2 Kilogramm-Quadratmetern (kg-m²) benötigt.
Bezugnehmend auf 4 kann das System 200 in Block 402 prüfen, ob ein Starten des Verbrennungsmotors erforderlich ist. In einer Ausführungsform kann eine Aufforderung zum Starten des Verbrennungsmotors eine Leistungsanforderung des Fahrers zur Beschleunigung, d. h. ein Einlenken des Fahrers des Fahrzeugs, bedeuten.
Weiterhin kann das System 200 in Block 404 prüfen, ob ein rein elektrischer Antrieb mit nur einem P4-Elektromotor aktiv ist. In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 208 in Block 406 die Drehmomentwandlerkupplung 212 schließen, wenn Block 402 und Block 404 mit „Ja“ beantwortet werden, d.h. wenn das Starten des Verbrennungsmotors erforderlich ist und das Fahrzeug mit reinem Elektroantrieb fährt. Beim Schließen der Drehmomentwandlerkupplung 212 kommen beide Seiten der Drehmomentwandlerkupplung 212, d.h. Eingangs- und Ausgangsseite, zum Stillstand. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Drehmomentwandlerkupplung 212 unter Berücksichtigung der hydraulischen Füllzeit in möglichst kurzer Zeit geschlossen werden.
In einer Ausführungsform kann die Steuereinheit 208 bei vollständig geschlossener Drehmomentwandlerkupplung 212 im Block 408 die Entkopplungskupplung K0, auch K0-Kupplung genannt, weiter schließen, was zu einer kontrollierten mechanischen Verbindung zwischen den rollenden Rädern und dem Verbrennungsmotor führen kann. Nach Abschluss der Vorgänge im Block 406 und im Block 408 kann daher im Block 410 das Starten des Verbrennungsmotors erfolgen.
Bezugnehmend auf 5 kann das System 200 das Fahrzeug so steuern, dass das Fahrzeug in fünf verschiedenen Modi (hier auch als Phasen bezeichnet) betrieben werden kann, d.h. Phase A, Phase B, Phase C, Phase D und Phase E. Die vorgenannten Phasen können das Schließen der Drehmomentwandlerkupplung 212 und der Entkopplungskupplung K0 darstellen, um das Starten des Verbrennungsmotors und die Synchronisierung der Trägheit zu erreichen, wie in den Blöcken 406 und 408 dargestellt.
Schließen der Drehmomentwandlerkupplung: Dargestellt durch Phase A

• Die Phase A kann das vorgeschlagene Schließprofil für die Drehmomentwandlerkupplung 212 darstellen. Das Ereignis beginnt mit der „Ja“-Entscheidung im Block 404, und das Ziel ist, die Drehmomentwandlerkupplung 212 in der kürzest möglichen Zeit zu schließen, die die hydraulische Füllzeit erlaubt.

Hydraulische Füllungsverzögerung in Verbindung mit der Entkopplungskupplung: Dargestellt durch Phase B
[0001] Schließen der Entkopplungskupplung: Besteht aus Phase C, Phase D und Phase E

• Die Phase C kann den vorgeschlagenen Teil des Schließens der Entkopplungskupplung K0 darstellen, in dem die kinetische Energie der Vorderräder schrittweise auf den Verbrennungsmotor 210 übertragen werden kann. Am Ende der Phase C erreicht der Verbrennungsmotor 210 eine Startdrehzahl, d.h. eine Drehzahl, bei der der Verbrennungsmotor 210 startet, so dass der Verbrennungsmotor 210 seinen Betrieb aus eigener Kraft aufrechterhalten kann.
• Die Phasen D und E der Strategie sind kalibrierungsabhängig, d.h. diese werden mit dem Ziel kalibriert, die Verbrennungsmotordrehzahl an die Getriebeeingangsdrehzahl anzupassen. Die Entkopplungskupplung (K0) kann auf einem vordefinierten Kupplungswegwert konstant gehalten werden, so dass der Verbrennungsmotor einen Teil der erzeugten Energie verbrauchen kann, um seine eigene Drehzahl zu erhöhen, während weniger Energie an die Vorderräder übertragen wird. Darüber hinaus kann in der Phase D die Drehzahl des Verbrennungsmotors erhöht werden, um sich der Eingangsdrehzahl des Getriebes anzupassen. Zum Beispiel in 5:
- 0 = Vollständig geöffnete Kupplung
- 1 = Vollständig geschlossene Kupplung
- Zwischen 0 - 1 = teilweise geschlossene Kupplung
• Die Phase E kann einen Punkt anzeigen, an dem die Verbrennungsmotordrehzahl und die Getriebeeingangsdrehzahl um eine geringe Drehzahldifferenz voneinander abweichen können. An diesem Punkt kann die Entkopplungskupplung (K0) beginnen, schneller zu schließen.

Unter Bezugnahme auf 6A, 6B und 6C sind Diagramme der Pedalbeschleunigung, der Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. der Fahrzeugbeschleunigung für den reinen Elektroantrieb (P4-Elektromotor oder P4) dargestellt, wenn der Verbrennungsmotor nicht gestartet wird.
Unter Bezugnahme auf 7A, 7B und 7C sind Diagramme zur Pedalbeschleunigung, zur Fahrzeuggeschwindigkeit bzw. zur Fahrzeugbeschleunigung im Falle des Starts des Verbrennungsmotors dargestellt.
Unter Bezugnahme auf 8 kann das vorgeschlagene Verfahren 800 (hierin austauschbar als Verfahren 800 bezeichnet) zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebesystem umfassen, dass in Block 802 geprüft wird, ob der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, und zwar basierend auf Signalen von mindestens einem für den Verbrennungsmotor konfigurierten Sensor. In einer Ausführungsform kann das Verfahren 800 umfassen, dass in Block 804, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, geprüft wird, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist, basierend auf mindestens einem Sensor, der mit einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs konfiguriert ist.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren 800 umfassen, dass in Block 806, wenn festgestellt wird, dass der reine Elektroantrieb aktiv ist, eine entsprechende Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs betriebsmäßig gekoppelt wird, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Verbrennungsmotor zu übertragen, um den Verbrennungsmotor zu starten.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren 800 umfassen, zunächst festzustellen, ob der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, und dann den SOC-Pegel eines Batteriepacks des Fahrzeugs festzustellen. Ferner kann das Verfahren 800 das Erfassen umfassen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Gaspedal des Fahrzeugs betätigt hat, wobei das Betätigen des Gaspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, während der SOC-Wert des Batteriepacks des Fahrzeugs nahe einem unteren Schwellenwert liegt und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss.
In einer ersten Ausführungsform kann das Verfahren 800 das Einrücken einer Drehmomentwandlerkupplung 212 umfassen, die zwischen einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und dem Getriebe dafür konfiguriert ist, die Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Motor betriebsmäßig zu koppeln. In einer zweiten Ausführungsform kann das Verfahren 800 das gesteuerte Einrücken einer Entkopplungskupplung des Elektroantriebs umfassen.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren 800 umfassen, die Entkopplungskupplung des Elektroantriebs erst zu schließen, nachdem die Drehmomentwandlerkupplung 212 vollständig geschlossen ist. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Drehmomentwandlerkupplung 212 innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls unter Berücksichtigung der hydraulischen Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus geschlossen werden.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann es sich bei der Achse um eine Hinterachse des Fahrzeugs handeln, und der elektrische Antrieb kann einen einzelnen Fahrelektromotor umfassen, der dafür konfiguriert ist, auch den Verbrennungsmotor anzutreiben.
In einer Ausführungsform kann durch das vorgeschlagene System und Verfahren das Starten des Verbrennungsmotors erreicht werden, ohne dass Energie aus dem Batteriesatz verbraucht wird. Außerdem kann die vorgeschlagene Steuerstrategie bei niedrigen SOC-Prozentsätzen sehr hilfreich sein.
Fachleuten ist ersichtlich, dass die vorgeschlagene Steuerstrategie nicht darauf beschränkt ist, nur bei niedrigen SOC-Prozentsätzen verwendet zu werden, sondern dass sie zum Starten des Verbrennungsmotors bei beliebigen SOC-Werten verwendet werden kann.
Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung erdacht werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit normalem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und ein Verfahren zum Starten des Verbrennungsmotors eines Hybridfahrzeugs mit einem Automatikgetriebesystem zur Verfügung, ohne Energie aus dem Batteriesatz zu verbrauchen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und ein Verfahren bereit, das bei niedrigen SOC-Prozentsätzen sehr hilfreich ist.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein System und Verfahren bereit, das nicht darauf beschränkt ist, nur bei niedrigen SOC-Prozentsätzen verwendet zu werden, sondern das zum Starten des Verbrennungsmotors bei jedem SOC-Niveau verwendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 10106162 B2 [0006]

Claims

System (200) zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebe, wobei das System (200) Folgendes umfasst: einen oder mehrere Sensoren, die mit dem Verbrennungsmotor (210), einem elektrischen Antrieb, einem Gaspedal und einem Batteriepaket des Fahrzeugs dafür konfiguriert sind, einen oder mehrere Parameter zu überwachen, die sich auf den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (210), des elektrischen Antriebs, des Gaspedals und des Batteriepakets (206) beziehen, und um entsprechende Signale zu erzeugen; eine Steuereinheit (208), die betriebsmäßig mit dem Verbrennungsmotor und dem einen oder den mehreren Sensoren gekoppelt ist und einen oder mehrere Prozessoren umfasst, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren betriebsmäßig mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren für Folgendes ausgeführt werden können: Prüfen, basierend auf den Signalen von dem einen oder den mehreren Sensoren, ob der Verbrennungsmotor (210) gestartet werden muss; Prüfen, basierend auf den Signalen von dem einen oder den mehreren Sensoren, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor (210) gestartet werden muss, ob ein entsprechender rein elektrischer Antrieb aktiv ist; und betriebsmäßiges Koppeln einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor (210) des Hybridfahrzeugs, wenn festgestellt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Verbrennungsmotor (210) zum Starten des Verbrennungsmotors (210) zu übertragen.
System (200) nach Anspruch 1, wobei das System (200) Folgendes umfasst: einen vorderen Antriebsstrang (202), der einen ersten elektrischen Antrieb umfasst, der betriebsmäßig mit einer Vorderachse (302) gekoppelt ist; einen hinteren Antriebsstrang (204), der einen zweiten elektrischen Antrieb umfasst, der über eine Drehmomentwandlerkupplung (212) mit einer Hinterachse (304) betriebsmäßig gekoppelt ist, und den Verbrennungsmotor (210), der über eine Entkopplungskupplung (K0) mit der Hinterachse (304) betriebsmäßig gekoppelt ist; ein Batteriepaket (206), das betriebsmäßig mit dem ersten elektrischen Antrieb und dem zweiten elektrischen Antrieb gekoppelt ist; und eine Steuereinheit (208), die mit dem vorderen Antriebsstrang (202), dem hinteren Antriebsstrang (204) und dem Batteriesatz (206) in Verbindung steht, wobei die Steuereinheit (208) einen oder mehrere Prozessoren umfasst, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren betriebsmäßig mit einem Speicher gekoppelt sind, wobei der Speicher Anweisungen speichert, die von dem einen oder den mehreren Prozessoren für Folgendes ausgeführt werden können: Feststellen, ob der Verbrennungsmotor (210) ausgeschaltet ist; Feststellen des SOC-Pegels des Batteriesatzes (206) des Fahrzeugs; und Bestätigen, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Gaspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Gaspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, während der SOC des Batteriesatzes des Fahrzeugs in der Nähe eines unteren Schwellenwerts liegt und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Verbrennungsmotor (210) gestartet werden muss.
System (200) nach Anspruch 1, wobei die für das Starten des Verbrennungsmotors (210) verbrauchte Energie als Summe der Energie, die zur Überwindung der Reibung zwischen einer oder mehreren Komponenten des Fahrzeugs erforderlich ist, und der Energie, die zur Erhöhung der Drehzahl des Verbrennungsmotors (210) auf eine Anlaßdrehzahl erforderlich ist, berechnet wird.
System (200) nach Anspruch 1, wobei das System (200) ferner ein CAN-Modul (216) umfasst, das dafür konfiguriert ist, die Steuereinheit (208) kommunikativ mit dem vorderen Antriebsstrang (202) und dem hinteren Antriebsstrang (204) zu koppeln.
Verfahren (800) zum Starten eines Verbrennungsmotors in einem Hybridfahrzeug mit einem Automatikgetriebe, wobei das Verfahren (800) Folgendes umfasst: Prüfen (802), basierend auf Signalen von mindestens einem Sensor, der mit einem Verbrennungsmotor konfiguriert ist, ob der Verbrennungsmotor gestartet werden muss; Prüfen (804), basierend auf mindestens einem Sensor, der mit einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs konfiguriert ist, wenn festgestellt wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, ob der entsprechende rein elektrische Antrieb aktiv ist; und betriebsmäßiges Koppeln (806) einer entsprechenden Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor des Hybridfahrzeugs, wenn festgestellt wird, dass der rein elektrische Antrieb aktiv ist, um die aus der Trägheit des Fahrzeugs gewonnene Leistung auf den Verbrennungsmotor zum Starten des Verbrennungsmotors zu übertragen.
Verfahren (800) nach Anspruch 5, wobei das Verfahren (800) ferner Folgendes umfasst: Feststellen, ob der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist; Feststellen des SOC-Pegels des Batteriesatzes des Fahrzeugs basierend auf mindestens einem mit einem Batteriesatz des Fahrzeugs konfigurierten Sensor; und Feststellen, basierend auf mindestens einem Sensor, der mit einem Gaspedal des Fahrzeugs konfiguriert ist, ob ein Fahrer des Fahrzeugs ein Gaspedal des Fahrzeugs betätigt hat; wobei das Betätigen des Gaspedals durch den Fahrer des Fahrzeugs, während der SOC des Batteriesatzes des Fahrzeugs in der Nähe eines unteren Schwellenwerts liegt und der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, so ausgelegt wird, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss.
Verfahren (800) nach Anspruch 5, wobei das Verfahren (800) ferner Folgendes umfasst: Einrücken einer Drehmomentwandlerkupplung (212), die zwischen einem elektrischen Antrieb des Fahrzeugs und dem Getriebe dafür konfiguriert ist, die Achse des Hybridfahrzeugs mit dem Verbrennungsmotor (210) betriebsmäßig zu koppeln, und gesteuertes Einrücken einer Entkopplungskupplung (K0) des Elektroantriebs.
Verfahren (800) nach Anspruch 7, wobei das Verfahren (800) ferner das Schließen der Entkopplungskupplung (K0) des Elektroantriebs erst umfasst, nachdem die Drehmomentwandlerkupplung (212) vollständig geschlossen ist.
Verfahren (800) nach Anspruch 8, wobei die Drehmomentwandlerkupplung (212) innerhalb eines kleinstmöglichen Zeitintervalls unter Berücksichtigung einer hydraulischen Füllzeit eines entsprechenden Kupplungsbetätigungsmechanismus geschlossen wird.
Verfahren (800) nach Anspruch 5, wobei die Achse eine Hinterachse des Fahrzeugs ist und der elektrische Antrieb einen einzelnen Fahrelektromotor umfasst, der dafür konfiguriert ist, auch den Verbrennungsmotor anzutreiben.