DE10204981A1

DE10204981A1 - Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10204981A1
Application number: DE10204981A
Authority: DE
Inventors: Wolf Boll
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2003-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug. Das Antriebssystem verfügt über einen Verbrennungsmotor, ein Getriebe, eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnete, automatisierte Kupplung und wenigstens eine elektrische Maschine. Das Kraftfahrzeug ist als ein sogenanntes Hybridfahrzeug ausgeführt. Von einem Schließen der Kupplung wird eine Drehzahldifferenz an der Kupplung durch Einleiten eines Drehmoments vor der Kupplung vermindert. Um eine besonders kompakte Bauform der Kupplung und einen schnellen und komfortablen Schließvorgang der Kupplung zu ermöglichen, wird während des Schließens der Kupplung die Drehzahldifferenz durch weitergehende, gezielte Einleitung eines Drehmoments vor der Kupplung klein gehalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
In der DE 198 14 402 A1 wird ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Getriebe, einer zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordneten, automatisierten Kupplung und einer, auf der dem Verbrennungsmotor gegenüberliegenden Seite der Kupplung angeordneten, ersten elektrischen Maschine beschrieben. Die Kupplung weist ein motorseitiges und ein getriebeseitiges Kupplungsteil auf. Das Kraftfahrzeug ist mittels jeweils dem Verbrennungsmotor und der ersten elektrische Maschine einzeln und auch mittels beider gemeinsam antreibbar; es handelt sich also um ein sogenanntes Hybridfahrzeug. Um ein ruckartiges Ankuppeln des Verbrennungsmotors zu vermeiden, wird vor einem Schließen der Kupplung mittels einer Einstellung einer Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils eine Differenz zwischen der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils und einer Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils in einen Bereich gebracht, welcher um einen ersten Grenzwert größer oder kleiner als Null ist.
Beim Schließen einer Kupplung wird eine eventuell vorhandene Drehzahldifferenz an der Kupplung, der sogenannte Schlupf der Kupplung, abgebaut. Dabei wird zumindest ein Teil der Kupplung mit den damit verbundenen Drehmassen beschleunigt oder verzögert. Die dazu notwendige Energie wird während einer Schlupfphase von der Kupplung bei Vorliegen einer Drehzahldifferenz übertragen. Beim Abbau des Schlupfs mittels der Kupplung wird Wärme erzeugt, die von der Kupplung aufgenommen und abgeleitet werden muß. Die erzeugte Wärmemenge ist umso größer, je größer die abzubauende Drehzahldifferenz ist.
Durch die Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils vor dem Schließen der Kupplung gemäß der DE 198 14 402 A1 ist gewährleistet, daß die Drehzahldifferenz zu Beginn des Schließvorgangs nicht zu groß ist. Der Schließvorgang ist aber erst nach einer gewissen Zeitspanne abgeschlossen. Während des Schließvorgangs auftretende Drehzahldifferenzen werden nicht berücksichtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren vorzuschlagen, mittels welchem eine besonders kompakte Bauform der Kupplung und ein schneller und komfortabler Schließvorgang der Kupplung ermöglicht wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Während des Schließens der vorzugsweise als Reibungskupplung ausgeführten Kupplung wird mittels einer Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils die Differenz zwischen der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils und der Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils in einem Bereich gehalten, welcher um einen zweiten Grenzwert größer oder kleiner als Null ist, wobei der zweite Grenzwert gleich groß wie der erste, aber auch größer oder kleiner als der erste Grenzwert sein kann. Die Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils erfolgt vor und während des Schließens der Kupplung mittels des Verbrennungsmotors, wobei die Einstellung gesteuert oder geregelt ablaufen kann. Nach dem Schließen der Kupplung kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs durch den Verbrennungsmotor alleine oder in Kombination mit der elektrischen Maschine erfolgen.
Das getriebeseitige Kupplungsteil steht direkt mit angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs in Wirkverbindung. Deshalb hat eine Änderung einer Fahrzeuggeschwindigkeit direkt eine Änderung der Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils zur Folge. Vor allem dann, wenn sich das Getriebe in einer Anfahrübersetzung befindet, bei einem Stufenautomatikgetriebe beispielsweise im ersten Gang, und damit eine hohe Übersetzung aufweist, kann sich die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils während des Schließvorgangs und gleichzeitigem Beschleunigen oder Verzögern des Kraftfahrzeugs stark ändern. Durch die erfindungsgemäße Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils während des Schließens der Kupplung ist gewährleistet, daß der auftretende Schlupf immer innerhalb bestimmter Grenzen liegt. Es wird also nur sehr wenig Wärme erzeugt. Dies kann bei der Auslegung der Kupplung berücksichtigt werden.
Die erzeugte Wärmemenge beim Schließen der Kupplung hat direkte Auswirkungen auf den benötigten Bauraum. Die Wärme muß von Bauteilen der Kupplung aufgenommen und anschließend langsam abgegeben werden. Die Wärme darf nicht sofort an andere Bauteile übertragen werden. Dies ist besonders beim Einsatz in einem Hybridfahrzeug wichtig, da dort die Kupplung in unmittelbarer Nähe zu einer elektrischen Maschine mit temperaturempfindlichen Bauteilen angeordnet ist. Beispielsweise enthalten elektrische Maschinen Permanentmagnete, die, um ihre Funktionsfähigkeit zu erhalten, bestimmte Temperaturschwellen nicht überschreiten dürfen. Bei großen erzeugten Wärmemengen muß die Kupplung viel Masse, beispielsweise in einer Schwungscheibe oder einer Anpreßplatte aufweisen, um die Wärmemenge ohne großen Temperaturanstieg aufnehmen zu können. Diese erforderliche Masse bedingt einen entsprechend großen Bauraum.
Die Problematik des Überhitzens der Kupplung ist vor allem dann gegeben, wenn eine sogenannte Trockenkupplung verwendet wird, welche im Gegensatz zu einer Naßkupplung nicht von Getriebeöl umspült und damit gekühlt wird. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt damit in vergleichbaren Einsatzfällen die Verwendung einer im Gegensatz zu einer Naßkupplung weniger aufwendigen und damit kostengünstigeren Trockenkupplung.
Außerdem kann durch den Abbau des Schlupfs beim Schließen der Kupplung mittels der Kupplung ein für einen Fahrzeugführer unkomfortablen Ruck im Kraftfahrzeug erzeugt werden. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der abzubauende Schlupf sehr gering gehalten, so daß solch ein genannter Ruck nicht entsteht.
Das Verfahren ist besonders vorteilhaft anwendbar, wenn das Kraftfahrzeug aus dem Stand nur von der elektrischen Maschine angetrieben wird und während der Fahrt der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird.
In Ausgestaltung der Erfindung verfügt das Antriebssystem über eine zweite elektrische Maschine, welche mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in Wirkverbindung steht. Die Kurbelwelle ist mit dem motorseitigen Kupplungsteil drehfest verbunden. Die zweite elektrische Maschine kann koaxial zur Kurbelwelle angeordnet sein, wobei Elemente der elektrischen Maschine fest mit der Kurbelwelle verbunden sind. Es ist aber auch möglich, daß die elektrische Maschine indirekt, beispielsweise über einen Riemen mit der Kurbelwelle verbunden ist. Der Verbrennungsmotor ist mittels der zweiten elektrischen Maschine startbar.
Damit ist der Verbrennungsmotor besonders schnell, komfortabel und unter Vermeidung von umweltschädlichen Abgasen startbar.
In Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils vor und während des Schließens der Kupplung zumindest teilweise mittels der zweiten elektrischen Maschine. Während der Einstellung ist der motorseitige Kupplungsteil und damit auch der Verbrennungsmotor zumindest noch nicht vollständig mit den angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeugs verbunden. Einer Erhöhung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils steht somit fast kein Drehmoment entgegen. Aus diesem Grund ist für die Einstellung der Drehzahl ein geringes Drehmoment notwendig, das aber genau aufgebracht werden muß, um eine zielgenaue Einstellung der Drehzahl zu erreichen. Bei Verbrennungsmotoren ist es nur mit erhöhtem Aufwand möglich, ein kleines Drehmoment oder eine kleine Drehmomentänderung genau zu erzeugen. Mit dem erfindungsgemäßen Einsatz einer elektrischen Maschine ist eine genaue Momentenvorgabe bei geringem Aufwand möglich. Zusätzlich ist der Drehmomentenaufbau bei einer elektrischen Maschine schneller als bei einem Verbrennungsmotor. Durch die erfindungsgemäße Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteil mittels der zweiten elektrischen Maschine kann die Drehzahl sehr genau eingestellt und damit der Schlupf an der Kupplung sehr gering gehalten werden. Damit wird die beim Schließen der Kupplung erzeugte Wärmemenge klein gehalten und das Schließen der Kupplung ist besonders komfortabel. Außerdem kann die Kupplung bei gleichem Komfort in kürzerer Zeit geschlossen werden.
Weiterhin ist es möglich, daß der Verbrennungsmotor ein Drehmoment, welches sich nur langsam ändert, also ein Grundniveau abgibt und die elektrische Maschine nur ein zur genauen Einstellung der Drehzahl notwendiges, variables Drehmoment aufbringt. Damit muß der Verbrennungsmotor das abgegebene Drehmoment nicht dauernd und schnell ändern, so daß ein gutes Abgasverhalten erreicht werden kann.
In Ausgestaltung der Erfindung wird schon während des Schließens der Kupplung ein Drehmoment vom motorseitigen auf das getriebeseitige Kupplungsteil übertragen, welches aber immer so gering bleibt, daß kein Schlupf an der Kupplung auftritt. Da das von der Kupplung übertragbare Drehmoment während des Schließvorgangs zunimmt, steigt auch das übertragene Drehmoment während des Schließvorgangs an. Damit wird der Teil des Antriebssystems, der nach der Kupplung angeordnet ist, vorgespannt. Der Drehmomentaufbau erfolgt damit vorteilhafterweise nicht schlagartig. Damit wird eine lange Lebensdauer der mechanischen Bauteile erreicht. Außerdem wird so ein besonders komfortables Geräuschverhalten erreicht. Durch die Übertragung eines Drehmoments schon während des Schließens der Kupplung steigt das Drehmoment an den angetriebenen Fahrzeugrädern schon vor dem vollständigen Schließen der Kupplung an. Damit wird ein besseres Beschleunigungsverhalten des Kraftfahrzeugs erreicht. Zusätzlich wird das Ansprechverhalten des Antriebssystems für den Fahrzeugführer subjektiv deutlich verbessert.
In Ausgestaltung der Erfindung wird der Schließvorgang der Kupplung erst gestartet, wenn die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils größer als die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils ist. Damit wird vermieden, daß ein Drehmoment über die Kupplung übertragen wird, welches zu einer Verzögerung des getriebeseitigen Kupplungsteils führen würde. Insbesondere bei einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und einer Drehmomentübertragung mittels der Kupplung schon während des Schließvorgangs würde dies zu einem für den Fahrzeugführer unangenehmen Ruck führen. Dies kann durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verhindert werden. Damit ist ein besonders komfortabler Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet.
Die auftretende Differenz ist dabei aber nicht größer als Drehzahlschwankungen des motorseitigen Kupplungsteils, welche durch eine Kurbelwellenungleichförmigkeit hervorgerufen wird. Die Kurbelwellenungleichförmigkeit wird durch die stoßweise Einleitung eines Drehmoments beim Zünden der verschiedenen Zylinder des Verbrennungsmotors erzeugt.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus weiteren Merkmalen der Unteransprüche, der Beschreibung und der Zeichnung hervor. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs,
Fig. 2a ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen bei einem Anfahrvorgang und
Fig. 2b ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehmomenten bei einem Anfahrvorgang.
Gemäß Fig. 1 verfügt ein Antriebssystem 10 eines Kraftfahrzeugs über einen Verbrennungsmotor 11, welcher über eine Kurbelwelle 12 mit einem motorseitigen Kupplungsteil 40 einer, mit Hilfe einer nicht dargestellten Kupplungsbetätigungseinrichtung betätigbaren, automatisierten Kupplung 13 verbunden ist. Koaxial zur Kurbelwelle 12 ist eine elektrische Maschine 41 angeordnet, welche sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Der antreibbare Teil 42 der elektrischen Maschine 41 steht mit der Kurbelwelle 12 in Antriebsverbindung oder ist drehfest mit dieser verbunden, so daß die elektrische Maschine 41 ein Drehmoment in die Kurbelwelle 12 einleiten kann und von der Kurbelwelle 12 angetrieben werden kann.
Die Kupplung 13 verfügt außerdem über ein getriebeseitiges Kupplungsteil 43, welches mit einer Getriebeeingangswelle 14 eines Getriebes 15 drehfest verbunden ist. Das Getriebe 15 ist als ein Planetenautomatikgetriebe mit Schaltstufen von fünf Vorwärtsgängen und einem Rückwärtsgang ausgeführt, bei welchem die Gangwechsel mittels nicht dargestellter Stellglieder durchführbar sind. Koaxial zur Getriebeeingangswelle 14 ist eine elektrische Maschine 44 angeordnet, welche sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden kann. Der antreibbare Teil 45 der elektrischen Maschine 44 steht mit der Getriebeeingangswelle 14 in Antriebsverbindung oder ist drehfest mit dieser verbunden, so daß die elektrische Maschine 44 ein Drehmoment in die Getriebeeingangswelle 14 einleiten kann und von der Getriebeeingangswelle 14 angetrieben werden kann.
Die Kurbelwelle 12 und die Getriebeeingangswelle 14 sind mittels dem motorseitigen Kupplungsteil 40 und dem getriebeseitigen Kupplungsteil 43 koppelbar und entkoppelbar. Die Kupplung 13 ist als eine Reibtrockenkupplung ausgeführt.
Das vom Getriebe 15 gewandelte Drehmoment und die Drehzahl werden über eine nicht dargestellte Ausgangswelle des Getriebes 15 mittels einer Antriebswelle 16 an ein Achsgetriebe 17 übertragen, welches in an sich bekannter Weise das Drehmoment in gleichen oder unterschiedlichen Anteilen über zwei Abtriebswellen 18, 19 an angetriebene Fahrzeugräder 20, 21 überträgt.
Im normalen Fahrbetrieb kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs damit durch

- den Verbrennungsmotor 11 alleine,
- den Verbrennungsmotor 11 in Kombination mit der elektrischen Maschine 41,
- den Verbrennungsmotor 11 in Kombination mit den elektrischen Maschinen 41 und 44,
- durch die elektrische Maschine 44 alleine erfolgen.

Außerdem kann der Verbrennungsmotor 11 mittels der elektrischen Maschine 41 gestartet werden. Dies erfolgt in vorteilhafter Weise bei geöffneter Kupplung 13.
Bei niedrigen Geschwindigkeiten erfolgt der Antrieb durch die elektrische Maschine 44. Dies ist vorteilhaft, da bei geschlossener Kupplung 13 sonst eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 11 zu gering wäre, so daß die Kupplung 13 mit Schlupf betrieben werden müßte. Damit kann eine Überhitzung der Kupplung 13 auftreten. Der Verbrennungsmotor 11 wird erst bei höheren Geschwindigkeiten mittels der Kupplung 13 zugeschaltet, nachdem er mit Hilfe der elektrischen Maschine 41 gestartet wurde. Dabei wird dann die Kupplung 13 vollständig geschlossen, so daß kein Schlupf auftritt.
Der Verbrennungsmotor 11, die Kupplung 13, das Getriebe 15 und die elektrischen Maschinen 41 und 44 werden von mehreren, nicht dargestellten Steuerungseinrichtungen angesteuert. Die Steuerungseinrichtungen messen mittels nicht dargestellter Sensoren alle für die Ansteuerung notwendigen Zustandsgrößen des Antriebssystems wie zum Beispiel Drehzahlen des Verbrennungsmotors 11, der Getriebeeingangswelle 14, der Fahrzeugräder 20 und 21. Nicht direkt meßbare Größen, wie beispielsweise das abgegebene Drehmoment des Verbrennungsmotors 11 werden berechnet. Die Steuerungsprogramme werden in festen Zeittakten ausgeführt, die für die verschiedenen Steuerungseinrichtungen unterschiedlich sein können. Die Steuerungseinrichtungen stehen miteinander in Signalverbindung, beispielsweise mittels einem allgemein bekannten CAN-Bus- Systems und tauschen so notwendige Informationen aus.
Fig. 2a zeigt ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehzahlen und Fig. 2b ein Diagramm zur zeitlichen Darstellung von Drehmomenten bei einem Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs. In den Fig. 2a und 2b ist jeweils ein Achsenkreuz 50a und 50b dargestellt. Auf den Abszissen 51a und 51b ist jeweils die Zeit aufgetragen. Auf der Ordinate 52a sind Drehzahlen und auf der Ordinate 52b Drehmomente aufgetragen. Am Beispiel eines Anfahrvorgangs mit maximaler Anfahrbeschleunigung wird der Ablauf des Schließens der Kupplung 13 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
Im Achsenkreuz 50a in Fig. 2a ist als durchgezogene Linie 53 die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43, als gestrichelte Linie 54 die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 dargestellt.
Im Achsenkreuz 50b in Fig. 2b ist als durchgezogene Linie 55 das Drehmoment am Eingang des Getriebes 15, als gepunktete Linie 56 das Drehmoment der elektrischen Maschine 44, als gestrichelte Linie 57 das von der Kupplung 13 übertragene Drehmoment und als strich-punktierte Linie 58 das maximal übertragbare Drehmoment der Kupplung 13 dargestellt.
In der Phase a steht das Kraftfahrzeug. Der Verbrennungsmotor 11 ist nicht in Betrieb. Es wird von keiner der elektrischen Maschinen 41 und 44 ein Drehmoment erzeugt. Die Kupplung 13 ist geöffnet.
Zu Beginn der Phase b betätigt ein Fahrzeugführer ein nicht dargestelltes Leistungsstellorgan und veranlaßt so ein Anfahren des Kraftfahrzeugs. Die elektrische Maschine 44 erzeugt ein Drehmoment, so daß die Linie 56 stark ansteigt. In den Phasen b, c, d und e entspricht das Drehmoment am Eingang des Getriebes 15 dem Drehmoment der elektrischen Maschine 44; die Linien 55 und 56 liegen also aufeinander. Quasi gleichzeitig steigt auch die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 und damit die Linie 53 an. Da das getriebeseitige Kupplungsteil 43 mit den angetriebenen Rädern 20, 21 verbunden ist, steigt damit auch die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs an; das Kraftfahrzeug fährt an. Der Verbrennungsmotor 11 und die elektrische Maschine 41 sind weiterhin nicht in Betrieb.
Am Anfang der Phase c beginnt die elektrische Maschine 41 ein Drehmoment in die Kurbelwelle 12 einzuleiten. Die Kurbelwelle 12 und damit auch der Verbrennungsmotor 11 beginnen sich zu drehen. Die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 (Linie 54) steigt an. Die elektrische Maschine 44 sorgt weiterhin für den Antrieb, so daß das Kraftfahrzeug weiter beschleunigt, was am Ansteigen der Linie 53 zu sehen ist.
Am Beginn der Phase d wird der Verbrennungsmotor 11 befeuert; der Verbrennungsmotor 11 startet. Damit speist auch der Verbrennungsmotor 11 ein Drehmoment in die Kurbelwelle 12 ein. Während der Phase d wird die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 durch eine Regelung der abgegebenen Drehmomente der elektrischen Maschine 41 und des Verbrennungsmotors 11 in Richtung der Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 beschleunigt. Die Linie 54 nähert sich also der Linie 53 an. Da das Drehmoment der elektrischen Maschine 41 viel genauer einstellbar ist und sich auch spontaner aufbaut, erfolgt die Regelung der Drehzahl fast ausschließlich durch die elektrische Maschine 41. Von der Steuerungseinrichtung der Kupplung 13 wird in dieser Phase berechnet, zu welchem Zeitpunkt die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 erreichen wird. Die Steuerungseinrichtung steuert die Kupplung 13 so an, daß sich nicht dargestellte Reibbeläge der Kupplung 13 am Ende der Phase d berühren. Der entsprechende Zeitpunkt der Ansteuerung wird anhand von bekannten Reaktionszeiten der Kupplung 13 bestimmt.
Am Beginn der Phase e hat die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteil 43 die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 erreicht. Der Schließvorgang der Kupplung 13 wird fortgeführt und die Kupplung 13 kann ein Drehmoment übertragen. Infolge dessen steigt das maximal übertragbare Drehmoment der Kupplung 13 und damit die Linie 58 an. Da die elektrische Maschine 44 weiterhin für den Antrieb sorgt, wird das Kraftfahrzeug weiter beschleunigt; die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 (Linie 53) steigt also an. Durch eine Steuerung des Drehmoments der elektrischen Maschine 41 und des Verbrennungsmotors 11 wird in den Phasen e und f die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 der Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 nachgeführt, so daß die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 (Linie 54) immer größer als die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 bleibt. Die Differenz zwischen den Drehzahlen ist dabei immer kleiner als die Kurbelwellenungleichförmigkeit. Das für die Beschleunigung der mit dem motorseitigen Kupplungsteils 40 verbundenen Elemente des Antriebssystems 10 notwendige Drehmoment muß also nicht von der Kupplung 13 übertragen werden. Die thermische Belastung der Kupplung 13 ist damit sehr gering.
In der Phase f wird die Kupplung 13 weiter geschlossen und die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 nachgeführt. Das maximal übertragbare Drehmoment der Kupplung 13 (Linie 58) nimmt weiter zu, so daß ab Beginn der Phase f ein Drehmoment vom motorseitigen Kupplungsteil 40 auf den getriebeseitigen Kupplungsteil 43 übertragen wird. Die Einstellung dieses übertragenen Drehmoments erfolgt durch Steuerung des Drehmoments der elektrischen Maschine 41 und des Verbrennungsmotors 11 immer so, daß die Differenz zwischen dem maximal übertragbaren und dem tatsächlich übertragenen Drehmoment einen Grenzwert nicht unterschreitet. Damit von der Kupplung 13 ein positives Drehmoment, also ein Drehmoment welches das Drehmoment am Eingang des Getriebes 15 erhöht, übertragen wird, muß die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 größer sein als die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43. Bei Übertragung eines negativen Moments würde ein unangenehmer Ruck entstehen, der auch zu einer Geräuschentwicklung im Getriebe führen würde. Da die elektrische Maschine 44 weiterhin ein Drehmoment erzeugt und zusätzlich ein Drehmoment über die Kupplung 13 übertragen wird, steigt das Drehmoment am Eingang des Getriebes 15 an. Die Linien 55 und 56 trennen sich. Am Ende der Phase f sind die Drehzahlen des motorseitigen und des getriebeseitigen Kupplungsteils 40 und 43 identisch. Der Verbrennungsmotor 11 ist damit an das Getriebe 15 angekoppelt.
Die Dauer der Phase f wird an das Eigenschwingverhalten des mit dem motorseitigen Teil der Kupplung 40 verbundenen Teils des Antriebssystems 11 abgestimmt. Die Phase e dauert vorteilhafterweise ungefähr halb so lange wie die Periodendauer des beschriebenen Teils des Antriebssystems. Damit wird ein Drehmomentschlag und eine darauffolgende Schwingung verhindert.
Während des Schließens der Kupplung 13 in den Phasen e und f kann die Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 nur durch eine Steuerung und nicht durch eine Regelung des Drehmoments der elektrischen Maschine 41 und des Verbrennungsmotors 11 erfolgen. Dies ist unter anderem dadurch begründet, daß das von der Kupplung 13 übertragene Moment nicht genau bestimmbar ist.
In den Phasen c und d wird das motorseitige Kupplungsteil 40 mit einem großen Drehmoment stark beschleunigt, um möglichst schnell die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 zu erreichen. Von den Steuerungseinrichtungen des Verbrennungsmotors 11 und der elektrischen Maschine 41 wird das insgesamt abgegebene Drehmoment so eingestellt, daß die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 nur wenig größer wird als die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43. Das abgegebene Drehmoment wird reduziert. Das einzustellende Drehmoment wird beispielsweise auf Grund der gemessenen Drehzahlen und der bekannten Massenträgheitsmomente der verschiedenen Bauteile berechnet. Das abgegebene Drehmoment am Beginn der Phase e ist das Startdrehmoment für die genannte Steuerung. Ausgehend von diesem Startdrehmoment wird das Drehmoment bei jedem zyklischen Rechenschritt der Steuerungseinrichtungen des Verbrennungsmotors 11 und der elektrischen Maschine 41 erhöht.
Die Erhöhung pro Zeitschritt setzt sich zusammen aus einem drehzahlabhängigen Anteil und einem Zielmoment-abhängigen Anteil. Der drehzahlabhängige Anteil ist notwendig, damit die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 40 der Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 nachgeführt wird. Der Anteil an der Erhöhung pro Zeitschritt wird mittels der Drehzahländerung des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 und den bekannten Massenträgheitsmomenten der Bauteile, welche mit dem motorseitigen Kupplungsteil drehfest verbunden sind, bestimmt.
Der Zielmoment-abhängige Anteil kommt erst in der Phase e, in der schon ein Drehmoment über die Kupplung 13 übertragen wird, hinzu. Das überschüssige Drehmoment, das nicht zur Beschleunigung des motorseitigen Kupplungsteils 40 benötigt wird, wird von der Kupplung 13 übertragen. Der Anteil an der Erhöhung pro Zeitschritt wird aus dem Zieldrehmoment, das nach Schließen der Kupplung vom Verbrennungsmotor 11 und der elektrischen Maschine 41 abgegeben werden soll, und von der Zeitdauer des Kupplungsschließens ermittelt. Die Erhöhung pro Zeitschritt wird so bestimmt, daß nach Schließen der Kupplung 13 das Zieldrehmoment erreicht ist. Das Zieldrehmoment ist abhängig von der Stellung des Leistungsstellorgans, welches vom Fahrzeugführer eingestellt wird. Bei einer Änderung der Stellung wird das Zieldrehmoment und die Erhöhungen pro Zeitschritt angepaßt.
Die Einstellung des an der Kurbelwelle 12 aufgebrachten Drehmoments erfolgt durch Einstellung der abgegebenen Drehmomente der elektrischen Maschine 41 und des Verbrennungsmotors 11. Das abgegebene Drehmoment des Verbrennungsmotors 11 wird beispielsweise mittels einer Stellung einer Drosselklappe, einem Zündzeitpunkt oder einer Kraftstoffeinspritzmenge eingestellt. Die notwendigen Steuergrößen werden durch die Steuerungseinrichtung des Verbrennungsmotors 11 aufgrund gespeicherter Informationen bestimmt, wie beispielsweise einem Kennfeld, in welchem das abgegebene Drehmoment in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotor 11 und der Stellung der Drosselklappe gespeichert ist. Die Anteile, welche von der elektrischen Maschine 41 und dem Verbrennungsmotor 11 aufgebracht werden ist unterschiedlich. Einflußgrößen auf die Verteilung sind beispielsweise die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils, die Temperatur der Umgebung und der verschiedenen Elemente und ein Ladezustand einer Batterie.
In der Phase g wird die Kupplung 13 vollends geschlossen, so daß sie das maximal mögliche Drehmoment übertragen kann.
Außerdem wird das Drehmoment der elektrischen Maschine 44 reduziert und das von der Kupplung 13 übertragene Drehmoment, das sich aus dem Drehmoment des Verbrennungsmotors 11 und der elektrischen Maschine 41 zusammensetzt, weiter erhöht. Das Kraftfahrzeug setzt die Beschleunigung fort.
In dem dargestellten Fall eines Anfahrvorgangs mit maximaler Anfahrbeschleunigung wird nach dem Schließen der Kupplung 13 das Kraftfahrzeug mittels des Verbrennungsmotors 11 und den elektrischen Maschinen 41 und 44 angetrieben. Falls der Verbrennungsmotor 11 nach dem Schließen der Kupplung 13 als Antrieb ausreicht, so übernimmt der Verbrennungsmotor 11 in der Phase f den Antrieb von der elektrischen Maschine 44. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors 11 nimmt dann in gleichem Maße zu, wie das Drehmoment der elektrischen Maschine 41 abnimmt. Am Ende der Phase f gibt damit der Verbrennungsmotor 11 genau so viel Drehmoment ab wie die elektrische Maschine 44 zu Beginn der Phase f.
In Ausnahmefällen kann es vorteilhaft sein, wenn vor und während dem Schließen der Kupplung 13 die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils 41 kleiner als die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 ist. In diesem Fall wird durch das Schließen der Kupplung 13 ein negatives Drehmoment übertragen, was zu einer Verzögerung des getriebeseitigen Kupplungsteils 43 und der damit verbundenen Bauteile führen würde. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn die elektrische Maschine 44 ein Drehmoment aufnimmt. Damit wird durch die Kupplung kein entgegengesetztes Drehmoment übertragen, was zu einem unangenehmen Ruck führen würde. Die Drehmomentaufnahme durch die elektrische Maschine 44 kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, daß der Fahrzeugführer kurz vor dem Schließen der Kupplung 13 mittels des Leistungsstellorgans weniger Leistung anfordert.
Das Öffnen der Kupplung 13, beispielsweise bei einem Verzögern des Kraftfahrzeugs läuft in umgekehrter Reihenfolge ab.
Zwischen der elektrischen Maschine, welche drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist, und dem motorseitigen Kupplungsteil kann zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens des Antriebssystems ein Drehschwingungsdämpfer angeordnet sein.
Der Gradient der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils beim Einstellen in Richtung der Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils kann variabel sein. Ein zu großer Gradient kann zu einem störenden Ruck im Antriebssystem führen.
Das Automatikgetriebe kann auch als ein automatisiertes Zahnräderwechselgetriebe oder ein stufenloses Getriebe ausgeführt sein.

Claims

1. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das Antriebssystem (10) über
einen Verbrennungsmotor (11),
ein Getriebe (15),
eine zwischen dem Verbrennungsmotor (11) und dem Getriebe (15) angeordnete, automatisierte Kupplung (13) mit
einem motorseitigen Kupplungsteil (40) und
einem getriebeseitigen Kupplungsteil (43), und
eine, auf der dem Verbrennungsmotor (11) gegenüberliegenden Seite der Kupplung (13) angeordnete, erste elektrische Maschine (44) verfügt,
wobei das Kraftfahrzeug mittels jeweils dem Verbrennungsmotor (11) und der ersten elektrische Maschine (44) einzeln und auch mittels beider gemeinsam antreibbar ist und
vor einem Schließen der Kupplung (13) mittels einer Einstellung einer Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils (40) eine Abweichung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils (40) von einer Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils (43) unterhalb eines ersten Grenzwertes gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
während des Schließens der Kupplung (13) mittels der Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils (40) die genannte Abweichung unterhalb eines zweiten Grenzwertes gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Grenzwert in einem Bereich zwischen 0 U/min und 50 U/min liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Antriebssystem (10) über eine zweite elektrische Maschine (41) verfügt, welche mit einer Kurbelwelle (12) des Verbrennungsmotors (11) in Wirkverbindung steht und
der Verbrennungsmotor (11) mittels der zweiten elektrischen Maschine (41) startbar ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils (40) vor und während des Schließens der Kupplung (13) zumindest teilweise mittels der zweiten elektrischen Maschine (41) erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während des Schließens der Kupplung (13) ein Drehmoment vom motorseitigen Kupplungsteil (40) auf das getriebeseitige Kupplungsteil (43) übertragen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenz zwischen einem maximal übertragbaren Drehmoment und dem übertragenen Drehmoment der Kupplung (13) größer als ein dritter Grenzwert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließvorgang der Kupplung (13) erst gestartet wird, wenn die Drehzahl des motorseitigen Kupplungsteils (40) größer als die Drehzahl des getriebeseitigen Kupplungsteils (43) ist.