DE60118344T2 - Steuerungsverfahren- und vorrichtung eines hybridfahrzeuges - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung betrifft ein Antriebssteuersystem für ein Kraftfahrzeug, wobei das System enthält:
    einen Verbrennungsmotor,
    ein Getriebesystem, das ein Getriebe mit diskreten Übersetzungsverhältnissen enthält, das mit einer Stelleinrichtung versehen ist, um die Übersetzungsverhältnisse einzurücken/auszurücken,
    eine umsteuerbare elektrische Maschine, die einen Rotor und einen Stator aufweist, die zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebesystem liegt und die wahlweise als Generator und als Elektromotor arbeiten kann,
    eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, die wahlweise betätigt werden können, um die Verbindung des Rotors der elektrischen Maschine mit dem Getriebesystem bzw. mit dem Verbrennungsmotor zu steuern,
    eine Fühlereinrichtung, die so aufgebaut ist, dass sie elektrische Signale liefert, die die Betriebszustände des Fahrzeugs, des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine anzeigen, und
    eine Steuereinrichtung, um den Verbrennungsmotor, die elektrische Maschine, die erste und die zweite Kupplung sowie die Stelleinrichtung zu steuern, um die Übersetzungsverhältnisse in Übereinstimmung mit vorgegebenen Vorgängen in Abhängigkeit von jenen Signalen einzurücken/auszurücken, die von der Fühlereinrichtung geliefert werden,
    wobei die Steuereinrichtung so aufgebaut ist, dass sie im Besonderen eine Start/Stopp-Funktion ausführt, bei der während eines Stopp-Schritts beim Auftreten von ersten vorgegebenen Betriebszuständen des Fahrzeugs der Verbrennungsmotor von der elektrischen Maschine sowie vom Getriebesystem getrennt und abgeschaltet wird, worauf er dann in einem nachfolgenden Start-Schritt beim Auftreten von zweiten vorgegebenen Betriebszuständen des Fahrzeugs mit Hilfe der elektrischen Maschine automatisch wieder gestartet wird, die als Motor arbeitet, und dann wieder mit dem Getriebesystem verbunden wird.
  • Ein Antriebssystem für Fahrzeuge mit Hybridmotoren, das aus der früheren internationalen Patentanmeldung PCT/EP98/06922 bekannt ist, weist einen Verbrennungsmotor, eine umsteuerbare elektrische Maschine, ein Getriebesystem, das ein Getriebe mit diskreten Übersetzungsverhältnissen enthält, sowie eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung auf, die wahlweise betätigt werden können, um die Verbindung des Rotors der elektrischen Maschine mit dem Getriebesystem bzw. mit dem Verbrennungsmotor zu steuern. Dieses Antriebssystem ermöglicht das Ausführen einer Stopp/Start-Funktion (oder einer „Stop-and-go" Funktion), bei der während des Stopp-Schritts die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine ausgerückt ist, während die Kupplung zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebesystem eingerückt bleibt, und der Verbrennungsmotor abgeschaltet wird. Während des darauf folgenden Start-Schritts werden beide oben erwähnten Kupplungen ausgerückt und die elektrische Maschine als Elektromotor in Betrieb gesetzt. Sobald die Drehzahl der elektrischen Maschine einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird die Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Rotor der elektrischen Maschine eingerückt, um den Verbrennungsmotor zu starten. Sobald dies geschehen ist, wird die Kupplung zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine und dem Getriebesystem eingerückt, so dass das Fahrzeug vom Verbrennungsmotor angetrieben wird.
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Antriebssteuersystem zu liefern, das die Vorteile der Start/Stopp-Funktion optimal anwenden kann, wodurch beim Ausführen dieser Funktion die Stoßbelastungen auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs und auf den Fahrkomfort verringert werden.
  • Diese sowie andere Gegenstände werden erfindungsgemäß mit einem Antriebssteuersystem erreicht, dessen Grundmerkmale im angeschlossenen Anspruch 1 festgelegt sind.
  • Die Erfindung kann weiters die Form eines Verfahrens zum Steuern des Antriebs eines Kraftfahrzeugs annehmen, dessen Hauptmerkmale im Anspruch 4 und den folgenden festgelegt sind.
  • DE-A-198 14 402 zeigt ein Antriebssteuersystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren, das dem Oberbegriff von Anspruch 4 entspricht.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung eines nicht einschränkenden Beispiels und im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung ersichtlich, die eine vereinfachte Darstellung eines Systems gemäß der Erfindung zeigt.
  • Die Zeichnung zeigt vereinfacht und teilweise ein Kraftfahrzeug V, das mit einem Verbrennungsmotor 1 sowie mit einem Getriebesystem 2 versehen ist, das ein Getriebe 3 mit diskreten Übersetzungsverhältnissen aufweist, im Besonderen ein Getriebe mit Zahnrädern. Beim Getriebe 3 handelt es sich um ein sogenanntes "automatisches" oder servogesteuertes Getriebe, wobei das bedeutet, dass es Stelleinrichtungen besitzt, beispielsweise elektrohydraulische Stellglieder, um die Gänge einzurücken/auszurücken.
  • Weiters besitzt das Kraftfahrzeug V eine umsteuerbare elektrische Maschine 4, die einen Rotor 5 und einen Stator 6 aufweist. Die elektrische Maschine 4 liegt zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebesystem 2 und kann wahlweise als Generator und als Elektromotor arbeiten.
  • Eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung, die in der Zeichnung mit den Bezugsziffern 7 und 8 versehen sind, können mit Hilfe von entsprechenden Stellgliedern 9 und 10 gesteuert werden, beispielsweise mit elektrohydraulischen Stellgliedern, die wahlweise betätigt werden können, um die Verbindung des Rotors 5 der elektrischen Maschine 4 mit der treibenden Welle 11 des Getriebes bzw. mit der Welle 12 des Verbrennungsmotors 1 zu steuern.
  • Ein Steuersystem, das allgemein mit dem Bezugszeichen CS versehen ist, ist dem oben beschriebenen Antriebssystem zugeordnet. Bei der in der Zeichnung beispielhaft gezeigten Ausführungsform enthält das Steuersystem CS vier elektronische Steuereinheiten ECU1, ECU2, ECU3 und ECU4, die über ein Kommunikationsnetzwerk 13 miteinander verbunden sind, das beispielsweise in Übereinstimmung mit dem CAN-Protokoll arbeitet.
  • Bei der Steuereinheit ECU1 handelt es sich grundsätzlich um eine Einheit, die die Betriebsführung des Verbrennungsmotors 1 überwacht. Mit dieser Einheit sind ein Stellungsfühler 14, der dem Gaspedal 15 zugeordnet ist, sowie weitere Fühler verbunden, die in der Zeichnung allgemein die Bezugsziffer 16 tragen, beispielsweise ein Fühler, um die Drehzahl der Welle 12 des Motors 1 abzutasten, ein Fühler, um die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs abzutasten usw.
  • Die Steuereinheit ECU2 dient dazu, um die allgemeinen Funktionen des Kraftfahrzeugs zu steuern und die verschiedenen anderen Steuereinheiten zu koordinieren. Mit dieser Einheit sind (unter anderem) ein Instrumentenfeld 18, das auf dem Armaturenbrett angeordnet ist, ein EIN/AUS-Hauptschalter 19, der beispielsweise mit einem Schlüssel 20 betätigt werden kann, sowie ein mit der Hand zu betätigender Schalter 21 verbunden, um wahlweise den Betrieb der Antriebseinheit mit dem Hybridantrieb oder nur mit dem elektrischen Antrieb auszuwählen.
  • Die Steuereinheit ECU3 dient dazu, um das Getriebe zu steuern, wobei sie mit den Stellgliedern, die in der Zeichnung allgemein die Bezugsziffer 22 tragen, um die Gänge des Getriebes 3 einzurücken/auszurücken, mit einer von Hand zu betätigenden Einrichtung für die Steuerung des Getriebes, beispielsweise mit einem sogenannten Joystick 23, der mit Fühlern ausgestattet ist, sowie mit weiteren Fühlern verbunden ist, die allgemein mit der Bezugsziffer 24 versehen sind, beispielsweise mit Fühlern, um jenes Übersetzungsverhältnis anzuzeigen, das im Getriebe tatsächlich eingerückt ist.
  • Die Steuereinheit ECU3 ist weiters mit den Stellgliedern 9 und 10 verbunden, die den Kupplungen 7 bzw. 8 zugeordnet sind. Ein von Hand zu betätigender Auswahlhebel 30 ist ebenfalls mit der Einheit ECU3 verbunden und kann vom Fahrer betätigt werden, um eine erste Betriebsart, in der die Einheit ECU3 die Gangwechsel in Übereinstimmung mit jenen Befehlen vornimmt, die von der Handauswahl-Einrichtung 23 erteilt werden, oder eine zweite Betriebsart einzuschalten, in der das Getriebe vollautomatisch gesteuert wird. In dieser zweiten Betriebsart wird das Getriebe von der Einheit ECU3 aufgrund von jenen Signalen automatisch gesteuert, die von den Fühlern 24 sowie von den Fühlern 14, 16 geliefert werden.
  • Schließlich überwacht die Steuereinheit ECU4 die Steuerung der elektrischen Maschine 4. Der Ausgang dieser Einheit ist mit der elektrischen Maschine 4 über eine dreiadrige Leitung 29 verbunden. Eine Batterie 28 liegt an der Einheit ECU4.
  • Der Aufbau des Steuersystems CS, das in vier Einheiten unterteilt ist, ist lediglich beispielhaft. Wie für Fachleute ersichtlich ist, können alle Funktionen des Steuersystems und im Besonderen jene Funktionen, die später beschrieben werden, von einem Steuersystem ausgeführt und gesteuert werden, das einen unterschiedlichen Aufbau besitzt, oder auch von einer einzigen Mikroprozessor-Steuereinheit. Das Steuersystem CS ist so aufgebaut, um den Betrieb des Verbrennungsmotors 1, der elektrischen Maschine 4, der Kupplungen 7 und 8 sowie der Stelleinrichtungen 22 zum Einrücken/Ausrücken der Gänge des Getriebes in Übereinstimmung mit vorgegebenen Vorgängen in Abhängigkeit von jenen Signalen zu steuern, die von den Fühlern 14, 16 und 24 geliefert werden, und in der zweiten oben erwähnten Betriebsart von jenen Fühlern geliefert werden, die der Hand-Auswahleinrichtung 23 zugeordnet sind.
  • Wenn mit Hilfe des Auswahlhebels 30 die Steuerung des Automatikgetriebes vorgewählt wurde, ist das Steuersystem CS so aufgebaut, dass es eine Stopp/Start-Funktion ausführt, die darauf ausgerichtet ist, dass der Kraftstoffverbrauch und der Schadstoffausstoß herabgesetzt werden.
  • Diese Stopp/Start-Funktion sieht die Einführung eines Stopp-Schritts vor, in dem der Verbrennungsmotor 1 von der elektrischen Maschine und vom Getriebesystem 2 durch ein Ausrücken der Kupplung 8 in ersten vorgegebenen Betriebszuständen des Fahrzeugs getrennt wird, die mit Hilfe der oben erwähnten Fühler abgetastet werden, beispielsweise in jenen Zuständen, in denen das Kraftfahrzeug langsamer wird, während es in einer Kolonne fährt oder um bei Verkehrsampeln anzuhalten. Während des Stopp-Schritts wird der Verbrennungsmotor 1 unter der Steuerung der Einheit ECU1 abgeschaltet.
  • Auf den Stopp-Schritt folgt ein Start-Schritt, der als Ergebnis des Auftretens von vorgegebenen Zuständen gestartet wird, beispielweise mit einem Befehl, den der Fahrer erteilt, z.B. durch die Betätigung des Gaspedals 15.
  • Während des Start-Schritts wird der Verbrennungsmotor 1 mit Hilfe der elektrischen Maschine 4 wieder gestartet, die als Motor arbeitet, und dann wieder mit dem Getriebesystem 2 verbunden, wie dies später beschrieben wird.
  • Genauer gesagt: erfindungsgemäß ist das Steuersystem CS während des Start-Schritts grundsätzlich so aufgebaut, dass es die Verbindung der elektrischen Maschine 4, die als Elektromotor arbeitet, mit dem Getriebesystem 2 herstellt, nachdem im Getriebe 3 ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis eingerückt wurde, vorzugsweise das erste Übersetzungsverhältnis. Das erste Übersetzungsverhältnis bestimmt den niedrigsten Gang oder das niedrigste Übersetzungsverhältnis.
  • Am Anfang des Start-Schritts wird die Kupplung 8 ausgerückt und die Kupplung 7 eingerückt, wobei das vorgegebene Übersetzungsverhältnis eingerückt ist. Die elektrische Maschine 4 arbeitet als Elektromotor, wodurch sie anfangs den Antrieb des Kraftfahrzeugs übernimmt. Das Fahrzeug setzt sich daher anfangs nur mit einem elektrischen Antrieb wieder in Bewegung oder es beschleunigt.
  • Beim Auftreten von vorgegebenen Betriebszuständen verursacht daraufhin das Steuersystem CS den Wechsel vom eingerückten ersten Übersetzungsverhältnis zu einem höheren Übersetzungsverhältnis, beispielsweise zum zweiten Übersetzungsverhältnis. Dieser Vorgang wird im Besonderen von der Einheit ECU3 mit Hilfe der Stellglieder 22 gesteuert, die dem Getriebe 3 und der Kupplung 7 zugeordnet sind. Während dieses Wechsels des Übersetzungsverhältnisses arbeitet die elektrische Maschine 4 weiter als Elektromotor und die Einheit ECU3 stellt deren Verbindung mit dem Verbrennungsmotor 1 mit Hilfe der Kupplung 8 her, die eingerückt wird, um den Motor 1 zu starten. Sobald der Motor 1 gestartet wurde (ein Zustand, der von der Einheit ECU1 mit Hilfe jener Fühler abgetastet werden kann, die ihr zugeordnet sind), erzeugt die Einheit ECU3 ein Wiedereinrücken der Kupplung 7 und damit eine Wiederverbindung des Verbrennungsmotors 1 mit dem Getriebesystem 2. Wenn dieser Start-Schritt beendet ist, wird das Kraftfahrzeug vom Verbrennungsmotor 1 angetrieben.
  • Das Steuersystem CS ist während des Start-Schritts so aufgebaut, dass es den Wechsel des Übersetzungsverhältnisses, das Starten des Verbrennungsmotors 1 und dann dessen Verbindung mit dem Getriebesystem der Reihe nach wie folgt ausführt:
    • – Ausrücken der Kupplung 7,
    • – Ausrücken des vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses,
    • – Einrücken des höheren Übersetzungsverhältnisses und gleichzeitig Einrücken der Kupplung 8, um den Motor 1 zu starten; wobei im Besonderen diese Kupplung eingerückt wird, wenn die Übertragung des Drehmoments von der elektrischen Maschine 4 zum Getriebesystem 2 dadurch auf Null herabgesetzt wurde, dass das Ausrücken der Kupplung 7 beendet ist,
    • – Wiedereinrücken der ersten Kupplung 7, nachdem der Verbrennungsmotor 1 wieder gestartet wurde.
  • Der oben beschriebene Steuervorgang des Start-Schritts verhindert eine Stoßbelastung auf die Fahrbarkeit des Fahrzeugs oder auf einen merkbaren Fahrkomfort; der Fahrer kann sogar nicht in der Lage sein, dass er wahrnimmt, welche Antriebsquelle in diesem Schritt mit dem Getriebesystem verbunden ist.
  • Selbstverständlich bleibt die Grundlage der Erfindung gleich, wobei Arten der Ausführungsform und Details im Aufbau gegenüber der Beschreibung und der Zeichnung eines nicht einschränkenden Beispiels weit verändert werden können, ohne dadurch vom Gebiet der Erfindung abzuweichen, wie sie in den angeschlossenen Ansprüchen festgelegt ist.

Claims (6)

  1. Antriebssteuersystem für ein Kraftfahrzeug (V), wobei das System enthält: einen Verbrennungsmotor (1), ein Getriebesystem (2), das ein Getriebe (3) mit diskreten Übersetzungsverhältnissen enthält, das mit einer Stelleinrichtung (22) versehen ist, um die Übersetzungsverhältnisse einzurücken/auszurücken, eine umsteuerbare elektrische Maschine (4), die einen Rotor (5) und einen Stator (6) aufweist, die zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Getriebesystem (2) liegt und die so aufgebaut ist, dass sie als Generator und als Elektromotor arbeiten kann, eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung (7, 8), die wahlweise betätigt werden können, um die Verbindung des Rotors (5) der elektrischen Maschine (4) mit dem Getriebesystem (2) bzw. mit dem Verbrennungsmotor (1) zu steuern, eine Fühlereinrichtung (14, 16, 24), die elektrische Signale liefert, die Betriebszustände des Fahrzeugs (V), des Verbrennungsmotors (1) und der elektrischen Maschine (4) anzeigen, und eine Steuereinrichtung (CS), um den Verbrennungsmotor (1), die elektrische Maschine (4), die erste und die zweite Kupplung (7, 8) sowie die Stelleinrichtung (22) zu steuern, um die Übersetzungsverhältnisse des Getriebes in Übereinstimmung mit vorgegebenen Vorgängen in Abhängigkeit von jenen Signalen einzurücken/auszurücken, die von der Fühlereinrichtung (14, 16, 24) geliefert werden; wobei die Steuereinrichtung (CS) so aufgebaut ist, dass sie im Besonderen eine Start/Stopp-Funktion ausführt, bei der während eines Stopp-Schritts in ersten vorgegebenen Betriebszuständen des Fahrzeugs (V) der Verbrennungsmotor (1) von der elektrischen Maschine (4) sowie vom Getriebesystem (2) getrennt und abgeschaltet wird, worauf er dann in einem nachfolgenden Start-Schritt beim Auftreten von zweiten vorgegebenen Betriebszuständen, beispielsweise durch einen Befehl, der vom Fahrer erteilt wird, mit Hilfe der elektrischen Maschine (4) automatisch wieder gestartet wird, die als Motor arbeitet, und wieder mit dem Getriebesystem (2) verbunden wird; wobei das Antriebssteuersystem dadurch gekennzeichnet ist, dass die Steuereinrichtung (CS) so aufgebaut ist, dass sie während des Start-Schritts herstellt: die Verbindung der elektrischen Maschine (4), die als Elektromotor arbeitet, mit dem Getriebesystem (2), während ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis, vorzugsweise das erste Übersetzungsverhältnis, im Getriebe (3) eingerückt ist, so dass das Fahrzeug (V) während des Start-Schritts anfangs von der elektrischen Maschine (4) angetrieben wird, und dann in vorgegebenen Betriebszuständen eine Änderung vom vorgegebenen Übersetzungsverhältnis zu einem höheren Übersetzungsverhältnis ausführt, und während dieses Wechsels des Übersetzungsverhältnisses die Verbindung des Verbrennungsmotors (1) mit der elektrischen Maschine (4), die als Motor arbeitet, hervorruft, um den Verbrennungsmotor zu starten, und dann die Verbindung des Verbrennungsmotors (1) mit dem Getriebesystem (2) herstellt, so dass dann, wenn der Start-Schritt beendet ist, das Fahrzeug (V) vom Verbrennungsmotor (1) und möglicherweise auch von der elektrischen Maschine (4) angetrieben wird.
  2. System gemäß Anspruch 1, wobei der Wechsel des Übersetzungsverhältnisses vom ersten Übersetzungsverhältnis zum zweiten Übersetzungsverhältnis erfolgt.
  3. System gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei während des Start-Schritts die Steuereinrichtung CS so aufgebaut ist, dass sie der Reihe nach ausführt: ein Ausrücken der ersten Kupplung (7), ein Ausrücken des vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses, ein Einrücken des höheren Übersetzungsverhältnisses und gleichzeitig ein Einrücken der zweiten Kupplung (8), ein Einrücken der ersten Kupplung (7).
  4. Verfahren zum Steuern des Antriebs in einem Kraftfahrzeug, das ausgestattet ist: mit einem Verbrennungsmotor (1), mit einem Getriebesystem (2), das ein Getriebe (3) mit diskreten Übersetzungsverhältnissen enthält, das mit einer Stelleinrichtung (22) versehen ist, um die Übersetzungsverhältnisse einzurücken/auszurücken, mit einer umsteuerbaren elektrischen Maschine (4), die einen Rotor (5) und einen Stator (6) aufweist, die zwischen dem Verbrennungsmotor (1) und dem Getriebesystem (2) liegt und die so aufgebaut ist, dass sie als Generator und als Elektromotor arbeiten kann, eine erste Kupplung und eine zweite Kupplung (7, 8), die wahlweise betätigt werden können, um die Verbindung des Rotors (5) der elektrischen Maschine (4) mit dem Getriebesystem (2) bzw. mit dem Verbrennungsmotor (1) zu steuern, wobei das Verfahren die Ausführung einer Stopp/Start-Funktion enthält, die aufweist: einen Stopp-Schritt, in dem der Verbrennungsmotor (1) von der elektrischen Maschine (4) und vom Getriebesystem (2) getrennt ist und abgeschaltet wird, und einen darauf folgenden Start-Schritt, in dem der Verbrennungsmotor (1) von der elektrischen Maschine (4) wieder gestartet wird, die als Motor arbeitet, und dann wieder mit dem Getriebesystem (2) verbunden wird; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass während des Start-Schritts: die elektrische Maschine (4), die als Elektromotor arbeitet, mit dem Getriebesystem (2) verbunden ist, während ein vorgegebenes Übersetzungsverhältnis, vorzugsweise das erste Übersetzungsverhältnis, im Getriebe (3) eingerückt ist, so dass das Fahrzeug (V) während des Start-Schritts anfangs von der elektrischen Maschine (4) angetrieben wird, und daraufhin eine Änderung vom vorgegebenen Übersetzungsverhältnis zu einem höheren Übersetzungsverhältnis ausgeführt wird, und dass der Verbrennungsmotor (1) während dieses Wechsels des Übersetzungsverhältnisses mit der elektrischen Maschine (4) verbunden ist, die als Motor arbeitet, um den Verbrennungsmotor (1) zu starten, und dass dann der wieder gestartete Verbrennungsmotor (1) mit dem Getriebesystem (2) so verbunden wird, dass das Fahrzeug (V) dann, wenn der Start-Schritt beendet ist, vom Verbrennungsmotor (1) und möglicherweise auch von der elektrischen Maschine (4) angetrieben wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Wechsel des Übersetzungsverhältnisses ein Wechsel vom ersten Übersetzungsverhältnis zum zweiten Übersetzungsverhältnis ist.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei während des Start-Schritts folgende Schritte der Reihe nach ausgeführt werden: Ausrücken der ersten Kupplung (7), Ausrücken des vorgegebenen Übersetzungsverhältnisses, Einrücken des höheren Übersetzungsverhältnisses und gleichzeitig Einrücken der zweiten Kupplung (8), und Einrücken der ersten Kupplung (7).
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