WO2009074485A2 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines kriechbetriebes eines fahrzeugs mit einem hybridantrieb - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines kriechbetriebes eines fahrzeugs mit einem hybridantrieb Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling a creeping operation of a vehicle with a hybrid drive according to the preamble of patent claim 1 and of patent claim 7, respectively.
  • Hybrid powertrains are becoming increasingly important in vehicle construction due to their potential for reducing pollutant emissions and energy consumption.
  • Such vehicles have various sources of power, in particular combinations of combustion and electric motors are advantageous because they on the one hand the range and performance advantages of internal combustion engines and on the other hand, the flexible uses of electric machines as a sole or auxiliary drive source or as a starter generator and generator for power generation and recuperation to be able to use.
  • Hybrid powertrains are demanded by the market, which can be implemented in vehicles as far as possible without additional space requirements, with the least possible complexity and with low cost and design effort.
  • a distinction is made between two hybrid topologies, the series hybrid and the parallel hybrid. Such arrangements are already known and are constantly being developed.
  • the drive machines are connected in series in terms of drive technology.
  • the internal combustion engine for example a diesel engine, serves as drive for a generator which feeds an electric machine.
  • the vehicle is driven exclusively by the electric motor.
  • the internal combustion engine is decoupled from the drive wheels and can therefore be constantly operated at a single operating point, ie at a certain torque level. ment and constant speed are operated.
  • This drive concept is suitable, for example, for buses in urban short-distance traffic, wherein preferably an operating point in which the efficiency of the internal combustion engine is as high as possible and at the same time pollutant emissions, fuel consumption and noise are in a favorable range is set.
  • it is unfavorable for the series hybrid that the efficiency of the drive is limited due to the mechanical-electrical multiple conversion.
  • Parallelhybrid-Anthebstrlinde by parallel with respect to the power flow arrangement of the drive train aggregates in addition to the superposition of drive torques offer the possibility of driving with purely internal combustion engine drive or purely electric motor drive.
  • the internal combustion engine in principle, in the case of the parallel hybrid, can be largely operated at optimum torque by respectively loading or supporting by means of one or more electrical machines, so that the maximum efficiency of the internal combustion engine can be effectively utilized.
  • the support of the internal combustion engine reduces fuel consumption on average.
  • the electric machine can also act as an integrated starter generator (ISG) to start the engine via a clutch. Furthermore, the electric machine is used in generator mode for charging an electrical energy storage and can be used for recuperation.
  • ISG integrated starter generator
  • Parallel hybrid drives are usually designed as one-clutch arrangement (1 K) or two-clutch arrangement (2K), optionally with integrated starter generator function of the electric machine.
  • the internal combustion engine can be connected to an electric machine via a first clutch.
  • the electric machine can be coupled via a separate second clutch with a manual transmission.
  • a second construction example shows the DE 10 2005 051 382 A1.
  • this comparatively simple and particularly compact design arrangement only a frictional or even a particularly cost-effective and space-saving positive coupling between the engine and the electric machine is provided.
  • the function of the second clutch - if necessary - be taken over by internal gear clutches and / or switching brakes, as they are already available, for example, in an automatic transmission.
  • a creep mode in particular in motor vehicles with automated manual transmissions or automatic transmissions, in order to increase driving comfort and operational safety.
  • the vehicle moves at an engaged gear ratio, non-actuated brake and non-actuated accelerator pedal at very low speed.
  • a creep torque is transmitted from the drive to the output or the driven vehicle wheels, which creep torque can preferably be set to a predetermined characteristic value or a characteristic curve.
  • a regulation of the creep mode is possible with various widespread drive concepts.
  • the regulation of the creep mode can be done by a corresponding control of the starting clutch.
  • the transmitted creep torque is essentially determined by the idling speed of the internal combustion engine or can be regulated by means of this.
  • an electric machine can be used to create a creep mode.
  • Creep operation by means of an electrodynamic starting element has in principle the advantage over drive trains with a friction clutch, which is operated to transmit a creeping torque in slip, that the risk of clutch overheating with increased clutch wear is eliminated with a longer creep time.
  • an electrodynamic drive system of a motor vehicle in which by means of a control of an electric machine as an additional drive unit an adjustable creep driving state, comparable to the creeping operation of a vehicle with an automatic step transmission and a hydrodynamic converter is realized.
  • the electric machine In the drive train of the vehicle, the electric machine is arranged together with a summation between an internal combustion engine and a vehicle transmission.
  • the desired creep condition is brought about in operative connection with the summation gearbox by a corresponding control of the electrical machine with the combustion engine rotating largely uniformly when idling.
  • a drive torque is transmitted via the summation to the drive technically downstream vehicle transmission and converted according to an engaged gear ratio in a drive of the drive wheels.
  • the electric machine can be operated either as a drive unit by a motor or as a power supply for a vehicle electrical system as a generator.
  • creep operation the electric machine is operated mainly as a generator.
  • the machine is switched after a certain creep from the generator operation to the engine operation. Since the electric machine is regulated at low speeds both in generator mode and in engine mode, the changeover is associated with no or at most a slight change in speed perceptible to the driver.
  • the known drive system enables effective creep operation of a vehicle with high ride comfort.
  • this is achieved with an electric machine, the realization of the creep mode with a Summing gear cooperates, such control is not readily transferable to drive trains without such summation, in particular parallel hybrid drive trains with an electric machine that acts not only as a starting element but also as a drive unit for driving a vehicle while driving.
  • the expert receives no evidence here of possible thermal stress on the electrical machine in a permanent crawl of the vehicle.
  • a coupling device is arranged between the electric machine and an output.
  • the clutch device can be, for example, a converter lock-up clutch designed as a friction clutch, which is connected upstream of an automatic transmission.
  • one or more clutches and / or switching brakes of an automatic transmission can act as the said coupling device.
  • a parallel to the electric machine can, if necessary Clutch of the coupling device are operated in the slip. If the coupling device has a plurality of couplings, these can also be operated alternately in the slip. If the electric machine has two windings which can be excited separately, they can be operated in a constant change. A combination of these means thermal overloading of both the coupling device and the electric machine is avoided at high drive torques at very low speeds or at a high continuous standstill torque.
  • the invention has for its object to provide a method and apparatus for controlling a creep operation of a vehicle with a hybrid drive, which allow unlimited creep and yet easy and clutch friendly.
  • the invention is based on the finding that a particularly clutch-friendly and virtually unlimited permanent crawl in a hybrid vehicle is made possible by temporary slip phases of a clutch transmitting a creep torque interrupted by electromotive creep phases by means of an electric machine and regenerative charging phases of the electric machine during the slip phases of the clutch , Accordingly, the invention is based on a method for controlling a creeping operation of a vehicle with a hybrid drive, with a drive train comprising an internal combustion engine, an electric machine, a first switching element arranged between the internal combustion engine and the electric machine, a transmission, an output and between the electric machine and the output arranged second switching element.
  • a creep operation of a vehicle with an internal combustion engine and a transmission gear is understood in this context that the vehicle moves at an engaged translation and not actuated accelerator pedal with such a low driving speed, that a frictional connection via a fully engaged clutch between the engine and a Downstream would be associated with a speed of the internal combustion engine, which would be below an idle speed of the same.
  • the creep should also include a short-term detention of the vehicle against rolling against a selected direction of travel on a slope.
  • the invention provides that the creeping operation is realized at least in a permanent crawl by a cyclically alternating driving the electric machine and the second switching element.
  • the invention is further based on a device for controlling a creeping function of a vehicle with a hybrid drive, comprising a drive train comprising an internal combustion engine, an electric machine, a first shifting element arranged between the combustion engine and the electric machine, a transmission Output and arranged between the electric machine and the output second switching element.
  • control means are provided according to the invention, by means of which a creep operation of the vehicle optionally by operation of the second switching element in a Seh lupf operation and can be realized by operating the electric machine in a creep mode.
  • the second switching element may be formed as a arranged between the electric machine and the transmission friction clutch.
  • the second switching element may be formed as a gear-internal frictional clutch or frictional switching brake.
  • the creeping operation is carried out alternately by means of a slip operation of the second switching element designed as a friction element while the first switching element is closed, and by means of the electric machine while the second switching element is closed and the first switching element is opened ,
  • an alternating permanent creeping is proposed via a clutch and an electric machine, which advantageously ensures that the second, the output side of the electric machine downstream switching element is permanently loaded less crawl on average, since there are repeated periods in which the creep purely electrical , ie without clutch slip occurs.
  • the switching element can thereby be dimensioned comparatively smaller or, in the case of a transmission-internal clutch / brake, at least least be maintained in an already provided size, thereby saving space and costs. Since the first switching element between the internal combustion engine and electric machine for the creep according to the invention requires no slip function, this can be designed to save costs regardless of a creep function of the vehicle.
  • the creeping of a vehicle by means of an electric machine basically has a higher efficiency than a creeping operation by means of a slipping clutch, which is driven by an internal combustion engine.
  • a lower power loss occurs in a changing creep operation according to the invention than in conventional creep functions, which work with permanent permanent clutch slip. This is especially true when creeping with a stationary or almost stationary vehicle, since the potential clutch slip is particularly large.
  • the electric machine when the first switching element and schlupfendem second switching element, ie during the Kriechphasen by means of a clutch, the electric machine is driven by the internal combustion engine to charge an electric drive energy storage. It is expedient to switch over between the combustion engine-induced creeping operation by means of the slipping second shift element and the electromotive creep operation by means of the electric machine as a function of a charge state of the electrical energy store.
  • the claimed clutch can recover in the electromotive creep, so is thermally relieved and cools, thus a virtually unlimited Creep operation is possible.
  • a different switching rhythm for example by a timer, and / or consideration of further operating parameters, for example the temperature of the slipping clutch and / or the electric machine, may be provided.
  • the description is accompanied by a drawing of an embodiment.
  • the single figure shows a schematic representation of a hybrid drive of a vehicle for carrying out a method according to the invention for controlling a creeping operation.
  • FIG. 1 shows a diagram of a vehicle hybrid drive 1 with a parallel hybrid drive train 2, as may be provided, for example, for a commercial vehicle (truck, bus, special vehicle).
  • the drive train 2 has an internal combustion engine 3, for example a diesel engine, with a crankshaft 24 which can be connected to an electric machine 5 via a first shifting element 4, which is advantageously designed as a friction clutch.
  • the electric machine 5 is in turn coupled via a second, designed as a friction clutch switching element 6 with a gearbox 7.
  • the function of the second switching element 6 can also be replaced by (not shown) internal gear coupling elements, for example, one or more clutches and / or switching brakes of a stepped automatic machine.
  • the transmission 7 can, as indicated in Fig.
  • PTO Power Take-Off
  • a respective applied output torque of the Hyb Ride drive 1 in a conventional manner to a drive axle 10 and be forwarded via this to the drive wheels 1 1.
  • the electric machine 5 can be operated as an electric drive unit, ie as a motor, or as a generator.
  • a converter 12 which can be controlled by a converter control unit 13.
  • the electric machine 5 with an electric drive energy storage 14, for example, a 340V high-voltage battery (supercaps are also possible) connected.
  • the electric machine 5 is powered by the energy storage 14.
  • the energy store 14 is charged by means of the electric machine 5.
  • the electric machine 5 functions as an integrated starter generator for starting the internal combustion engine 3.
  • the high-voltage circuit of the energy storage device 14 or the control devices connected thereto are connected via a bidirectional DC-DC converter (DC / DC) 15 to a vehicle electrical system 16 with a voltage of, for example, 24V or 12V.
  • the energy store 14 can be monitored and regulated by a battery management system (BMS) 17 with respect to its state of charge (SOC).
  • BMS battery management system
  • the DC-DC converter 15 can be controlled by a DC-DC converter control unit 18.
  • a control unit 19 for unspecified brake control functions in particular an anti-lock braking system (ABS) or an electronic brake system (EBS) and a further control unit 20 for an electronic diesel injection control (EDC) of exemplary trained as a diesel engine combustion engine. sector 3 available.
  • ABS anti-lock braking system
  • EBS electronic brake system
  • EDC electronic diesel injection control
  • sector 3 available.
  • the individual control units mentioned can also be combined, at least in part, in a single control unit.
  • an integrated control device 21 is arranged, in which a transmission control unit (TCU: Transmission Control Unit), a hybrid control unit (HCU: Hybrid Control Unit) and various operating functions are combined.
  • the control device 21 is associated with control means, in particular a control unit 25 for controlling the second switching element 6 in the slip mode, which may also be integrated into the control device 21.
  • the control unit 25 is designed such that it cooperates with the control device 21, which also controls the operation of the electric machine 5, in the control of a creeping operation. This is indicated by a double arrow.
  • a respective drive energy distribution and function control of the individual components of the hybrid drive can be predetermined by means of a central strategy unit 22, which advantageously via a data bus (eg CAN) 23, with the control device 21 and the control unit 25 and the other relevant control units 13, 17, 18th , 19 is connected.
  • a central strategy unit 22 advantageously via a data bus (eg CAN) 23, with the control device 21 and the control unit 25 and the other relevant control units 13, 17, 18th , 19 is connected.
  • a method according to the invention which can be carried out particularly effectively with the hybrid drive 1, is based on an alternating continuous crawl by means of the electric machine 5 and by means of the second switching element 6 in two cyclically recurring steps.
  • the first switching element that is, the clutch 4 between the internal combustion engine 3 and the electric machine 5 is closed, so that the internal combustion engine 3 and the electric machine 5 are positively connected with each other.
  • the creeping of the vehicle is generated when the gear ratio of the transmission 7 via the second switching element, ie the friction clutch 6 by their operation in the slip.
  • the Electric machine 5 driven by the engine 3 and operated as a generator, so that the electric drive energy storage 14 is loaded.
  • generator operation electrical energy for secondary consumers and / or for charging a vehicle electrical system battery can also be fed into the electrical system 16 via the DC-DC converter 15.
  • the strategy unit 22 is on the one hand via the inverter control unit 13 to the inverter 12 from a command for switching the electric machine 5 in the regenerative operation.
  • the strategy unit 22 causes the control of the friction clutch 6 in the slip mode for generating and controlling a desired creep torque of the vehicle in cooperation with the engine 3, the closed clutch 4 and the transmission gear 7.
  • the internal combustion engine 3 delivers both power over the slipping in the first step second switching element 6 to the output 26 and via the electric machine 5 to the energy storage 14.
  • the slipping switching element 6 is advantageously cooled by means of an existing, but not shown cooling device.
  • the energy store 14 If the energy store 14 is sufficiently charged, that is to say has reached a specific charge state (SOC) monitored via the battery management system 17, in a second step, again caused by the strategy unit 22, the creeping by means of a corresponding activation of the electric machine 5 without a slipping end Coupling generated.
  • the first switching element 4 is opened, whereby the electric machine 5 is decoupled from the engine 3.
  • the electric machine 5 is fed by the energy storage 14 after appropriate switching by the inverter control unit 13 and the inverter 12 and thus operated by a motor.
  • the second switching element, so the clutch 6 is also completely closed, so engaged by friction, and further cooled.
  • Hybrid drive Powertrain Combustion engine First shifting element clutch Electric engine Second shifting element, clutch Transmission Power take-off Differential Drive axle Vehicle wheel Inverter Inverter control unit Electrical drive energy storage DC-DC converter On-board network Battery management system Voltage converter control unit Electronic brake control Electronic diesel control Control system Operating strategy unit Data bus Crankshaft Control unit Output

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb (1), mit einem Antriebsstrang (2) umfassend einen Verbrennungsmotor (3), eine elektrische Maschine (5), ein zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der elektrischen Maschine (5) angeordnetes erstes Schaltelement (4), ein Getriebe (7), einen Abtrieb (26) und ein zwischen der elektrischen Maschine (5) und dem Abtrieb (26) angeordnetes zweites Schaltelement (6). Um ein zeitlich unbegrenztes und dennoch kupplungsschonendes Kriechen eines derart ausgestatteten Fahrzeuges zu ermöglichen, wird der Kriechbetrieb durch ein zyklisch abwechselndes Ansteuern der elektrischen Maschine (5) und des zweiten Schaltelementes (6) realisiert. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Steuerungsmittel vorgesehen, mittels denen ein Kriechbetrieb des Fahrzeuges wahlweise durch Betreiben des zweiten Schaltelementes (6) in einem Schlupfbetrieb oder durch Betreiben der elektrischen Maschine (5) in einem Kriechmodus realisierbar ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 7.
Hybridabtriebe gewinnen im Fahrzeugbau aufgrund ihres Potenzials zur Verringerung von Schadstoffemissionen und Energieverbrauch zunehmend an Bedeutung. Derartige Fahrzeuge weisen verschiedenartige Antriebsquellen auf, wobei insbesondere Kombinationen von Verbrennungs- und Elektromotoren von Vorteil sind, da sie einerseits die Reichweiten- und Leistungsvorteile von Brennkraftmaschinen und andererseits die flexiblen Einsatzmöglichkeiten der elektrischen Maschinen als alleinige oder Hilfsantriebsquelle oder als Startergenerator sowie Generator zur Stromerzeugung und Rekuperation nutzen können.
Vom Markt werden Hybrid-Antriebsstränge gefordert, die möglichst ohne zusätzlichen Bauraumbedarf, bei möglichst geringer Kompliziertheit und bei geringem Kosten- und Konstruktionsaufwand in Fahrzeuge implementiert werden können. Dabei werden grundsätzlich zwei Hybrid-Topologien, der Serienhybrid und der Parallelhybrid unterschieden. Solche Anordnungen sind bereits bekannt und werden ständig weiterentwickelt.
Beim Serienhybrid sind die Antriebsmaschinen antriebstechnisch hintereinander geschaltet. Dabei dient der Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor, als Antrieb für einen Generator, der eine elektrische Maschine speist. Das Fahrzeug wird ausschließlich über den Elektromotor angetrieben. Der Verbrennungsmotor ist von den Antriebsrädern entkoppelt und kann daher ständig in einem einzigen Betriebspunkt, also bei einem bestimmten Drehmo- ment und konstanter Drehzahl betrieben werden. Dieses Antriebskonzept eignet sich beispielsweise für Busse im städtischen Kurzstreckenverkehr, wobei vorzugsweise ein Betriebspunkt, bei dem der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors möglichst hoch ist und gleichzeitig Schadstoffemissionen, Kraftstoffverbrauch und Geräuschentwicklung in einem günstigen Bereich liegen, eingestellt wird. Ungünstig wirkt sich beim Serienhybrid dagegen aus, dass der Wirkungsgrad des Antriebs aufgrund der mechanisch-elektrischen Mehrfachumwandlung eingeschränkt ist.
Demgegenüber bieten Parallelhybrid-Anthebstränge durch eine bezüglich des Kraftflusses parallele Anordnung der Triebstrangaggregate neben der Überlagerung der Antriebsmomente die Möglichkeit der Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb. Grundsätzlich kann beim Parallelhybrid der Verbrennungsmotor durch jeweiliges Belasten bzw. Unterstützen mittels einer oder mehrerer elektrischer Maschinen weitgehend bei optimalem Drehmoment betrieben werden, so dass der maximale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors effektiv genutzt werden kann. Durch die Unterstützung des Verbrennungsmotors verringert sich im Mittel der Kraftstoffverbrauch. Da bei kurzzeitigen erhöhten Leistungsanforderungen im sogenannten Boostbetrieb, beispielsweise bei Überholvorgängen, eine Summierung der Antriebsleistung möglich ist, kann der Verbrennungsmotor nahezu ohne Einbußen an Leistung und Fahrkomfort des Fahrzeuges vergleichsweise kleiner, und gewichts- und bauraumsparender ausgelegt werden, welches sich zusätzlich emissionsverringernd und kostengünstig auswirkt. Die elektrische Maschine kann zudem als integrierter Startergenerator (ISG) zum Start des Verbrennungsmotors über eine Kupplung fungieren. Weiterhin dient die elektrische Maschine im generatorischen Betrieb zum Laden eines elektrischen Energiespeichers und kann zur Rekuperation eingesetzt werden. Als Getriebe zur Variation der Übersetzung des Antriebs der angetriebenen Achsen kommen grundsätzlich alle Formen von Fahrzeuggetrieben in Betracht. Parallelhybridantriebe sind in der Regel als Ein-Kupplungsanordnung (1 K) oder Zwei-Kupplungsanordnung (2K), gegebenenfalls mit integrierter Startergenerator - Funktion der Elektromaschine, ausgebildet. In einer ersten Bauweise eines Parallelhybridantriebes ist, wie sie beispielsweise die US 2005 022 1947 A1 zeigt, der Verbrennungsmotor über eine erste Kupplung mit einer Elektromaschine verbindbar. Die Elektromaschine ist über eine separate zweite Kupplung mit einem Schaltgetriebe koppelbar.
Eine zweite Bauweise zeigt beispielsweise die DE 10 2005 051 382 A1 . Bei dieser vergleichsweise einfachen und besonders kompakt bauenden Anordnung ist lediglich eine reibschlüssige oder sogar nur eine besonders kostengünstige und bauraumsparende formschlüssige Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der Elektromaschine vorgesehen. Bei einer derartigen Anordnung kann grundsätzlich die Funktion der zweiten Kupplung - soweit erforderlich - von getriebeinternen Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen übernommen werden, wie sie beispielsweise bei einem Automatgetriebe ohnehin vorhanden sind.
Weiterhin ist es bekannt, im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen elektrische Maschinen als Alternative zu herkömmlichen Reibkupplungen oder zu hydrodynamischen Wandlern als Anfahrelemente einzusetzen, um mechanische Verluste bei der Kraftübertragung im Antriebsstrang möglichst gering zu halten.
Zudem ist es bekannt, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit automatisierten Schaltgetrieben oder Automatgetrieben, zur Erhöhung des Fahrkomforts und der Betriebssicherheit die Funktion eines Kriechmodus zu implementieren. Grundsätzlich bewegt sich in diesem Fahrzustand das Fahrzeug bei einer eingelegten Getriebeübersetzung, nicht betätigter Bremse und nicht betätigtem Fahrpedal mit sehr geringer Geschwindigkeit. An Steigungen ist mittels eines derartigen Kriechmodus die Realisierung einer zeitlich begrenzten Haltefunktion möglich. Im Kriechbetrieb wird vom Antrieb an den Abtrieb bzw. die angetriebenen Fahrzeugräder ein Kriechmoment übertragen, welches vorzugsweise auf einen vorgegebenen Kennwert bzw. eine Kennlinie einstellbar ist. Eine Regelung des Kriechmodus ist bei verschiedenen verbreiteten Antriebskonzepten möglich.
Bei Fahrzeugen mit einem automatisierten Schaltgetriebe und einer automatischen reibschlüssigen Anfahrkupplung kann die Regelung des Kriechmodus durch eine entsprechende Ansteuerung der Anfahrkupplung erfolgen. Bei Fahrzeugen mit Automatgetrieben und einem hydrodynamischen Wandler ist das übertragene Kriechmoment im Wesentlichen durch die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors bestimmt bzw. über diese regelbar. Bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen kann eine elektrische Maschine zur Erzeugung eines Kriechmodus eingesetzt werden.
Ein Kriechbetrieb mittels eines elektrodynamisches Anfahrelements hat gegenüber Antriebssträngen mit einer Reibkupplung, die zur Übertragung eines Kriechmomentes im Schlupf betrieben wird, grundsätzlich den Vorteil, dass die Gefahr einer Kupplungsüberhitzung mit erhöhtem Kupplungsverschleiß bei längerer Kriechdauer entfällt.
Bei einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, bei dem eine elektrische Maschine alleine oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsaggregat fungiert, stellt sich jedoch insbesondere bei zeitlich lang andauerndem Kriechen das Problem, dass ein elektrischer Antriebsenergiespeicher beim Dauerkriechen durch die elektrische Maschine soweit entleert wird, dass ein weiterer Kriechbetrieb über eine schlupfende Kupplung, also entweder eine verbrennungsmotorseitige erste oder eine abtriebsseitige zweite Kupplung, im Antriebsstrang realisiert werden muss. Daher müssen die entsprechenden Kupplungselemente für einen Dauerschlupfbetrieb ausreichend dimensioniert und gekühlt sein, wodurch zusätzlicher Konstruktions- und Herstellkostenauf- wand entsteht. Zudem muss die thermische Belastbarkeit der elektrischen Maschine beim Dauerkriechen berücksichtigt werden.
Aus der DE 10 2006 003 714 A1 ist ein elektrodynamisches Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem mittels einer Ansteuerung einer elektrischen Maschine als zusätzlichem Antriebsaggregat ein regelbarer Kriech- Fahrzustand, vergleichbar zum Kriechbetrieb eines Fahrzeuges mit einem automatischen Stufengetriebe und einem hydrodynamischen Wandler, realisiert wird. Im Antriebsstrang des Fahrzeugs ist die elektrische Maschine zusammen mit einem Summierungsgetriebe zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Fahrzeuggetriebe angeordnet. Der gewünschte Kriechzustand wird in Wirkverbindung mit dem Summierungsgetriebe durch eine entsprechende Steuerung der elektrischen Maschine bei weitgehend gleichmäßig im Leerlauf drehendem Verbrennungsmotor herbeigeführt. Dabei wird ein Antriebsmoment über das Summierungsgetriebe an das antriebstechnisch nachgeordnete Fahrzeuggetriebe weitergegeben und entsprechend einer eingelegten Übersetzungsstufe in einen Antrieb der Antriebsräder umgesetzt. Die elektrische Maschine ist wahlweise als Antriebsaggregat motorisch und als Spannungsversor- ger für ein Fahrzeugbordnetz generatorisch betreibbar. Im Kriechbetrieb wird die elektrische Maschine hauptsächlich generatorisch betrieben. Um ein Entladen und Laden einer Fahrzeugbatterie zur Bordnetzversorgung bei einem Dauerkriechbetrieb zu ermöglichen, wird die Maschine nach einer bestimmten Kriechzeit vom generatorischen Betrieb in den motorischen Betrieb umgeschaltet. Da dabei die elektrische Maschine sowohl im generatorischen als auch im motorischen Betrieb bei geringen Drehzahlen eingeregelt wird, ist die Umschal- tung mit keiner oder allenfalls einer geringen für den Fahrer wahrnehmbaren Geschwindigkeitsänderung verbunden.
Das bekannte Antriebssystem ermöglicht einen effektiven Kriechbetrieb eines Fahrzeuges bei hohem Fahrkomfort. Da dies jedoch mit einer elektrischen Maschine erreicht wird, die zur Realisierung des Kriechmodus mit einem Summierungsgetriebe zusammenwirkt, ist eine derartige Steuerung nicht ohne Weiteres auf Antriebsstränge ohne ein solches Summierungsgetriebe, insbesondere auf Parallelhybridantriebsstränge mit einer elektrischen Maschine, die nicht nur als Anfahrelement sondern auch als Antriebsaggregat zum Antrieb eines Fahrzeuges im Fahrbetrieb fungiert, übertragbar. Zudem erhält der Fachmann hier keine Hinweise auf mögliche thermische Belastungen der elektrischen Maschine bei einem Dauerkriechen des Fahrzeuges.
Aus der DE 101 58 536 B4 ist ein weiterer Fahrzeugantrieb bekannt, bei dem ein Kriechbetrieb mittels einer elektrischen Maschine realisiert wird. Im Antriebsstrang des Fahrzeugs ist zwischen der elektrischen Maschine und einem Abtrieb eine Kupplungseinrichtung angeordnet. Die Kupplungseinrichtung kann beispielsweise eine als Reibkupplung ausgebildete Wandlerüberbrü- ckungskupplung sein, die einem Automatgetriebe vorgeschaltet ist. Alternativ können auch eine oder mehrere Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen eines Automatgetriebes als die besagte Kupplungseinrichtung fungieren. Um die elektrische Maschine im Kriechmodus bei hohen Momentanforderungen, beispielsweise beim Kriechen oder Halten des Fahrzeuges an Steigungen oder beim Überfahren von Bordsteinkanten thermisch zu entlasten und eine größere Dimensionierung der elektrischen Maschine und/oder der Kupplungseinrichtung zu umgehen, kann bei Bedarf parallel zur elektrischen Maschine eine Kupplung der Kupplungseinrichtung im Schlupf betrieben werden. Sind der Kupplungseinrichtung mehrere Kupplungen zugehörig, können diese auch abwechselnd im Schlupf betrieben werden. Weist die elektrische Maschine zwei separat erregbare Wicklungen auf, können diese im ständigen Wechsel betrieben werden. Durch eine Kombination dieser Mittel wird eine thermische Überlastung sowohl der Kupplungseinrichtung als auch der elektrischen Maschine bei hohen Antriebsmomenten bei sehr geringen Geschwindigkeiten oder bei einem hohem Dauerstillstandmoment vermieden. Nachteilig daran ist, dass bei einem kontinuierlichen Dauerbetrieb der elektrischen Maschine und der Kupplungseinrichtung die elektrische Maschine zwei separate Wicklungen aufweisen muss, die im Wechsel ansteuerbar sind und/oder mehrere Kupplungen vorhanden sein müssen, die wechselnd im Schlupf betreibbar sind, um eine Überhitzung des Elektromotors und/oder eine Kupplungsüberhitzung zuverlässig zu vermeiden. Dies erfordert jedoch außer einem relativ hohen Konstruktionsaufwand auch eine vergleichsweise komplexe und aufwendige Steuerung mit einer Temperaturerfassung oder zumindest einer Berechnung der Erhitzung der Komponenten zur Ermittlung einer drohenden Überlastung, sowie einen entsprechenden Steuerungsaufwand zur Zu- schaltung und Regelung des Schlupfbetriebes der einen oder mehreren Kupplungen. Zudem findet der Fachmann in der DE 101 58 536 B4 keine Hinweise zur Sicherstellung eines Ladezustandes eines elektrischen Antriebsenergiespeichers der elektrischen Maschine im Dauerkriechbetrieb.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb zu schaffen, die ein zeitlich unbegrenztes Kriechen ermöglichen und dennoch einfach sowie kupplungsschonend sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein besonders kupp- lungsschonendes und gewissermaßen unbegrenztes Dauerkriechen bei einem Hybridfahrzeug durch temporäre Schlupfphasen einer ein Kriechmoment übertragenden Kupplung, unterbrochen durch elektromotorische Kriechphasen mittels einer elektrischen Maschine sowie generatorische Ladephasen der elektrischen Maschine während der Schlupfphasen der Kupplung ermöglicht wird. Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, mit einem Antriebsstrang umfassend einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnetes erstes Schaltelement, ein Getriebe, einen Abtrieb und ein zwischen der elektrischen Maschine und dem Abtrieb angeordnetes zweites Schaltelement.
Unter einem Kriechbetrieb eines Fahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor und einem Übersetzungsgetriebe wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass sich das Fahrzeug bei einer eingelegten Übersetzung und nicht betätigtem Fahrpedal mit einer so geringen Fahrgeschwindigkeit fortbewegt, dass eine kraftschlüssige Verbindung über eine vollständig eingerückte Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Abtrieb mit einer Drehzahl des Verbrennungsmotors einhergehen würde, die unterhalb einer Leerlaufdrehzahl desselben läge. Der Kriechbetrieb soll auch ein kurzfristiges Festhalten des Fahrzeuges gegen ein Anrollen entgegen einer angewählten Fahrtrichtung an einer Steigung einschließen.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass der Kriechbetrieb zumindest bei einem Dauerkriechen durch ein zyklisch abwechselndes Ansteuern der elektrischen Maschine und des zweiten Schaltelementes realisiert wird.
Die gestellte Aufgabe wird auch durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gelöst. Demnach geht die Erfindung weiterhin aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Kriechfunktion eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, mit einem Antriebsstrang umfassend einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, ein zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine angeordnetes erstes Schaltelement, ein Getriebe, einen Abtrieb und ein zwischen der elektrischen Maschine und dem Abtrieb angeordnetes zweites Schaltelement. Zudem sind gemäß der Erfindung Steuerungsmittel vorhanden, mittels denen ein Kriechbetrieb des Fahrzeugs wahlweise durch Betreiben des zweiten Schaltelements in einem Seh lupf betrieb und durch Betreiben der elektrischen Maschine in einem Kriechmodus realisierbar ist.
Das zweite Schaltelement kann als eine zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe angeordnete Reibkupplung ausgebildet sein. Alternativ dazu kann das zweite Schaltelement als eine getriebeinterne reibschlüssige Schaltkupplung oder reibschlüssige Schaltbremse ausgebildet sein. Dadurch kann gegebenenfalls eine externe zweite Kupplung entfallen, was sich bauraumsparend und kostengünstig auswirkt.
Grundsätzlich sind auch mehrere getriebeinterne Kupplungen und/oder Bremsen, die in Zusammenwirkung als das zweite Schaltelement fungieren, möglich.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kriechbetrieb abwechselnd durchgeführt wird mittels eines Schlupfbetriebes des als Reibelement ausgebildeten zweiten Schaltelementes während das erste Schaltelement geschlossen ist, und mittels der elektrischen Maschine während das zweite Schaltelement geschlossen und das erste Schaltelement geöffnet ist.
Demnach wird ein abwechselndes Dauerkriechen über eine Kupplung und über eine elektrische Maschine vorgeschlagen, wodurch vorteilhaft erreicht wird, dass das zweite, abtriebsseitig der elektrischen Maschine nachgeordnete Schaltelement beim Dauerkriechen im Mittel weniger belastet wird, da es wiederholt Zeitabschnitte gibt, in denen der Kriechbetrieb rein elektrisch, also ohne Kupplungsschlupf erfolgt. Das Schaltelement kann dadurch vergleichsweise kleiner dimensioniert oder bei einer getriebeinternen Kupplung/Bremse zumin- dest in einer ohnehin vorgesehenen Größe beibehalten werden, wodurch Bauraum und Kosten eingespart werden. Da das erste Schaltelement zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine für den erfindungsgemäßen Kriechbetrieb keine Schlupffunktion benötigt, kann dieses unabhängig von einer Kriechfunktion des Fahrzeuges Kosten sparend konzipiert werden.
Das Kriechen eines Fahrzeugs mittels einer elektrischen Maschine weist grundsätzlich einen höheren Wirkungsgrad auf als ein Kriechbetrieb mittels einer schlupfenden Kupplung, die von einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Somit fällt insgesamt eine geringere Verlustleistung in einem erfindungsgemäßen wechselnden Kriechbetrieb an als bei konventionellen Kriechfunktionen, die mit permanent andauerndem Kupplungsschlupf arbeiten. Dies gilt insbesondere bei mit Kriechmoment stillstehendem oder nahezu stillstehendem Fahrzeug, da hier der potenzielle Kupplungsschlupf besonders groß ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement und schlupfendem zweiten Schaltelement, also während der Kriechphasen mittels einer Kupplung, die elektrische Maschine durch den Verbrennungsmotor generatorisch angetrieben wird, um einen elektrischen Antriebsenergiespeicher zu laden. Zweckmäßig wird zwischen dem verbrennungsmotorisch bewirkten Kriechbetrieb mittels des schlupfenden zweiten Schaltelements und dem elektromotorischen Kriechbetrieb mittels der elektrischen Maschine abhängig von einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers umgeschaltet.
Bevorzugt kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass auf verbrennungsmotorischen Kriechbetrieb geschaltet wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers auf einen unteren Schwellwert abgesunken ist, und dass auf elektromotorischen Kriechbetrieb geschaltet wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers auf einen oberen Schwellwert angestiegen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass für den elektromotorischen Kriechbetrieb stets ausrei- chend elektrische Energie zur Speisung des Elektromotors zur Verfügung steht. Da sich zusätzlich die beanspruchte Kupplung in den elektromotorischen Kriechphasen erholen kann, also thermisch entlastet wird und abkühlt, wird somit ein praktisch unbegrenzter Dauerkriechbetrieb ermöglicht.
Grundsätzlich kann jedoch auch ein anderer Umschaltrhythmus, beispielsweise durch einen Zeitgeber, und/oder eine Berücksichtigung weiterer Betriebparameter, beispielsweise der Temperatur der schlupfenden Kupplung und/oder der Elektromaschine, vorgesehen sein.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In dieser zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Hybridantriebes eines Fahrzeuges zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung eines Kriechbetriebes.
Demnach ist in Fig. 1 ein Schema eines Fahrzeug-Hybridantriebes 1 mit einem Parallelhybrid - Antriebsstrang 2 dargestellt, wie er beispielsweise für ein Nutzfahrzeug (Lkw, Bus, Sonderfahrzeug) vorgesehen sein kann. Der Antriebsstrang 2 weist einen Verbrennungsmotor 3, beispielsweise einen Dieselmotor, mit einer Kurbelwelle 24 auf, die über ein vorteilhaft als Reibkupplung ausgebildetes erstes Schaltelement 4 mit einer elektrischen Maschine 5 verbindbar ist. Die elektrische Maschine 5 ist wiederum über ein zweites, als Reibkupplung ausgebildetes Schaltelement 6 mit einem Getriebe 7 koppelbar. Die Funktion des zweiten Schaltelementes 6 kann auch durch (nicht dargestellte) getriebeinterne Kupplungselemente, beispielsweise eine oder mehrere Schaltkupplungen und/oder Schaltbremsen eines Stufenautomaten ersetzt sein. Dem Getriebe 7 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, ein nicht näher erläuterter Nebenabtrieb (PTO: Power Take-Off) 8 antriebstechnisch nachgeordnet sein. Über einen Abtrieb 26 und ein Differenzial 9 kann ein jeweils anliegendes Abtriebsmoment des Hyb- ridantriebes 1 in herkömmlicher Weise an eine Antriebsachse 10 und über diese an die Antriebsräder 1 1 weitergeleitet werden.
Der Aufbau eines derartigen Antriebsstranges 2 ist dem Fachmann an sich bekannt. Wesentlich für die Erfindung ist eine erfindungsgemäße Steuerung dieses Antriebstranges 2, insbesondere der elektrischen Maschine 5 und des zweiten Schaltelementes 6 zur Erzielung eines Kriechbetriebes.
Die Elektromaschine 5 kann je nach Betriebssituation als elektrisches Antriebsaggregat, also als Motor, oder als Generator betrieben werden. Dazu ist sie mit einem Umrichter 12 verbunden, der von einem Umrichter-Steuergerät 13 ansteuerbar ist. Über den Umrichter 12 ist die Elektromaschine 5 mit einem elektrischen Antriebsenergiespeicher 14, beispielsweise einer 340V-Hochvolt- Batterie (auch Supercaps sind möglich), verbunden. Im motorischen Betrieb wird die Elektromaschine 5 vom Energiespeicher 14 gespeist. Im generatorischen Betrieb, also beim Antrieb durch den Verbrennungsmotor 3 und/oder im Rekuperationsbetrieb, wird der Energiespeicher 14 mittels der Elektromaschine 5 aufgeladen. Weiterhin fungiert die Elektromaschine 5 als integrierter Startergenerator zum Starten des Verbrennungsmotors 3.
Der Hochvoltkreis des Energiespeichers 14 bzw. die daran angeschlossenen Steuergeräte sind über einen bidirektionalen Gleichspannungswandler (DC/DC) 15 an ein Bordnetz 16 mit einer Spannung von beispielsweise 24V oder 12V angeschlossen. Der Energiespeicher 14 ist von einem Batteriemanagementsystem (BMS) 17 bezüglich seines Ladezustandes (SOC: State of Charge) überwachbar und regelbar. Der Gleichspannungswandler 15 ist von einem Gleichspannungswandler-Steuergerät 18 ansteuerbar. Zudem ist ein Steuergerät 19 für nicht näher erläuterte Bremsregelungsfunktionen, insbesondere ein Antiblockiersystem (ABS) bzw. ein elektronisches Bremssystem (EBS) sowie ein weiteres Steuergerät 20 für eine elektronische Dieseleinspritzregelung (EDC) des beispielhaft als Dieselmotor ausgebildeten Verbrennungsmo- tors 3 vorhanden. Die einzelnen genannten Steuergeräte können auch, wenigstens zum Teil, in einem einzigen Steuergerät zusammengefasst sein.
Weiterhin ist eine integrierte Steuerungseinrichtung 21 angeordnet, in der ein Getriebesteuergerät (TCU: Transmission Control Unit), ein Hybridsteuergerät (HCU: Hybrid Control Unit) sowie verschiedene Betriebsfunktionen zusammengefasst sind. Der Steuerungseinrichtung 21 sind Steuerungsmittel, insbesondere eine Steuerungseinheit 25 zur Ansteuerung des zweiten Schaltelementes 6 im Schlupfbetrieb zugeordnet, die auch in die Steuerungseinrichtung 21 integriert sein kann. Die Steuerungseinheit 25 ist derart ausgebildet, dass sie mit der Steuerungseinrichtung 21 , die auch den Betrieb der elektrischen Maschine 5 regelt, bei der Regelung eines Kriechbetriebes zusammenwirkt. Dies ist durch einen Doppelpfeil angedeutet.
Eine jeweilige Antriebsenergieverteilung und Funktionssteuerung der einzelnen Komponenten des Hybridantriebs ist mittels einer zentralen Strategie-Einheit 22 vorgebbar, die, vorteilhaft über einen Datenbus (z.B. CAN) 23, mit der Steuerungseinrichtung 21 und der Steuereinheit 25 sowie den weiteren relevanten Steuergeräten 13, 17, 18, 19 verbunden ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren, welches mit dem Hybridantrieb 1 besonders effektiv durchführbar ist, beruht auf einem abwechselnden Dauerkriechen mittels der elektrischen Maschine 5 und mittels des zweiten Schaltelements 6 in zwei zyklisch wiederkehrenden Schritten.
In einem ersten Schritt ist das erste Schaltelement, also die Kupplung 4 zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und der elektrischen Maschine 5 geschlossen, so dass der Verbrennungsmotor 3 und die elektrische Maschine 5 kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Das Kriechen des Fahrzeugs wird bei eingelegter Gangstufe des Getriebes 7 über das zweite Schaltelement, d.h. die Reibkupplung 6 durch deren Betrieb im Schlupf erzeugt. Dabei wird die elektrische Maschine 5 von dem Verbrennungsmotor 3 angetrieben und generatorisch betrieben, so dass der elektrische Antriebsenergiespeicher 14 geladen wird. Im generatorischen Betrieb kann zudem in das Bordnetz 16 elektrische Energie für Nebenverbraucher und/oder zum Laden einer Bordnetzbatterie über den Gleichspannungswandler 15 eingespeist werden.
Die Strategieeinheit 22 gibt dazu einerseits über das Umrichter- Steuergerät 13 an den Umrichter 12 einen Befehl zur Umschaltung der elektrischen Maschine 5 in den generatorischen Betrieb ab. Andererseits veranlasst die Strategieeinheit 22 die Ansteuerung der Reibkupplung 6 im Schlupfbetrieb zur Erzeugung und Regelung eines gewünschten Kriechmomentes des Fahrzeuges im Zusammenwirken mit dem Verbrennungsmotor 3, der geschlossenen Kupplung 4 und dem Übersetzungsgetriebe 7. Der Verbrennungsmotor 3 liefert also im ersten Schritt sowohl Leistung über das schlupfende zweite Schaltelement 6 an den Abtrieb 26 als auch über die elektrische Maschine 5 an den Energiespeicher 14. Das schlupfende Schaltelement 6 wird dabei vorteilhaft mittels einer vorhandenen aber nicht dargestellten Kühleinrichtung gekühlt.
Wenn der Energiespeicher 14 genügend aufgeladen ist, also einen bestimmten, über das Batteriemanagementsystem 17 überwachten Ladezustand (SOC) erreicht hat, wird, wiederum veranlasst durch die Strategieeinheit 22, in einem zweiten Schritt das Kriechen mittels einer entsprechenden Ansteuerung der elektrischen Maschine 5 ohne eine schlupfende Kupplung erzeugt. Dazu wird das erste Schaltelement 4 geöffnet, wodurch die elektrische Maschine 5 vom Verbrennungsmotor 3 entkoppelt wird. Zudem wird die elektrische Maschine 5 nach entsprechender Umschaltung durch das Umrichter-Steuergerät 13 und den Umrichter 12 vom Energiespeicher 14 gespeist und somit motorisch betrieben. Das zweite Schaltelement, also die Kupplung 6 wird zudem vollständig geschlossen, also reibschlüssig eingerückt, und weiterhin gekühlt. Wenn der Energiespeicher 14 leer bzw. sein Ladezustand unter einen Mindestladezustand abgefallen ist, wird wieder auf Schlupfbetrieb umgeschaltet, also der Zyklus mit dem ersten Schritt, bei inzwischen abgekühlter Kupplung 6, fortgesetzt usw., so dass insgesamt ein weitgehend konstanter Dauerkriechbetrieb, bis zu dessen Beendigung über eine entsprechende Anforderung, aufrechterhalten wird. Diese Betriebsweise ermöglicht daher einen zeitlich weitgehend unbegrenzten Kriech-Fahrbetrieb des Fahrzeugs, der ausgesprochen kupplungsschonend ist sowie bei vorhandenem Überschuss an elektrischer Energie ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers erlaubt.
Bezuqszeichenliste
Hybridantrieb Antriebsstrang Verbrennungsmotor Erstes Schaltelement, Kupplung Elektrische Maschine Zweites Schaltelement, Kupplung Getriebe Nebenabtrieb Differenzial Antriebsachse Fahrzeugrad Umrichter Umrichter-Steuergerät Elektrischer Antriebsenergiespeicher Gleichspannungswandler Bordnetz Batteriemanagementsystem Spannungswandler-Steuergerät Elektronische Bremsregelung Elektronische Dieselregelung Steuerungseinrichtung Betriebsstrategie-Einheit Datenbus Kurbelwelle Steuerungseinheit Abtrieb

Claims

P ate n tan s p rü c h e
1. Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb (1), mit einem Antriebsstrang (2) umfassend einen Verbrennungsmotor (3), eine elektrische Maschine (5), ein zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der elektrischen Maschine (5) angeordnetes erstes Schaltelement (4), ein Getriebe (7), einen Abtrieb (26) und ein zwischen der elektrischen Maschine (5) und dem Abtrieb (26) angeordnetes zweites Schaltelement (6), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Kriechbetrieb zumindest bei einem Dauerkriechen durch ein zyklisch abwechselndes Ansteuern der elektrischen Maschine (5) und des zweiten Schaltelementes (6) realisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass der Kriechbetrieb abwechselnd durchgeführt wird mittels eines Schlupfbetriebes des als Reibelement ausgebildeten zweiten Schaltelementes (6) während das erste Schaltelement (4) geschlossen ist, und mittels der elektrischen Maschine (5) während das zweite Schaltelement (6) geschlossen und das erste Schaltelement (4) geöffnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass bei geschlossenem ersten Schaltelement (4) und schlupfendem zweiten Schaltelement (6) die elektrische Maschine (5) durch den Verbrennungsmotor (3) generatorisch angetrieben wird, wobei ein elektrischer Energiespeicher (14) geladen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass zwischen einem verbrennungsmotorischen Kriechbetrieb mittels des schlupfenden zweiten Schaltelements (6) und einem elektromotorischen Kriechbetrieb mittels der elektrischen Maschine (5) abhängig von einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (14) umgeschaltet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass auf verbrennungsmotorischen Kriechbetrieb geschaltet wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers (14) auf einen unteren Schwellwert abgesunken ist, und dass auf elektromotorischen Kriechbetrieb geschaltet wird, wenn der Ladezustand des Energiespeichers (14) auf einen oberen Schwellwert angestiegen ist.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass der Umschaltrhythmus durch einen Zeitgeber, und/oder unter Berücksichtigung weiterer Betriebparameter, wie der Temperatur der schlupfenden Kupplung (4) und/oder der Elektromaschine (5), bestimmt ist.
7. Vorrichtung zur Steuerung einer Kriechfunktion eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb (1), mit einem Antriebsstrang (2) umfassend einen Verbrennungsmotor (3), eine elektrische Maschine (5), ein zwischen dem Verbrennungsmotor (3) und der elektrischen Maschine (5) angeordnetes erstes Schaltelement (4), ein Getriebe (7), einen Abtrieb (26) und ein zwischen der elektrischen Maschine (5) und dem Abtrieb (26) angeordnetes zweites Schaltelement (6), dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass Steuerungsmittel vorhanden sind, mittels denen ein Kriechbetrieb des Fahrzeugs wahlweise durch Betreiben des zweiten Schaltelements (6) in einem Schlupfbetrieb und durch Betreiben der elektrischen Maschine (5) in einem Kriechmodus realisierbar ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass das zweite Schaltelement (6) als eine zwischen der elektrischen Maschine (5) und dem Getriebe (7) angeordnete Reibkupplung ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e ke n n z e i c h n e t , dass das zweite Schaltelement als wenigstens eine dem Getriebe zugehörige reibschlüssige Schaltkupplung und/oder Schaltbremse ausgebildet ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109843685A (zh) * 2016-10-13 2019-06-04 麦格纳Pt有限两合公司 用于执行蠕动充电运行的方法和用于其的混合动力传动系

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012204718A1 (de) * 2012-03-23 2013-09-26 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs
DE102012219392A1 (de) 2012-10-24 2014-04-24 Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg Anordnung zur Anbindung eines Antriebspfads an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1862364A1 (de) * 2006-05-29 2007-12-05 Nissan Motor Co., Ltd. Fahrzeugsteuerung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1319883B1 (it) 2000-02-04 2003-11-12 Fiat Ricerche Procedimento e sistema di controllo della propulsione di unautoveicolo
DE10158536C5 (de) 2001-11-29 2015-12-17 Daimler Ag Kraftfahrzeugantrieb
DE102005051382A1 (de) 2005-10-27 2007-05-10 Zf Friedrichshafen Ag Hybridantrieb und Verfahren zu dessen Betrieb
DE102006003714A1 (de) 2006-01-26 2007-08-02 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1862364A1 (de) * 2006-05-29 2007-12-05 Nissan Motor Co., Ltd. Fahrzeugsteuerung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109843685A (zh) * 2016-10-13 2019-06-04 麦格纳Pt有限两合公司 用于执行蠕动充电运行的方法和用于其的混合动力传动系

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