WO2018024541A1 - Verfahren zum ausstieg aus einer rekuperationsphase in einem parallelhybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum ausstieg aus einer rekuperationsphase in einem parallelhybridfahrzeug Download PDF

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WO2018024541A1
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internal combustion
electric motor
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Sebastian Liebert
Michael Friedrich
Benjamin KLUGE
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for exiting a recuperation phase in a parallel hybrid vehicle.
  • the trigger is the start of the
  • the decoupled internal combustion engine is started from zero speed by a suitable start system by means of drag start or pinion starter and then by
  • Burning fuel is brought to the appropriate connection speed to the output. Only then is it on the clutch to the drive train
  • the engine could remain coupled in braking phases, which the Zustartzeit would be omitted, but also reduces the Rekuperationspotential by the applied drag torque.
  • required separation device provided a device which allows a coupling of the internal combustion engine to the electric motor, or in other systems which are suitable because of their mechanical properties. For different topologies then the mechanical conditions for coupling or decoupling must be taken into account.
  • a trigger is used to phase out the
  • Rekuperationsphase started, in which phase the engine is made available for coupling to the electric motor by the second clutch is opened and when it is open, a closing of the clutch takes place, so that the start of the engine is performed as a pulse start such in that a target rotational speed determined between the internal combustion engine to be connected and the flywheel mass for connection to the transmission input is established and, in parallel, the highest possible gear for connection to the drive train is set by means of gear upshifting in order to fulfill a present travel request.
  • the second clutch is closed fully regulated, so that the exit from the Rekuperationsphase is completed.
  • Powertrain connected transmission is connectable, wherein the internal combustion engine is completely decoupled from the electric motor via the separating clutch, and wherein the vehicle is started in a first step in a triggered by a trigger
  • Rekuperationsphase with predetermined recuperation driving request is, and in a second step, the electric motor is brought to an increased speed during the Rekuperationsphase.
  • a release phase is started by a trigger from the recuperation phase, in which phase the engine is made available for coupling to the electric motor, a regulated closing of the clutch and a setting of positive torque in the electric motor takes place, so that the start of the internal combustion engine is carried out as an assisted pulse start such that a to be connected between
  • Vehicle control is given. For example, by pressing the button
  • the phase to exit from the recuperation phase begins with the actuation of the trigger and ends with closing the clutch or opening the second clutch.
  • the trigger for entering the recuperation phase is an actuation of the brake pedal and to exit the recuperation phase is a decrease or release of the brake pedal or actuation of the accelerator pedal or a speed threshold below.
  • Driving requirement e.g. an acceleration request is made, a faster fulfillment of the driver's request is ensured with simultaneous jerk-free coupling between the VM and electric motor.
  • Coupling speed between internal combustion engine and electric motor below the Target rehkun the new aisle is closed, and is closed when driving request a train request with a coupling speed between the engine and electric motor above the target speed of the new gear.
  • Gear tracking takes place in such a way that the at least necessary kinetic energy of the electric motor for the implementation of the pulse start request is maintained. This ensures that a supported pulse start can be carried out at any time and without delay.
  • a parallel hybrid vehicle comprising a
  • Combustion engine and thus coupled via a clutch electric motor, which is connected to a connected to a drive train transmission, the engine is completely decoupled from the electric motor via the clutch, at least one detection, control and
  • Execution means adapted to detect a trigger for entry and exit from a recuperation phase, to send, receive and process signals to perform the proposed method.
  • a parallel hybrid vehicle comprising a
  • a separating clutch in interaction with a device for shock decoupling, comprising at least one flywheel and a second clutch, coupled e-machine, which with one with a
  • the Drive train is connected to the transmission, wherein the internal combustion engine can be completely decoupled from the electric motor via the separating clutch in conjunction with the device for shock decoupling, at least one detection, control and execution device, which are adapted to a trigger for boarding and Exit from a recuperation phase to capture, send, receive and process signals to perform the proposed method.
  • Fig. 1 shows a typical topology of a prior art parallel hybrid arrangement.
  • Fig. 2 shows another typical topology of a prior art parallel hybrid arrangement.
  • FIG. 3 shows a flowchart of the method according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 1 and 2 show a typical topology of a prior art parallell hybrid arrangement. Shown is a typical topology of a multi-turn automatically switchable transmission 3 in a motor vehicle, preferably one
  • the EM 2 can be coupled to the VM 1 or decoupled from it based on a predetermined operating strategy via the separating clutch K0.
  • the EM 2 is connected to the multi-speed automatic shiftable transmission 3, which includes both a planetary gear and a DSG (dual-clutch transmission), a CVT (Continuously Variable Transmission) or another kind of multi-speed
  • the transmission 3 is in turn connected to the drive train 4 for driving one or more wheels 5 of the hybrid vehicle.
  • Recuperation phase normally triggered by the accelerator pedal i. the VM 1 is switched on only when the accelerator pedal is operated, i. there is an active one
  • separating clutch K0 can be provided for disconnecting or coupling the VM 1 to the EM 2, which may be referred to as a P2 hybrid.
  • a swing start device i. a system with a flywheel storage device and flywheel, shown.
  • This system has in addition to the separating clutch K0, which must always be located directly on the VM 1, since this separating coupling K0 is used for coupling or uncoupling of the VM 1, via a device formed as a fly-start device for shock decoupling K1 and 6.
  • This device for shock decoupling has at least a flywheel 6 and a second clutch K1, wherein the flywheel between the
  • Disconnect K0 and the second clutch K1 is arranged.
  • the second clutch K1 serves to couple the EM 2 to the VM 1 via the flywheel 6 with an almost complete shock decoupling. So it is an intermediate step to
  • Coupling of the EM 2 to the VM 1 installed in comparison to the P2 system which provides for an improvement in the coupling, more precisely, a reduction in the impact when coupling.
  • the coupling is even more comfortable for the driver, since the jerk is eliminated when docking.
  • Fig. 3 shows a flowchart of the method according to both embodiments of the present invention.
  • the aim of the proposed method is to significantly shorten the period without sufficient implementation of the load requirement of the driver and high consumption of electrical energy, as described above, and thus the use of a P2 system or a fly-starting device, so one
  • Parallel hybrid system on a low-voltage basis, e.g. on 48V basis, to enable or to improve.
  • the driver's request can be met faster and the consumption of electrical energy for vehicle propulsion can be limited.
  • a first step S1 the trigger or
  • Trigger for setting off and starting the VM 1 to a pedal position, e.g. the position of the brake pedal or the accelerator pedal or on a
  • Speed threshold for the exit from the Rekuperationsphase placed below.
  • the entry into the recuperation phase is e.g. initiated by pressing the brake pedal.
  • the separating clutch K0 between VM 1 and EM 2 is opened and the VM 1 is turned off, i. off.
  • Gear downshifts performed.
  • the gear downshifts are performed such that the EM 2 connected to the transmission input shaft is brought to a high speed and thus to the high kinetic energy state.
  • improved recuperation can be achieved, ie more energy is available at the end of the recuperation phase in order, for example, to couple the VM 1.
  • the speed difference from which an engine start of the VM 1 can take place at any time according to the known pulse starting method by closing the separating clutch K0, is considered.
  • the gears are tracked in the transmission 3 in order to maintain the high kinetic energy state in the EM 2. This means, for example, that the gears are downshifted in order to continue recuperation
  • the exit from the recuperation phase is triggered in a third step S3 by releasing the brake pedal or falling below a speed threshold or pressing the accelerator pedal, also simultaneously with the brake pedal.
  • This can e.g. detected by a corresponding existing sensors and for processing at e.g. a control device to be passed.
  • VM 1 and EM 2 sets above the target speed for connection to the output. So the goal is to have one to connect between
  • E-machine sets EM 2 for connection to the transmission input determined target speed and parallel by means of gear upshift a highest possible gear to
  • Connection to the drive train 4 is set to a present
  • the gearbox 3 thus performs in both cases an upshift of the gears, preferably to a gear above the gear required for coupling the VM 1.
  • the goal is that the highest possible gear for connection to the drive train 4 above the
  • Idle speed is reached, i. the transmission input speed is kept as low as possible.
  • a fourth step S4 closing the powertrain, i. the separating clutch K0 in the P2 system and the second clutch K1 in the
  • the entry and exit from the Rekuperationsphase be triggered by pressing the brake pedal.
  • the VM 1 is disconnected by opening the separating clutch K0 of the EM 2 and thus the transmission 3, ie
  • Rekuperationsphase takes place if necessary, a further tracking, so e.g.
  • the exit from the recuperation phase is again by a trigger, in this example by releasing the brake pedal.
  • a trigger in this example by releasing the brake pedal.
  • the separating clutch K0 is brought into slippage in the P2 system or in the Flystart first the second clutch K1 opened and then the
  • Disconnect KO closed, so that VM 1 and EM 2 are separated. Then, a target speed is determined based on the detected travel request, and the gears are upshifted to a gear higher than that for the clutch, i. for the required speed, gear required to meet the driver's request. The determination of the required speed is performed by known methods.
  • Driving requirements which may arise when triggering the exit from the recuperation phase may be a push upshift or an upshift.
  • a shear upshift so when releasing the brake pedal without request that acceleration should take place, so for example. by not pressing the
  • the clutch KO is closed in the P2 system with a coupling speed below the target speed of the new gear.
  • the swing start device can be used.
  • the flywheel 6 acts as a kind of buffer system between VM 1 and EM 2.
  • the coupling is thus not directly via the clutch K0 and the VM 1, but via the intermediate step that the VM 1 is connected to the flywheel 6 via the separating coupling K0, and only then the coupling to the EM 2 takes place, so that the vibrations of the VM 1 are already damped.
  • a flywheel 6 a well-known DU system, ie a
  • Nonuniformity damper and a Drehmomentüberlagerungs might be used.
  • a flywheel 6 the pulse at the start of the VM 1 can be removed from the system, so that a smooth
  • Coupling can be done. Furthermore, as a flywheel other systems, even not fully mechanical systems can be used.

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Abstract

Bereitgestellt wird ein Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem Parallelhybridfahrzeug, wobei sich das Fahrzeug in einem ersten Schritt in einer durch einen Auslöser gestarteten Rekuperationsphase mit vorgegebener Rekuperations-Fahranforderung befindet, und in einem zweiten Schritt die E-Maschine während der Rekuperationsphase auf eine erhöhte Drehzahl gebracht wird. In einem dritten Schritt wird durch einen Auslöser eine Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase gestartet, wobei in dieser Phase der Verbrennungsmotor zum Ankoppeln an die E-Maschine verfügbar gemacht wird, so dass sich eine zwischen zu verbindendem Verbrennungsmotor und E-Maschine zur Anbindung an den Getriebeeingang ermittelte Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels Hochschaltung ein höchstmöglicher Gang zur Anbindung an den Antriebsstrang eingestellt wird, um eine vorliegende Fahranforderung zu erfüllen. In einem vierten Schritt wird der Ausstieg aus der Rekuperationsphase vervollständigt.

Description

Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem
Paralielhybridfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem Parallelhybridfahrzeug.
Bei aktuellen Hybridanwendungen, vor allem Parallel-(P2)-Hybridanwendungen, wird versucht, den Ausstieg aus einer Rekuperationsphase möglichst schnell und ruckfrei zu gestalten, d.h. die Betriebsstrategie zum Anbinden des Verbrennungsmotors zu optimieren. Dies gilt sowohl für Hochvolt-Hybride mit Spannungen von >60V als auch für Niedervolt-Hybride mit einer Spannung von <60V, z.B. 48V in zukünftigen
Anwendungen.
Bei bisherigen Betriebsstrategien ist der Trigger bzw. Auslöser zum Start des
Verbrennungsmotors eine Lastanforderung am Gaspedal. Hierbei wird durch ein geeignetes Startsystem mittels Schleppstart oder Ritzelstarter der abgekoppelte Verbrennungsmotor aus der Drehzahl Null gestartet und anschließend durch
Verbrennen von Kraftstoff auf die entsprechende Anschlussdrehzahl zum Abtrieb gebracht. Erst danach wird er über die Trennkupplung an den Antriebsstrang
angekoppelt und kann zur Beschleunigung des Fahrzeugs beitragen. Der hierbei entstehende Zeitraum ohne ausreichende Umsetzung der Lastanforderung des Fahrers und hohem Verbrauch von elektrischer Energie, die vor allem bei Niedervolt-Systemen nur begrenzt zur Verfügung steht, zur Überbrückung bis zur Lastübernahme des Verbrennungsmotors führt zu funktionalen Defiziten und nur schwer oder nicht akzeptablen Fahrzeugreaktionen bezüglich Fahreranforderungen. Alternativ zu dieser Methode könnte der Verbrennungsmotor in Bremsphasen angekoppelt bleiben, womit die Zustartzeit entfallen würde, aber auch das Rekuperationspotential durch das anliegende Schleppmoment verringert.
Die oben erwähnten Betriebsstrategien sind mittlerweile beispielsweise bei deutschen Automobilherstellern in Serie, wobei eine Vielzahl von Patentanmeldungen und
Patenten in den Bereichen Rekuperation, Start/Stopp und Ankoppeln des
Verbrennungsmotors vorliegen.
Basierend auf dem oben genannten ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den Zeitraum ohne ausreichende Umsetzung der Lastanforderung des Fahrers und hohem Verbrauch von elektrischer Energie verkürzt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit demselben Effekt auch bei
unterschiedlichen Topologien eines Parallelhybridfahrzeugs eingesetzt werden, d.h. nicht nur im P2-System, sondern auch bei einer Schwungstarteinrichtung, wie in dem Patent Nr. DE102014214614 B4 bzw. dem Patent mit Nr. DE102014214617 B4, beide von der BMW AG, beschrieben ist. Bei diesem ist zusätzlich zur mindestens
erforderlichen Trennkupplung eine Vorrichtung bereitgestellt, welche eine Ankopplung des Verbrennungsmotors an die E-Maschine ermöglicht, oder in anderen Systemen, welche aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften geeignet sind. Für unterschiedliche Topologien muss dann den mechanischen Gegebenheiten zur An- bzw. Abkopplung Rechnung getragen werden.
Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem Parallelhybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor und eine damit über eine Trennkupplung in Zusammenspiel mit einer Vorrichtung zur Stoßentkopplung, umfassend zumindest eine Schwungmasse und eine zweite Kupplung, koppelbare E- Maschine, welche mit einem mit einem Antriebsstrang verbundenen Getriebe
verbindbar ist, wobei der Verbrennungsmotor vollständig von der E-Maschine über die Trennkupplung abkoppelbar ist, und wobei sich das Fahrzeug in einem ersten Schritt in einer durch einen Auslöser gestarteten Rekuperationsphase mit vorgegebener Rekuperations-Fahranforderung befindet, und in einem zweiten Schritt die E-Maschine während der Rekuperationsphase auf eine erhöhte Drehzahl gebracht wird. In einem dritten Schritt wird durch einen Auslöser eine Phase zum Ausstieg aus der
Rekuperationsphase gestartet, wobei in dieser Phase der Verbrennungsmotor zum Ankoppeln an die E-Maschine verfügbar gemacht wird, indem die zweite Kupplung geöffnet wird und wenn diese offen ist, ein Schließen der Trennkupplung erfolgt, so dass der Start des Verbrennungsmotors als Impulsstart derart durchgeführt wird, dass sich eine zwischen zu verbindendem Verbrennungsmotor und Schwungmasse zur Anbindung an den Getriebeeingang ermittelte Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels Ganghochschaltung ein höchstmöglicher Gang zur Anbindung an den Antriebsstrang eingestellt wird, um eine vorliegende Fahranforderung zu erfüllen. In einem vierten Schritt wird die zweite Kupplung vollständig geregelt geschlossen, so dass der Ausstieg aus der Rekuperationsphase vervollständigt wird.
Vorgeschlagen wird ferner ein Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem Parallelhybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor und eine über eine Trennkupplung damit koppelbare E-Maschine, welche mit einem mit einem
Antriebsstrang verbundenen Getriebe verbindbar ist, wobei der Verbrennungsmotor vollständig von der E-Maschine über die Trennkupplung abkoppelbar ist, und wobei sich das Fahrzeug in einem ersten Schritt in einer durch einen Auslöser gestarteten
Rekuperationsphase mit vorgegebener Rekuperations-Fahranforderung befindet, und in einem zweiten Schritt die E-Maschine während der Rekuperationsphase auf eine erhöhte Drehzahl gebracht wird. In einem dritten Schritt wird durch einen Auslöser eine Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase gestartet, wobei in dieser Phase der Verbrennungsmotor zum Ankoppeln an die E-Maschine verfügbar gemacht wird, ein geregeltes Schließen der Trennkupplung und ein Stellen von positivem Moment in der E-Maschine erfolgt, so dass der Start des Verbrennungsmotors als unterstützter Impulsstart derart durchgeführt wird, dass sich eine zwischen zu verbindendem
Verbrennungsmotor und E-Maschine zur Anbindung an den Getriebeeingang ermittelte Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels Ganghochschaltung ein höchstmöglicher Gang zur Anbindung an den Antriebsstrang eingestellt wird, um eine vorliegende
Fahranforderung zu erfüllen. In einem vierten Schritt wird die Trennkupplung vollständig geschlossen, so dass der Ausstieg aus der Rekuperationsphase vervollständigt wird. Unter Rekuperations-Fahranforderung und unter Fahranforderung wird die Anforderung zur Änderung des Fahrverhaltens verstanden, die über den Auslöser an die
Fahrzeugsteuerung gegeben wird. Beispielsweise wird durch Betätigen des
Bremspedals, also durch Drücken oder Lösen des Bremspedals, die Anforderung gestellt, dass gebremst oder nicht mehr gebremst werden soll und wie stark das Bremsen oder das Lösen der Bremse erfolgen soll. Ferner ist Lösen des Fahrpedals eine Anforderung, die Geschwindigkeit zu verringern ohne zu bremsen.
Die Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase beginnt mit dem Betätigen des Auslösers und endet mit Schließen der Trennkupplung bzw. Öffnen der zweiten Kupplung.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Auslöser zum Einstieg in die Rekuperationsphase eine Betätigung des Bremspedals und zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase ein Nachlassen oder Verlassen des Bremspedals oder Betätigen des Fahrpedals oder ein Unterschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle ist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass im P2-System in dem dritten Schritt in der Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase das geregelte Schließen der Trennkupplung durch Bringen der Trennkupplung in Schlupf erfolgt.
Durch das vorgeschlagene Verfahren mit der Möglichkeit, unterschiedliche Auslöser zum Einstieg und/oder Ausstieg aus der Rekuperationsphase zu verwenden, und durch das verfügbar machen des Verbrennungsmotors (kurz VM) bereits beim Start der Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase, d.h. bevor eine weitere
Fahranforderung, z.B. eine Beschleunigungsanforderung, erfolgt, wird ein schnelleres Erfüllen des Fahrerwunsches bei gleichzeitig ruckfreiem Koppeln zwischen VM und E- Maschine gewährleistet.
Ferner wird vorgeschlagen, dass im P2-System in dem vierten Schritt die
Trennkupplung bei der Fahranforderung einer Schubhochschaltung mit einer
Koppeldrehzahl zwischen Verbrennungsmotor und E-Maschine unterhalb der Zield rehzahl des neuen Ganges geschlossen wird, und bei der Fahranforderung einer Zuganforderung mit einer Koppeldrehzahl zwischen Verbrennungsmotor und E- Maschine oberhalb der Zieldrehzahl des neuen Ganges geschlossen wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass im P2-System in dem dritten Schritt für den
unterstützen Impulsstart die kinetische Energie aus dem Impuls der E-Maschine in Verbindung mit beteiligten Getriebeteilen und das verfügbare Drehmoment der E- Maschine verwendet werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass beim Einstieg in die Rekuperationsphase eine oder mehrere Gangrückschaltungen auf einen Gang unterhalb des für das Wiederankoppeln des Verbrennungsmotors mindestens beabsichtigten Ganges erfolgen.
Durch die genannten Maßnahmen kann eine für den Fahrer komfortable, d.h. ruckfreie, Kopplung zwischen Verbrennungsmotor und E-Maschine erfolgen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass während der Rekuperationsphase eine
Gangnachführung derart erfolgt, dass die mindestens notwendige kinetische Energie der E-Maschine zur Umsetzung der Impulsstartanforderung vorgehalten wird. Somit wird gewährleistet, dass jederzeit und ohne Verzug ein unterstützter Impulsstart durchgeführt werden kann.
Ferner wird ein Parallelhybridfahrzeug vorgeschlagen, umfassend einen
Verbrennungsmotor und eine damit über eine Trennkupplung koppelbare E-Maschine, welche mit einem mit einem Antriebsstrang verbundenen Getriebe verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor vollständig von der E-Maschine über die Trennkupplung abkoppelbar ist, zumindest jeweils eine Erfassungs-, Steuer- und
Durchführungseinrichtung, die dazu eingerichtet sind, einen Auslöser zum Einstieg und zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase zu erfassen, Signale zu senden, zu empfangen und zu verarbeiten, um das vorgeschlagene Verfahren durchzuführen.
Ferner wird ein Parallelhybridfahrzeug vorgeschlagen, umfassend einen
Verbrennungsmotor und eine damit über eine Trennkupplung in Zusammenspiel mit einer Vorrichtung zur Stoßentkopplung, umfassend zumindest eine Schwungmasse und eine zweite Kupplung, koppelbare E-Maschine, welche mit einem mit einem
Antriebsstrang verbundenen Getriebe verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor vollständig von der E-Maschine über die Trennkupplung in Zusammenspiel mit der Vorrichtung zur Stoßentkopplung abkoppelbar ist, zumindest jeweils eine Erfassungs-, Steuer- und Durchführungseinrichtung, die dazu eingerichtet sind, einen Auslöser zum Einstieg und zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase zu erfassen, Signale zu senden, zu empfangen und zu verarbeiten, um das vorgeschlagene Verfahren durchzuführen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger
Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine typische Topologie einer Paralielhybridanordnung nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine weitere typische Topologie einer Paralielhybridanordnung nach dem Stand der Technik.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Figuren 1 und 2 zeigen eine typische Topologie einer Paralielhybridanordnung nach dem Stand der Technik. Dargestellt ist eine typische Topologie eines mehrgängig automatisiert schaltbaren Getriebes 3 in einem Kraftfahrzeug, bevorzugt eines
Hybridfahrzeugs, mit konventionellem Verbrennungsmotor (VM) 1 in Kombination mit einer elektrischen Maschine (EM) 2 in einer P2-Anordnung (Fig. 1 ) bzw. mit einer Schwungstarteinrichtung (Fig. 2), also einer Parallelhybridanordnung. Die EM 2 kann basierend auf einer vorgegebenen Betriebsstrategie über die Trennkupplung K0 an den VM 1 gekoppelt oder davon entkoppelt werden. Die EM 2 ist mit dem mehrgängig automatisiert schaltbaren Getriebe 3 verbunden, welches sowohl ein Planetengetriebe als auch ein DSG (Doppelkupplungsgetriebe), ein CVT (Stufenloses Getriebe, engl. Continuously Variable Transmission) oder eine andere Art von mehrgängig
automatisiert schaltbaren Getriebe sein kann. Das Getriebe 3 ist wiederum mit dem Antriebsstrang 4 zum Antreiben einer oder mehrerer Räder 5 des Hybridfahrzeugs verbunden.
Wie oben beschrieben wird bei bekannten Verfahren der Ausstieg aus einer
Rekuperationsphase normalerweise über das Fahrpedal getriggert, d.h. die VM 1 wird erst zugeschaltet, wenn das Fahrpedal bedient wird, d.h. es erfolgt ein aktives
Hochziehen des VM 1 . Dies führt zu einer Verzögerung in der Verfügbarkeit des Motormoments und damit des Ansprechens auf den Fahrerwunsch. Außerdem ist dieses Verfahren nicht optimal für Niederspannungs-Bordnetze, z.B. Bordnetze auf Basis von z.B. 48V, geeignet, da zum Ankoppeln des VM 1 sehr viel elektrische Energie benötigt wird. Dies stellt bei Hochvolt-Systemen kein Problem dar, da diese über genügend Leistung verfügen, um den Fahrerwunsch„Beschleunigung" umzusetzen. Nachteilig ist allerdings, dass Hochvolt-Systeme sehr viel Platz benötigen und schwer sind. Deshalb muss für zukünftige Anwendungen im Niedervolt-Bereich eine andere Strategie gefunden werden.
Wie in Figur 1 gezeigt kann lediglich eine Trennkupplung K0 zur Ab- bzw. Ankopplung des VM 1 an die EM 2 vorgesehen sein, was als P2-Hybrid bezeichnet werden kann. In Figur 2 ist eine Erweiterung des P2 Systems zu einer Schwungstarteinrichtung, d.h. einem System mit einer Schwungradspeichereinrichtung und Schwungmasse, gezeigt. Dieses System verfügt zusätzlich zur Trennkupplung K0, welche immer direkt am VM 1 angeordnet sein muss, da diese Trennkupplung K0 zum An- oder Abkoppeln des VM 1 dient, über eine als Schwungstarteinrichtung gebildete Vorrichtung zur Stoßentkopplung K1 und 6. Diese Vorrichtung zur Stoßentkopplung weist zumindest eine Schwungmasse 6 und eine zweite Kupplung K1 auf, wobei die Schwungmasse zwischen der
Trennkupplung K0 und der zweiten Kupplung K1 angeordnet ist. Die zweite Kupplung K1 dient dazu, die EM 2 an den VM 1 über die Schwungmasse 6 mit einer nahezu vollständigen Stoßabkopplung anzukoppeln. Es ist also ein Zwischenschritt zum
Ankoppeln der EM 2 an den VM 1 im Vergleich zum P2-System eingebaut, der für eine Verbesserung der Ankopplung, genauer eine Verringerung des Stoßes beim Ankoppeln sorgt. Somit wird das Ankoppeln für den Fahrer noch komfortabler, da der Ruck beim Ankoppeln eliminiert ist.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß beiden Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Ziel des vorgeschlagenen Verfahrens ist es, den Zeitraum ohne ausreichende Umsetzung der Lastanforderung des Fahrers und hohem Verbrauch von elektrischer Energie, wie oben beschrieben, wesentlich zu verkürzen und somit den Einsatz eines P2-Systems oder einer Schwungstarteinrichtung, also eines
Parallelhybridsystems, auf Niedervolt-Basis, also z.B. auf 48V Basis, zu ermöglichen bzw. zu verbessern. Durch das vorgeschlagene Verfahren kann dem Fahrerwunsch schneller entsprochen werden und der Verbrauch von elektrischer Energie für den Fahrzeugvortrieb kann eingeschränkt werden.
Zur Umsetzung des Verfahrens wird in einem ersten Schritt S1 der Trigger bzw.
Auslöser zum Ablegen bzw. Abstellen und Starten des VM 1 auf eine Pedalstellung, z.B. die Stellung des Bremspedals oder auch des Fahrpedals oder auf eine
Geschwindigkeitsschwelle (für den Ausstieg aus der Rekuperationsphase) gelegt, die unterschritten wird. Der Eintritt in die Phase der Rekuperation wird z.B. durch Treten des Bremspedals eingeleitet. Dabei wird die Trennkupplung K0 zwischen VM 1 und EM 2 geöffnet und der VM 1 abgestellt, d.h. abgeschaltet.
Gleichzeitig werden in einem zweiten Schritt S2 im Getriebe 3 mehrere
Gangrückschaltungen durchgeführt. Die Gangrückschaltungen werden derart durchgeführt, dass die mit der Getriebeeingangswelle verbundene EM 2 auf eine hohe Drehzahl und somit in den Zustand hoher kinetischer Energie gebracht wird. Hierzu wird bevorzugt um mehr Gänge zurückgeschaltet als für den Bremsvorgang nötig wäre. Dadurch kann eine verbesserte Rekuperation erzielt werden, d.h. es steht mehr Energie am Ende der Rekuperationsphase zur Verfügung, um z.B. den VM 1 anzukoppeln. In einem weiteren Schritt wird nun die Drehzahldifferenz, aus welcher jederzeit ein Motorstart des VM 1 nach dem bekannten Impulsstartverfahren durch Schließen der Trennkupplung K0 erfolgen kann, betrachtet. Während der Phase der Rekuperation erfolgt ein der Verzögerung des Fahrzeugs angepasstes Nachführen der Gänge im Getriebe 3, um den Zustand hoher kinetischer Energie in der EM 2 zu halten. Das heißt, dass z.B. ein Rückschalten der Gänge erfolgt, um die Rekuperation weiter zu
optimieren.
Der Ausstieg aus der Rekuperationsphase wird in einem dritten Schritt S3 durch Lösen des Bremspedals bzw. Unterschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle oder Betätigen des Fahrpedals, auch gleichzeitig mit dem Bremspedal, ausgelöst. Dies kann z.B. durch eine entsprechend vorhandene Sensorik erkannt und zur Verarbeitung an z.B. ein Steuergerät weitergegeben werden. Nach Erfassen des Starts der Rekuperationsphase wird je nachdem, welches Parallelhybridsystem verwendet wird, also P2 oder
Schwungstarteinrichtung, der VM 1 wieder an die EM 2 angekoppelt. Beim in Figur 1 gezeigten P2-System wird durch ein geregeltes Schließen der Trennkupplung K0, d.h. die Kupplung wird in Schlupf gebracht, und Stellen von positivem Moment in der EM 2 der Start des VM 1 als unterstützter Impulsstart durchgeführt. Ziel ist es dabei, den Impulsstart derart auszuführen, dass die sich einstellende Drehzahl zwischen
verbundenem VM 1 und EM 2 oberhalb der Zieldrehzahl zur Anbindung an den Abtrieb einstellt. Das Ziel ist also, dass sich eine zwischen zu verbindendem
Verbrennungsmotor VM 1 und
E-Maschine EM 2 zur Anbindung an den Getriebeeingang ermittelte Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels Ganghochschaltung ein höchstmöglicher Gang zur
Anbindung an den Antriebsstrang 4 eingestellt wird, um eine vorliegende
Fahranforderung zu erfüllen
Bei der in Figur 2 gezeigten Schwungstarteinrichtung wird die zweite Kupplung K1 geöffnet, so dass in einem Zwischenschritt eine Trennung der EM 2 von der
Schwungmasse 6 erfolgt, welche aber noch vom VM 1 über die Trennkupplung K0 abgekoppelt ist. Wenn die zweite Kupplung K1 offen ist, erfolgt ein geregeltes
Schließen der Trennkupplung K0, so dass der Start des Verbrennungsmotors als Impulsstart durchgeführt wird, dass sich eine zwischen zu verbindendem Verbrennungsmotor VM 1 und Schwungmasse 6 zur Anbindung an den
Getriebeeingang ermittelte Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels Ganghochschaltung ein höchstmöglicher Gang zur Anbindung an den Antriebsstrang 4 eingestellt wird, um eine vorliegende Fahranforderung zu erfüllen.
Parallel zum unterstützen Impulsstart führt das Getriebe 3 also in beiden Fällen ein Hochschalten der Gänge aus, bevorzugt auf einen Gang oberhalb des zum Einkoppeln des VM 1 benötigten Gangs. Somit wird über die Reibschaltmomente mindestens die anteilige Umsetzung des Fahrerwunschs erreicht, wobei das Ziel ist, dass der höchstmögliche Gang zur Anbindung an den Antriebsstrang 4 oberhalb der
Leerlaufdrehzahl erreicht wird, d.h. die Getriebeeingangsdrehzahl wird so gering wie möglich gehalten.
Anschließend wird in einem vierten Schritt S4 durch Schließen des Antriebsstrangs, d.h. der Trennkupplung K0 im P2-System bzw. der zweiten Kupplung K1 in der
Schwungstarteinrichtung, der vollständige Kraftschluss zwischen VM 1 , EM 2 und Abtrieb dargestellt und somit die Rekuperationsphase beendet.
In einem Beispiel werden der Einstieg und der Ausstieg aus der Rekuperationsphase durch Betätigen des Bremspedals ausgelöst. Dadurch wird der VM 1 durch Öffnen der Trennkupplung K0 von der EM 2 und damit vom Getriebe 3 abgekoppelt, also
ausgeschaltet, d.h. er liefert kein Moment.
Bereits beim Start der Rekuperationsphase erfolgt ein Anheben der kinetischen Energie der EM 2 durch ein Rückschalten der Gänge unterhalb des benötigten Ganges für die geforderte Zieldrehzahl zum Wiederankoppeln des VM 1 . Während der
Rekuperationsphase erfolgt bei Bedarf ein weiteres Nachführen, also z.B.
Rückschalten, der Gänge, um die kinetische Energie in der EM 2 möglichst hoch zu halten.
Der Ausstieg aus der Rekuperationsphase erfolgt wiederum durch einen Auslöser, in diesem Beispiel durch Lösen des Bremspedals. Während des Lösens des Bremspedals wird im P2-System die Trennkupplung K0 geregelt in Schlupf gebracht bzw. in der Schwungstarteinrichtung zuerst die zweite Kupplung K1 geöffnet und dann die
Trennkupplung KO geschlossen, so dass VM 1 und EM 2 voneinander getrennt sind. Dann wird eine Zieldrehzahl bzw. Anschlussdrehzahl bzw. Koppeldrehzahl basierend auf der erfassten Fahranforderung bestimmt und es erfolgt ein Hochschalten der Gänge auf einen Gang, der höher ist als der für die Kopplung, d.h. für die geforderte Drehzahl, benötigte Gang, um dem Fahrerwunsch zu entsprechen. Das Bestimmen der geforderten Drehzahl wird mittels bekannten Verfahren durchgeführt.
Fahranforderungen, die beim Auslösen des Ausstiegs aus der Rekuperationsphase auftreten können, können eine Schubhochschaltung oder eine Zughochschaltung sein. Bei einer Schubhochschaltung, also beim Lösen des Bremspedals ohne Anforderung, dass eine Beschleunigung erfolgen soll, also z.B. durch Nicht-Betätigen des
Fahrpedals, wird im P2-System die Trennkupplung KO mit einer Koppeldrehzahl unterhalb der Zieldrehzahl des neuen Ganges geschlossen. Bei einer
Zughochschaltung, also bei einer Beschleunigungsanforderung, z.B. durch Betätigen des Fahrpedals, wird im P2-System die Trennkupplung KO mit einer Koppeldrehzahl oberhalb der Zieldrehzahl des neuen Ganges geschlossen. Bei der
Schwungstarteinrichtung muss das geregelte Schließen der Kupplung, hier der zweiten Kupplung K1 , erst im vierten Schritt S4 erfolgen, da die Trennkupplung KO im dritten Schritt S3 bereits vollständig geschlossen wurde.
Für den unterstützen Impulsstart zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase im P2- System werden die mechanische und die kinetische Energie (entsprechend der
Drehzahldifferenz vor und nach Hochschaltung der Gänge) aus dem Impuls der EM 2 in Verbindung mit den entsprechenden Getriebeteilen wie der Getriebeeingangswelle und den rotierenden Radsätzen etc. sowie das verfügbare Drehmoment der EM 2 zum Start des VM 1 verwendet. Der VM 1 liefert dabei durch Hochdrehen bzw. Anschleppen über die geregelt schließende Trennkupplung KO ein negatives Moment (Schlepp). Somit erfolgt ein unterstützter Impulsstart während einer Hochschaltung in einen möglichst hohen Gang, um eine zumindest weitgehende ruckfreie Kopplung zu ermöglichen.
Um eine völlig ruckfreie Kopplung zu ermöglichen kann die Schwungstarteinrichtung eingesetzt werden. Bei diesem wirkt die Schwungmasse 6 sozusagen als Puffersystem zwischen VM 1 und EM 2. Die Ankopplung erfolgt also nicht direkt über die Trennkupplung K0 and den VM 1 , sondern über den Zwischenschritt, dass der VM 1 an die Schwungmasse 6 über die Trennkupplung K0 angebunden wird, und erst dann die Ankopplung an die EM 2 erfolgt, so dass die Schwingungen des VM 1 bereits gedämpft sind. Hierzu kann als Schwungmasse 6 ein bekanntes DU-System, also ein
Drehungleichförmigkeits-Dämpfer bzw. eine Drehmomentüberlagerungseinrichtung, verwendet werden. Durch Verwenden einer Schwungmasse 6 kann der Impuls beim Zustart des VM 1 aus dem System genommen werden, so dass eine ruckfreie
Ankopplung erfolgen kann. Ferner können als Schwungmasse auch andere Systeme, auch nicht vollständig mechanische Systeme, verwendet werden.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann eine schnellere Anbindung des VM 1 an den Abtrieb für eine schnelle Umsetzung von Fahrerwünschen am Fahrpedal erzielt werden, da der VM 1 bereits beim Loslassen des Bremspedals verfügbar gemacht wird und nicht erst, wenn eine Anforderung zum Beschleunigen gegeben wird. Gleichzeitig können die Rekuperationspotentiale gehoben werden, die entstehen, wenn das
Schleppmoment des angekoppelten VM 1 in Bremsrekuperationsphasen nicht überwunden werden muss.
Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass bereits beim P2-System durch das schlupfende
Getriebe bei der parallel zur Hochschaltung schließenden Trennkupplung K0 weniger Drehmomentstörung am Getriebeausgang auftritt, so dass das Zustarten des VM 1 für den Fahrer deutlich komfortabler erfolgt und weniger Belastung auf die mechanische Komponenten wirkt. Bei der Schwungstarteinrichtung wird der Ruck vollständig eliminiert, so dass dieses eine Verbesserung zum P2-System darstellt.
Obwohl das Verfahren für den Start des VM 1 während einer Bremsphase, d.h. bei fahrenden Fahrzeug, konzipiert ist, kann es auch für ein Anfahren aus dem Stillstand verwendet werden. Dies erfolgt analog zu dem oben beschriebenen Ablauf.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem
Parallelhybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor (1 ) und eine damit über eine Trennkupplung (KO) in Zusammenspiel mit einer Vorrichtung zur Stoßentkopplung, umfassend zumindest eine Schwungmasse (6) und eine zweite Kupplung (K1 ) koppelbare E-Maschine (2), welche mit einem mit einem Antriebsstrang (5) verbundenen Getriebe (3) verbindbar ist, wobei der
Verbrennungsmotor (1 ) vollständig von der E-Maschine (2) über die
Trennkupplung (KO) abkoppelbar ist, wobei
- sich das Fahrzeug in einem ersten Schritt (S1 ) in einer durch einen Auslöser gestarteten Rekuperationsphase mit vorgegebener Rekuperations- Fahranforderung befindet, und
- in einem zweiten Schritt (S2) die E-Maschine (2) während der
Rekuperationsphase auf eine erhöhte Drehzahl gebracht wird,
- in einem dritten Schritt (S3) durch einen Auslöser eine Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase gestartet wird, wobei
in dieser Phase der Verbrennungsmotor (1 ) zum Ankoppeln an die E-Maschine (2) verfügbar gemacht wird, indem die zweite Kupplung (K1 ) geöffnet wird und wenn diese offen ist ein Schließen der Trennkupplung (KO) erfolgt, so dass der Start des Verbrennungsmotors (1 ) als Impulsstart derart durchgeführt wird, dass sich eine zwischen zu verbindendem Verbrennungsmotor (1 ) und
Schwungmasse (6) zur Anbindung an den Getriebeeingang ermittelte
Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels Ganghochschaltung ein
höchstmöglicher Gang zur Anbindung an den Antriebsstrang eingestellt wird, um eine vorliegende Fahranforderung zu erfüllen und
- in einem vierten Schritt (S4) die zweite Kupplung (K1 ) geregelt geschlossen wird, so dass der Ausstieg aus der Rekuperationsphase vervollständigt wird.
2. Verfahren zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase in einem
Parallelhybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor (1 ) und einen über eine Trennkupplung (KO) damit koppelbare E-Maschine (2), welche mit einem mit einem Antriebsstrang (5) verbundenen Getriebe (3) verbindbar ist, wobei der Verbrennungsmotor (1 ) vollständig von der E-Maschine (2) über die
Trennkupplung (K0) abkoppelbar ist, wobei
- sich das Fahrzeug in einem ersten Schritt (S1 ) in einer durch einen Auslöser gestarteten Rekuperationsphase mit vorgegebener Rekuperations- Fahranforderung befindet, und
- in einem zweiten Schritt (S2) die E-Maschine (2) während der
Rekuperationsphase auf eine erhöhte Drehzahl gebracht wird,
- in einem dritten Schritt (S3) durch einen Auslöser eine Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase gestartet wird, wobei
in dieser Phase der Verbrennungsmotor (1 ) zum Ankoppeln an die E-Maschine (2) verfügbar gemacht wird, ein geregeltes Schließen der Trennkupplung (K0) und ein Stellen von positivem Moment in der E-Maschine (2) erfolgt, so dass der Start des Verbrennungsmotors (1 ) als unterstützter Impulsstart derart
durchgeführt wird, dass sich eine zwischen zu verbindendem
Verbrennungsmotor (1 ) und E-Maschine (2) zur Anbindung an den
Getriebeeingang ermittelte Zieldrehzahl einstellt und parallel mittels
Ganghochschaltung ein höchstmöglicher Gang zur Anbindung an den
Antriebsstrang eingestellt wird, um eine vorliegende Fahranforderung zu erfüllen und
- in einem vierten Schritt (S4) die Trennkupplung (K0) vollständig geschlossen wird, so dass der Ausstieg aus der Rekuperationsphase vervollständigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei in dem dritten Schritt (S3) in der Phase zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase das geregelte Schließen der
Trennkupplung (K0) durch Bringen der Trennkupplung (K0) in Schlupf erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem vierten Schritt (S4) die
Trennkupplung (K0) bei der Fahranforderung einer Schubhochschaltung mit einer Koppeldrehzahl zwischen Verbrennungsmotor (1 ) und E-Maschine (2) unterhalb der Zieldrehzahl des neuen Ganges geschlossen wird, und bei der Fahranforderung einer Zuganforderung mit einer Koppeldrehzahl zwischen Verbrennungsmotor (1 ) und E-Maschine (2) oberhalb der Zieldrehzahl des neuen Ganges geschlossen wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei in dem dritten Schritt (S3) für den unterstützen Impulsstart die kinetische Energie aus dem Impuls der E- Maschine (2) in Verbindung mit beteiligten Getriebeteilen und das verfügbare Drehmoment der E-Maschine (2) verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Einstieg in die Rekuperationsphase eine Gangnachführung durch eine oder mehrere
Gangrückschaltungen auf einen Gang unterhalb des für das Wiederankoppeln des Verbrennungsmotors mindestens beabsichtigten Ganges erfolgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Auslöser zum Einstieg in die Rekuperationsphase eine Betätigung des Bremspedals und zum Ausstieg aus der Rekuperationsphase ein Nachlassen oder Verlassen des Bremspedals, ein Betätigen des Fahrpedals oder ein Unterschreiten einer Geschwindigkeitsschwelle ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der Rekuperationsphase eine Gangnachführung derart erfolgt, dass die mindestens notwendige kinetische Energie der E-Maschine (2) zur Umsetzung der
Impulsstartanforderung vorgehalten wird.
Parallelhybridfahrzeug, umfassend
- einen Verbrennungsmotor (1 ) und eine damit über eine Trennkupplung (KO) koppelbare E-Maschine (2), welche mit einem mit einem Antriebsstrang (5) verbundenen Getriebe (3) verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (1 ) vollständig von der E-Maschine (2) über die Trennkupplung (KO) abkoppelbar ist,
- zumindest jeweils eine Erfassungs-, Steuer- und Durchführungseinrichtung (3, 4, 5), die dazu eingerichtet sind, einen Auslöser zum Einstieg und zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase zu erfassen, Signale zu senden, zu empfangen und zu verarbeiten, um das Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche durchzuführen. Parallelhybridfahrzeug, umfassend
- einen Verbrennungsmotor (1 ) und eine damit über eine Trennkupplung (K0) in Zusammenspiel mit einer Vorrichtung zur Stoßentkopplung, umfassend zumindest eine Schwungmasse (6) und eine zweite Kupplung (K1 ), koppelbare E-Maschine (2), welche mit einem mit einem Antriebsstrang (5) verbundenen Getriebe (3) verbunden ist, wobei der Verbrennungsmotor (1 ) vollständig von der E-Maschine (2) über die Trennkupplung (K0) in Zusammenspiel mit der Vorrichtung zur Stoßentkopplung abkoppelbar ist,
- zumindest jeweils eine Erfassungs-, Steuer- und Durchführungseinrichtung (3, 4, 5), die dazu eingerichtet sind, einen Auslöser zum Einstieg und zum Ausstieg aus einer Rekuperationsphase zu erfassen, Signale zu senden, zu empfangen und zu verarbeiten, um das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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