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DE102006018057A1 - Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine Download PDF

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DE102006018057A1
DE102006018057A1 DE102006018057A DE102006018057A DE102006018057A1 DE 102006018057 A1 DE102006018057 A1 DE 102006018057A1 DE 102006018057 A DE102006018057 A DE 102006018057A DE 102006018057 A DE102006018057 A DE 102006018057A DE 102006018057 A1 DE102006018057 A1 DE 102006018057A1
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Germany
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torque
electric machine
combustion engine
internal combustion
speed
Prior art date
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Pending
Application number
DE102006018057A
Other languages
English (en)
Inventor
Friedrich Tenbrock
Peter Schiele
Johannes Dr. Kaltenbach
Bernd Allgaier
Christian Schwemer
Michael Gromus
Martin Dr. Neumann
Klaus Dipl.-Ing. Häbe
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Filing date
Publication date
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Priority to US11/787,087 priority patent/US7770676B2/en
Priority to JP2007110930A priority patent/JP2007326557A/ja
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges (1) eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine (2) und wenigstens einer elektrischen Maschine (3) beschrieben. Die elektrische Maschine (3) ist im Leistungsstrang zwischen einem Antrieb und der wenigstens einen Verbrennungsmaschine angeordnet. Zwischen der Verbrennungsmaschine (2) und der elektrischen Maschine (3) ist ein reibschlüssiges Schaltelement vorgesehen, während zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb ein einen hydrodymanischen Drehmomentwandler (6A) und eine Wandlerüberbrückungskupplung (6B) aufweisendes Anfahrelement (6) angeordnet ist. Ein jeweils am Abtrieb anzulegendes Soll-Abtriebsmoment steht in Abhängigkeit eines Schlupfes des Anfahrelementes (6). Während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine (2) wird ein von der elektrischen Maschine (3) erzeugtes Antriebsmoment wenigstens teilweise über den Drehmomentwandler (6A) und zum anderen Teil über die Wandlerüberbrückungskupplung (6B) geführt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
  • Fahrzeuge mit aus der Praxis bekannten Parallelhybridantriebssträngen sind üblicherweise zwischen einem Verbrennungsmotor und dem Abtrieb des Fahrzeuges mit einem als reibschlüssige Kupplung ausgebildeten Anfahrelement ausgeführt, um das Fahrzeug über die Verbrennungsmaschine in an sich bekannter Art und Weise anfahren zu können, wobei das Anfahrelement während des Anfahrvorganges zunächst schlupfend betrieben wird. Ist ein solches Fahrzeug zusätzlich mit einem als elektrische Maschine ausgebildeten Antriebsaggregat ausgeführt, ist der gesteuerte und geregelte Schlupfbetrieb des Anfahrelementes bei einem lediglich über die elektrische Maschine realisierten Anfahrvorgang des Fahrzeuges nicht erforderlich, da elektrische Maschinen im Gegensatz zu herkömmlichen Verbrennungsmaschinen keine Mindestdrehzahl aufweisen.
  • Ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges und ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges, der mit einem reibschlüssigen Anfahrelement ausgeführt ist, ist aus der DE 10 2004 002 061 A1 bekannt. Dabei ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern und Regeln eines Antriebsstranges eines Hybridfahrzeuges mit einer Verbrennungsmaschine, mit einer elektrischen Maschine, mit einem zwischen der elektrischen Maschine und einem Abtrieb in einem Kraftfluss des Antriebsstranges angeordneten und mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit ausgeführten Schaltelement und einer zwischen der elektri schen Maschine und der Brennkraftmaschine angeordneten Kupplungseinrichtung, über die die elektrische Maschine und die Verbrennungsmaschine in Wirkverbindung bringbar sind, ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeuges derart betreibbar, dass ein Übergang von einem Antrieb des Hybridfahrzeuges durch die elektrische Maschine zu einem Parallelantrieb des Hybridfahrzeuges über die elektrische Maschine und die Verbrennungsmaschine oder zu einem reinen verbrennungsmaschinenseitigen Antrieb des Hybridfahrzeuges sowie ein Startvorgang der Verbrennungsmaschine über die elektrische Maschine ohne für einen Fahrer des Hybridfahrzeuges merkbare antriebsstrangseitige Reaktionsmomente durchführbar ist.
  • Dazu wird im Betrieb des Antriebsstranges die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes bei einem Startvorgang der Brennkraftmaschine derart eingestellt, dass am Abtrieb des Antriebsstranges ein von einem Startvorgang der Brennkraftmaschine unabhängiges Drehmoment anliegt, wobei Drehmomentänderungen am Abtrieb, die aufgrund des Startens der Brennkraftmaschine auftreten, vorzugsweise durch einen Schlupfbetrieb des Schaltelementes vermieden werden.
  • Bei dem Verfahren wird die Drehzahl der elektrischen Maschine während der Startphase der Brennkraftmaschine auf einen Drehzahlwert angehoben, zu dem gewährleistet ist, dass das Schaltelement zwischen der elektrischen Maschine und dem Abtrieb des Antriebsstranges während des gesamten Startvorganges der Brennkraftmaschine in einem Schlupfbetrieb gehalten wird. Der Drehzahlwert wird über einen in die Motorsteuerung und/oder in die Getriebesteuerung und/oder in einen übergeordneten Momentenmanager implementierten Algorithmus berechnet.
  • Zusätzlich sind aus der Praxis Antriebsstränge von Fahrzeugen mit jeweils Mindestbetriebsdrehzahlen aufweisenden Verbrennungsmotoren bekannt, welche zur Realisierung eines verbrennungsmaschinenseitigen Anfahrvorganges des Fahrzeuges mit einem einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und eine damit korrespondierende Wandlerüberbrückungskupplung aufweisenden Anfahrelement ausgeführt sind, wobei der Drehmomentwandler und die Wandlerüberbrückungskupplung in an sich bekannter Art und Weise in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Antriebsstranges des Fahrzeuges gesteuert und geregelt betrieben werden.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges, der mit einem einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und eine damit korrespondierende Wandlerüberbrückungskupplung ausgebildeten Anfahrelement ausgeführt ist, zur Verfügung zu stellen, durch dessen Anwendung der Einfluss des Drehmomentwandlers auf ein am Abtrieb darzustellendes Soll-Abtriebsmoment während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges einer Verbrennungsmaschine möglichst gering ist.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine und wenigstens einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine im Leistungsstrang zwischen einem Abtrieb und der wenigstens einen Verbrennungsmaschine angeordnet ist und zwischen der Verbrennungsmaschine und der elektrischen Maschine ein reibschlüssiges Schaltelement vorgesehen ist, während zwischen der elektrischen Maschine und dem Abtrieb ein einen hydrodynamischen Drehmomentwandler und eine Wandlerüberbrückungskupplung aufweisendes Anfahrelement angeordnet ist, und wobei ein jeweils am Abtrieb anzulegendes Soll-Abtriebsmoment in Abhängigkeit eines Schlupfes des Anfahrelementes steht, wird ein von der elektrischen Maschine erzeugtes Antriebsmoment während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine wenigstens teilweise über den Drehmo mentwandler und zum anderen Teil über die Wandlerüberbrückungskupplung geführt.
  • Mittels der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird der Einfluss des hydrodynamischen Drehmomentwandlers bei der Darstellung des angeforderten Soll-Abtriebsmomentes am Abtrieb des Fahrzeuges während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine reduziert, da der über den Drehmomentwandler geführte Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine auf einen Wert einstellbar ist, bei dem aus dem Startvorgang der Verbrennungsmaschine resultierende Drehmomentschwankungen im in Bezug auf das Anfahrelement verbrennungsmaschinenseitigen Teil des Parallelhybridantriebsstranges im Bereich der Wandlerüberbrückungskupplung dämpfbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wandlerüberbrückungskupplung wenigstens annähernd während des gesamten Startvorganges der Verbrennungsmaschine durch eine Drehzahlregelung der elektrischen Maschine in einem Schlupfbetrieb gehalten, während dem das von der elektrischen Maschine erzeugte Antriebsmoment im Wesentlichen über die Wandlerüberbrückungskupplung in Richtung des Abtriebs geführt wird.
  • Damit ist der Einfluss des hydrodynamischen Drehmomentwandlers während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine auf ein Minimum reduzierbar, da der über den Drehmomentwandler geführte Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine auf einen Wert eingestellt wird, bei dem sich die Wandlerüberbrückungskupplung in einem für einen hohen Fahrkomfort erforderlichen Schlupfbetrieb befindet und aus dem Startvorgang der Verbrennungsmaschine resultierende Drehmomentschwankungen im Bereich der Wandlerüberbrückungskupplung trotzdem gedämpft werden.
  • Des Weiteren ist der über den Drehmomentwandler geführte Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine vorzugsweise derart gering, dass sich aufgrund der Drehmomentwandlung zwischen einem Pumpenrad und einem Turbinenrad des Drehmomentwandlers am Abtrieb keine für einen Fahrer merkbare und aus den Drehmomentschwankungen resultierende Reaktionsmomente einstellen.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Darstellung des am Abtrieb anzulegenden Soll-Abtriebsmomentes wird eine Soll-Antriebsdrehzahl der elektrischen Maschine und eine Soll-Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung in Abhängigkeit einer von Betriebszustandsparametern des Parallelhybridantriebsstranges abhängigen Mindestdifferenzdrehzahl zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl des Anfahrelementes bestimmt, wobei das Anfahrelement durch Vorgabe der Mindestdifferenzdrehzahl vorzugsweise wenigstens annähernd während des gesamten Startvorganges der Verbrennungsmaschine in einem Schlupfbetrieb gehalten wird, während dem das von der elektrischen Maschine erzeugte Antriebsmoment im Wesentlichen über die Wandlerüberbrückungskupplung in Richtung des Abtriebs geführt wird.
  • Durch die Vorgabe der Mindestdifferenzdrehzahl wird auf einfache Art und Weise ein unerwünschtes „Zufallen" der Wandlerüberbrückungskupplung, d. h. ein synchroner Betrieb der Wandlerüberbrückungskupplung, vermieden, während dem ein Dämpfen von im in Bezug auf das Anfahrelement verbrennungsmaschinenseitigen Teil des Parallelhybridantriebsstranges während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine auftretenden Drehmomentschwankungen im Bereich der Wandlerüberbrückungskupplung nicht im gewünschten Umfang durchführbar ist.
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Es zeigt:
  • 1 eine stark schematisierte Darstellung eines Parallelhybridantriebsstranges mit einem Drehmomentwandler und einer parallel dazu im Parallelhybridantriebsstrang angeordneten Wandlerüberbrückungskupplung; und
  • 2 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens, mittels welchem ein Soll-Antriebsmoment und eine Soll-Antriebsdrehzahl der elektrischen Maschine sowie eine Soll-Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung des Parallelhybridantriebsstranges gemäß 1 während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine vorgebbar ist.
  • 1 zeigt einen Parallelhybridantriebsstrang 1 eines Fahrzeuges in stark schematisierter Blockschaltbilddarstellung. Der Parallelhybridantriebsstrang 1 umfasst eine Verbrennungsmaschine 2, eine elektrische Maschine 3, ein Getriebe 4 sowie ein zwischen der Verbrennungsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 angeordnetes reibschlüssiges Schaltelement 5, welches vorliegend als reibschlüssige Lamellenkupplung ausgeführt ist.
  • Mittels des Schaltelementes 5 ist eine Wirkverbindung zwischen der Verbrennungsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 herstellbar, um verschiedene Betriebszustände des Parallelhybridantriebsstranges 1 des Fahrzeuges, wie einen alleinigen Antrieb über die elektrische Maschine 3, einen parallelen Antrieb über die Verbrennungsmaschine 2 und die elektrische Maschine 3 oder einen alleinigen Antrieb über die Verbrennungsmaschine 2 durchführen zu können.
  • Darüber hinaus besteht durch die Anordnung des Schaltelementes 5 zwischen der Verbrennungsmaschine 2 und der elektrischen Maschine 3 die Möglichkeit, die Verbrennungsmaschine 2 erst bei Vorliegen der für einen Startvorgang der Verbrennungsmaschine 2 erforderlichen rotatorischen Energie der elektrischen Maschine 3 über das Schaltelement 5 an die elektrische Maschine 3 derart zu koppeln, dass die Verbrennungsmaschine 2 von der elektrischen Maschine 3 gestartet wird.
  • Zusätzlich ist zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem Getriebe 4, welches auf der der Verbrennungsmaschine 2 abgewandten Seite der elektrischen Maschine 3 angeordnet ist, ein einen als so genannten Trilok-Wandler ausgebildeten Drehmomentwandler 6A und eine parallel dazu im Parallelhybridantriebsstrang 1 angeordnete Wandlerüberbrückungskupplung 6B umfassendes Anfahrelement 6 mit stufenlos variierbarer Übertragungsfähigkeit vorgesehen, über welches die elektrische Maschine 3 mit dem Getriebe 4 in Wirkverbindung steht. Das Getriebe 4 ist vorliegend als herkömmliches Automatgetriebe ausgeführt, über das verschiedene Übersetzungen darstellbar sind, wobei das Getriebe jedes an sich aus der Praxis bekannte Getriebe sein kann.
  • Auf der dem Anfahrelement 6 abgewandten Seite bzw. getriebeausgangseitig ist das Getriebe 4 in nicht näher dargestellter Art und Weise über ein Achsdifferenzial mit Rädern einer Fahrzeugantriebsachse des Parallelhybridantriebsstranges 1 wirkverbunden.
  • 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Einstellen eines fahrerseitig angeforderten Soll-Abtriebsmomentes bzw. eines angeforderten Getriebeeingangsmomentes m_GE_soll während eines Startvorganges der Verbrennungsmaschine 2 des Parallelhybridantriebsstranges 1 gemäß 1 in Form eines stark schematisierten Blockschaltbildes. Das fahrerseitig angeforderte Soll-Getriebeeingangsmoment m_GE_soll, welches äquivalent zu einem angeforderten Soll-Abtriebsmoment m_fahr_soll ist, stellt neben einer messtechnisch ermittelten Ist-Turbinendrehzahl n_t_ist und einer von Betriebszustandsparametern des Parallelhybridantriebsstranges abhängigen Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl des Anfahrelementes 6 eine Eingangsgröße für eine Ermitt lungsroutine zum Bestimmen eines von der elektrischen Maschine 3 zu erzeugenden Soll-Antriebsmomentes m_3_soll, einer Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll der elektrischen Maschine 3 sowie einer Soll-Übertragungsfähigkeit m_WK_soll der Wandlerüberbrückungskupplung 6B dar.
  • Dabei wird das Anfahrelement 6 durch Vorgabe der Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine 2 schlupfend betrieben und das von der elektrischen Maschine 3 während des Startvorganges erzeugte Antriebsmoment wird zu einem wesentlichen Anteil über die Wandlerüberbrückungskupplung 6B in Richtung des Getriebes 4 bzw. des dem Getriebe nachgeschalteten Abtriebs des Parallelhybridantriebsstranges 1 geführt.
  • Aus der messtechnisch ermittelten Ist-Turbinendrehzahl n_t_ist des Drehmomentwandlers 6A und der Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min wird die Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll der elektrischen Maschine 3 bestimmt, wobei die ermittelte Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll neben der Ist-Turbinendrehzahl n_t_ist des Drehmomentwandlers 6A einem Funktionsblock 7 als Eingangsgröße zugeführt wird. Im Funktionsblock 7 werden unter Berücksichtigung von Wandlerkennfeldern ein theoretisches Turbinenmoment m_t_theo und ein theoretisches Pumpenmoment m_p_theo des Drehmomentwandlers 6A als Zwischengrößen berechnet.
  • Das im Funktionsblock 7 bestimmte theoretische Turbinenmoment m_t_theo stellt einen Teil des angeforderten Soll-Getriebeeingangsmomentes m_GE_soll bzw. des angeforderten Soll-Abtriebsmomentes m_fahr_soll dar. Aus diesem Grund ist die Soll-Übertragungsfähigkeit m_WK_soll der Wandlerüberbrückungskupplung 6B in einem Knotenpunkt 8 aus der Differenz zwischen dem Soll-Getriebeeingangsmoment m_GE_soll und dem theoretischen Turbinenmoment m_t_theo bestimmbar und dem zu betätigenden realen Prozess 9, d. h. dem Steuergerät der Wandlerüberbrückungskupplung 6B als Soll-Wertvorgabe zuführbar.
  • Gleichzeitig wird die Soll-Übertragungsfähigkeit m_WK_soll der Wandlerüberbrückungskupplung 6B in einem weiteren Knotenpunkt 10 zu dem im Funktionsblock 7 berechneten theoretischen Pumpenmoment m_p_theo des Drehmomentwandlers 6A addiert, wobei die Summe ein Störgrößenmoment m_3_stoer der Regelung der Drehzahl der elektrischen Maschine 3 darstellt.
  • Zwischen der berechneten Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll der elektrischen Maschine 3 und einer messtechnisch ermittelten Ist-Drehzahl n_3_ist der elektrischen Maschine 3 wird eine Regelabweichung bestimmt, welche einer als Proportional-Integral-Regler oder als PID-Regler ausführbaren Reglereinrichtung 11 zugeführt wird, deren Ausgangswert einen Regelanteil m_3_stell eines zu bestimmenden Soll-Antriebsmomentes m_3_soll der elektrischen Maschine 3 darstellt.
  • Der Regelanteil m_3_stell des Soll-Antriebsmomentes m_3_soll der elektrischen Maschine 3 wird in einem Knotenpunkt 12 zu dem Störgrößenmoment m_3_stoer, welches eine Steuervorgabe für das Soll-Antriebsmoment m_3_soll der elektrischen Maschine 3 darstellt, addiert. Die Summe der Steuervorgabe m_3_stoer und des Regelanteils m_3_stell stellt prinzipiell das von der elektrischen Maschine 3 des Parallelhybridantriebsstranges 1 gemäß 1 zu erzeugende Soll-Antriebsmoment m_3_soll dar, welches zur Darstellung des am Abtrieb 5 anzulegenden Soll-Abtriebsmomentes m_fahr_soll erforderlich ist.
  • Mit der vorbeschriebenen Vorgehensweise wird das Antriebsmoment der elektrischen Maschine 3 im Bereich des Anfahrelementes 6 zwischen dem Drehmomentwandler 6A und der Wandlerüberbrückungskupplung 6B aufgeteilt und ein Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine 3 über die hydrodynamische Kupplung bzw. den Drehmomentwandler 6A und der andere Teil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine 3 über die schlupfend betriebene Wandlerüberbrückungskupplung 6B in Richtung des Getriebes 4 geführt.
  • In Abhängigkeit der Vorgabe der Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des Anfahrelementes 6, welche durch die Regelung der Drehzahl der elektrischen Maschine 3 einstellbar ist, besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, einen möglichst großen Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine 3 über die Wandlerüberbrückungskupplung 6B in Richtung des Getriebeeingangs des Getriebes 4 zu führen und durch das Zuschalten der Verbrennungsmaschine 2 verursachte Drehmomentschwankungen im in Bezug auf das Anfahrelement 6 verbrennungsmaschinenseitigen Teil des Parallelhybridantriebsstranges 1 im Bereich des schlupfend betriebenen Anfahrelementes 6 zu dämpfen und keine Veränderungen des am Getriebeeingang anliegenden Abtriebsmomentes m_GE_soll bzw. des am Abtrieb anliegenden Abtriebsmomentes durch das Starten der Verbrennungsmaschine 2 zu verursachen.
  • Diese Vorgabe wird umso mehr umgesetzt, je geringer der Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine 3 ist, der über den Drehmomentwandler 6A in Richtung des Getriebes 4 geführt wird, da im Parallelhybridantriebsstrang während des Startvorganges der Verbrennungsmaschine 2 auftretende Drehzahlstörungen sich im Gegensatz zu der schlupfenden Wandlerüberbrückungskupplung 6B im Bereich des Drehmomentwandlers 6A aufgrund des hydrodynamischen Verhaltens des Drehmomentwandlers nachteilig auf den Verlauf des Abtriebsmomentes eines Fahrzeuges auswirken und den Fahrkomfort beeinträchtigen.
  • Dabei wird die Kenntnis genutzt, dass das prinzipiell über einen Drehmomentwandler führbare Drehmoment einer Wandlerkennung folgend bei sinkender Drehzahldifferenz abnimmt und bei steigender Drehzahldifferenz zunimmt.
  • Grundsätzlich ist bei der Vorgabe der Mindestdifferenzdrehzahl zwischen der Eingangsdrehzahl und der Ausgangsdrehzahl des Anfahrelementes 6 darauf zu achten, dass durch die Soll-Wertvorgabe für die Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll der elektrischen Maschine 3 während des gesamten Startvorganges der Verbrennungsmaschine derartige Werte ausgegeben werden, dass im Bereich des Drehmomentwandlers eine Mindestdifferenzdrehzahl bzw. ein Soll-Schlupf nicht unterschritten wird, um bei Drehzahlstörungen im Parallelhybridantriebsstrang ein unbeabsichtigtes Zufallen der Wandlerüberbrückungskupplung, d. h. einen synchronen bzw. schlupffreien Betrieb der Wandlerüberbrückungskupplung sicher zu vermeiden.
  • Darüber hinaus besteht bei der Bestimmung der Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min des Anfahrelementes 6 auch die Möglichkeit, ein Schwingungs- und Brummverhalten des Anfahrelementes 6 sowie des Parallelhybridantriebsstranges 1 zu berücksichtigen, um einen möglichst hohen Fahrkomfort zu erreichen.
  • Grundsätzlich stellt die Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min jeweils eine in Abhängigkeit des angeforderten Soll-Abtriebsmomentes m_fahr_soll und der Ist-Turbinendrehzahl n_t_ist des Drehmomentwandlers 6A applikativ bestimmte Größe dar, wobei es selbstverständlich im Ermessen des Fachmannes liegt, die Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles anhand einer in Abhängigkeit des am Abtrieb anliegenden Abtriebsmomentes und/oder der Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers jeweils berechneten Kennlinie oder eines in Abhängigkeit beider Größen bestimmten Kennfeldes zu ermitteln.
  • Idealerweise ist das Schaltelement 5 bei abgeschalteter Verbrennungsmaschine 2, d. h. bei alleinigem elektromaschinenseitigen Antrieb des mit dem Parallelhybridantriebsstrang 1 gemäß 1 ausgeführten Fahrzeuges, vollständig geöffnet, so dass die elektrische Maschine 3 die rotatorischen Massen der Verbrennungsmaschine 2 nicht mitschleppen muss. Ergeht von einer Fahr strategie eine Anforderung zum Zuschalten der Verbrennungsmaschine 2 bei Vorliegen des Schaltelementes 5 mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der im Wesentlichen kein Drehmoment über das Schaltelement 5 führbar ist, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 5 auf den für die Zuschaltung der Verbrennungsmaschine 2 erforderlichen Wert eingestellt.
  • Die abgeschaltete Verbrennungsmaschine 2 wird mit steigender Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 5 zunehmend von der elektrischen Maschine 3 angetrieben, wobei das daraus resultierende sowie dem Antriebsmoment der elektrischen Maschine 3 entgegenwirkende Schleppmoment eine Störgröße für die Regelung der Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll der elektrischen Maschine 3 darstellt.
  • Die Verbrennungsmaschine 2 wird während des Startvorganges mittels eines Soll-Antriebsmomentverlaufes oder eines Soll-Antriebsdrehzahlverlaufes gesteuert betrieben, womit eine Überführung des Schaltelementes 5 in einen synchronen Betriebszustand bei zugeschalteter Verbrennungsmaschine 2 auf einfache Art und Weise unterstützbar ist. Zusätzlich wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 5 bei zugeschalteter Verbrennungsmaschine 2 und in synchronem Betriebszustand des Schaltelementes 5, das bedeutet prinzipiell am Ende des Startvorganges der Verbrennungsmaschine 2, auf einem Wert eingestellt, zu dem ein an dem Schaltelement 5 anliegendes Drehmoment wenigstens schlupffrei übertragen wird, wenn die Antriebsdrehzahl der elektrischen Maschine 3 größer oder gleich der Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsmaschine 2 ist.
  • Für den Fall, dass die Antriebsdrehzahl bzw. die Soll-Antriebsdrehzahl n_3_soll der elektrischen Maschine kleiner als die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsmaschine ist, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 5 nach dem Startvorgang auf einen Wert eingestellt, zu dem das Schaltelement 5 in einen Schlupfbetrieb übergeht und die Verbrennungsmaschine störungsfrei auf dem Niveau der Leerlaufdrehzahl, d. h. ohne ein Abwürgen der Verbrennungsmaschine 2 zu verursachen, betrieben wird.
  • Bei Vorliegen eines Betriebszustandes des Parallelhybridantriebsstranges 1, bei dem in Abhängigkeit der Ist-Turbinendrehzahl n_t_ist und der Mindestdifferenzdrehzahl n_diff_min ein theoretisches Turbinenmoment m_t_theo ermittelt wird, welches größer als das vom Fahrer angeforderte Getriebeeingangsmoment m_GE_soll ist, wird eine geeignete Kriechmomentfunktion aktiviert und der Verbrennungsmotor 2 bei vollständig geöffneter Wandlerüberbrückungskupplung 6B durch die elektrische Maschine 3 gestartet. Damit ist ein Starten der Verbrennungsmaschine 2 auch im Stillstand des Fahrzeugs möglich, wobei das Fahrzeug aufgrund der aktivierten Kriechmomentfunktion in Abhängigkeit des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine und der Wandlerkennung bei nicht betätigter Fahrzeugbremse zumindest anrollen wird.
  • Falls ein Anrollen des Fahrzeuges durch eine übergeordnete Fahrstrategie oder durch eine fahrerseitige Betätigung des Bremspedales oder einer Feststellbremse nicht erwünscht ist und ein Starten der Verbrennungsmaschine 2 beispielsweise aufgrund eines geringen Ladezustandes eines dem Parallelhybridantriebsstranges 1 bzw. der elektrischen Maschine 3 zugeordneten elektrischen Speichers angefordert wird, wird der Kraftfluss des Parallelhybridantriebsstranges 1 zwischen der elektrischen Maschine 3 und dem nicht näher dargestellten Abtrieb des Fahrzeuges im Bereich des Getriebes 4 beispielsweise durch Überführen einer reibschlüssigen Kupplung in einen Schlupfbetrieb oder durch vollständiges Öffnen eines Schaltelementes des Getriebes 4 derart herabgesetzt oder vollständig unterbrochen, dass das am Abtrieb während des Startvorganges der Verbrennungsmaschine 2 anliegende Abtriebsmoment im Wesentlichen Null ist.
  • Grundsätzlich wird mit dem vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren während eines Startvorganges einer Verbrennungsmaschine der Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine, welcher über die Wandler überbrückungskupplung geführt werden soll, an ein Maximum herangeführt, um den Anteil des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine, welcher über den Drehmomentwandler des zwischen der elektrischen Maschine und dem Getriebe angeordneten Anfahrelementes geführt wird, so gering wie möglich einzustellen und die Einflüsse der Wandlerkennung auf das am Abtrieb anzulegende Soll-Abtriebsmoment so gering wie möglich zu halten.
  • Damit stellt die erfindungsgemäße Vorgehensweise ein Verfahren zur Drehzahlregelung der Pumpendrehzahl des hydrodynamischen Drehmomentwandlers unter Zuhilfenahme der Wandlerüberbrückungskupplung dar, wobei sich das Turbinenmoment des hydrodynamischen Drehmomentwandlers in Abhängigkeit der Differenzdrehzahl am Drehmomentwandler einstellt.
    • 1
    Parallelhybridantriebsstrang
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    elektrische Maschine
    4
    Getriebe
    5
    reibschlüssiges Schaltelement
    6
    Anfahrelement
    6A
    Drehmomentwandler
    6B
    Wandlerüberbrückungskupplung
    7
    Funktionsblock
    8
    Knotenpunkt
    9
    realer Prozess
    10
    Knotenpunkt
    11
    Reglereinrichtung
    12
    Knotenpunkt
    n_diff_min
    Mindestdifferenzdrehzahl
    m_GE_soll
    Soll-Getriebeeingangsmoment
    n_t_ist
    Ist-Turbinendrehzahl
    n_3_soll
    Soll-Antriebsdrehzahl der elektrischen Maschine
    m_fahr_soll
    Soll-Abtriebsmoment
    m_p_theo
    theoretisches Pumpenmoment des Drehmomentwandlers
    m_t_theo
    theoretisches Turbinenmoment des Drehmomentwandlers
    m_WK_soll
    Soll-Übertragungsfähigkeit der Wandlerüberbrückungskupplung
    m_3_soll
    Soll-Antriebsmoment der elektrischen Maschine
    m_3_stell
    Stellgröße des Antriebsmomentes der elektrischen Maschine
    m_3_stoer
    Störmoment

Claims (20)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Parallelhybridantriebsstranges (1) eines Fahrzeuges mit wenigstens einer Verbrennungsmaschine (2) und wenigstens einer elektrischen Maschine (3), wobei die elektrische Maschine (3) im Leistungsstrang zwischen einem Abtrieb und der wenigstens einen Verbrennungsmaschine (2) angeordnet ist und zwischen der Verbrennungsmaschine (2) und der elektrischen Maschine (3) ein reibschlüssiges Schaltelement (5) vorgesehen ist, während zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb ein einen hydrodynamischen Drehmomentwandler (6A) und eine Wandlerüberbrückungskupplung (6B) aufweisendes Anfahrelement (6) angeordnet ist, und wobei ein jeweils am Abtrieb anzulegendes Soll-Abtriebsmoment (m_fahr_soll) in Abhängigkeit eines Schlupfes des Anfahrelementes (6) steht, dadurch gekennzeichnet, dass während eines elektromaschinenseitigen Startvorganges der Verbrennungsmaschine (2) ein von der elektrischen Maschine (3) erzeugtes Antriebsmoment wenigstens teilweise über den Drehmomentwandler (6A) und zum anderen Teil über die Wandlerüberbrückungskupplung (6B) geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlerüberbrückungskupplung (6B) wenigstens annähernd während des gesamten Startvorganges der Verbrennungsmaschine (2) durch eine Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (3) in einem Schlupfbetrieb gehalten wird, während dem das von der elektrischen Maschine (3) erzeugte Antriebsmoment im Wesentlichen über die Wandlerüberbrückungskupplung (6B) in Richtung des Abtriebs geführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Darstellung des am Abtrieb anzulegenden Soll-Abtriebsmomentes (m_fahr_soll) eine Soll-Antriebsdrehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) und eine Soll-Übertragungsfähigkeit (m_WK_soll) der Wandler überbrückungskupplung (6B) in Abhängigkeit einer von Betriebszustandsparametern des Parallelhybridantriebsstranges (1) abhängigen Mindestdifferenzdrehzahl (n_diff_min) zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl des Anfahrelementes (6) bestimmt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrelement (6) durch Vorgabe der Mindestdifferenzdrehzahl (n_diff_min) wenigstens annähernd während des gesamten Startvorganges der Verbrennungsmaschine (2) in dem Schlupfbetrieb gehalten wird, während dem das von der elektrischen Maschine (3) erzeugte Antriebsmoment im Wesentlichen über die Wandlerüberbrückungskupplung (6B) in Richtung des Abtriebs geführt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestdifferenzdrehzahl (n_diff_min) jeweils eine in Abhängigkeit des angeforderten Soll-Abtriebsmomentes (m_fahr_soll) applikativ bestimmte Größe darstellt oder anhand einer in Abhängigkeit des Abtriebsmomentes berechneten Kennlinie bestimmt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestdifferenzdrehzahl (n_diff_min) jeweils eine in Abhängigkeit der Ist-Turbinendrehzahl (n_t_ist) des Drehmomentwandlers (6A) applikativ bestimmte Größe darstellt oder anhand einer in Abhängigkeit der Turbinendrehzahl des Drehmomentwandlers berechneten Kennlinie bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollantriebsdrehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) in Abhängigkeit einer Ist-Turbinendrehzahl (n_t_ist) des Drehmomentwandlers (6A) und der Mindestdifferenzdrehzahl (n_diff_min) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein theoretisches Turbinenmoment (m_t_theo) des Drehmomentwandlers (6A) in Abhängigkeit der Ist-Turbinendrehzahl (n_t_ist) des Drehmomentwandlers (6A) und der Soll-Antriebsdrehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) unter Berücksichtigung von Wandlerkennfeldern des Drehmomentwandlers (6A) bestimmt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Übertragungsfähigkeit (m_WK_soll) der Wandlerüberbrückungskupplung (6B) aus der Differenz zwischen dem theoretischen Turbinenmoment (m_t_theo) des Drehmomentwandlers (6A) und dem angeforderten Soll-abtriebsmoment (m_fahr_soll) bestimmt wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein theoretisches Pumpenmoment (m_p_theo) des Drehmomentwandlers (6A) in Abhängigkeit der Ist-Turbinendrehzahl (n_t_ist) des Drehmomentwandlers (6A) und der Soll-Antriebsdrehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) unter Berücksichtigung von Wandlerkennfeldern des Drehmomentwandlers (6A) bestimmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine (3) beeinflussendes Störgrößenmoment (m_3_stoer) aus der Summe der Soll-Übertragungsfähigkeit (m_WK_soll) der Wandlerüberbrückungskupplung (6B) und des theoretischen Pumpenmomentes (m_p_theo) des Drehmomentwandlers (6A) berechnet wird, welches einen Steueranteil eines Soll-Antriebsmomentes (m_3_soll) der elektrischen Maschine (3) darstellt.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ist-Drehzahl (n_3_ist) der elektrischen Maschine (3) und der Soll-Drehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) eine Regelabweichung bestimmt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelabweichung der Antriebsdrehzahl der elektrischen Maschine (3) einer Reglereinrichtung (11) als Eingangswert zugeführt wird, dessen Ausgangswert den Regelanteil des Soll-Antriebsmomentes (m_3_soll) der elektrischen Maschine (3) darstellt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Antriebsmoment (m_3_soll) der elektrischen Maschine (3) eine Summe aus dem Störgrößenmoment (m_3_stoer) und dem Regelanteil (m_3_stell) darstellt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Abtriebsmoment (m_fahr_soll) bei Vorliegen des zwischen der elektrischen Maschine (3) und der Verbrennungsmaschine (2) angeordneten Schaltelementes (5) mit einer Übertragungsfähigkeit, bei der im wesentlichen kein Drehmoment über das Schaltelement (5) führbar ist, und/oder bei abgeschalteter Verbrennungsmaschine (2) im Wesentlichen von der elektrischen Maschine (3) erzeugt wird, wobei die Verbrennungsmaschine (2) bei Vorliegen einer Anforderung zum Erzeugen eines verbrennungsmaschinenseitigen Antriebsmomentes durch Veränderung der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5) an den Parallelhybridantriebsstrang (1) angebunden wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5) bei Vorliegen einer Anforderung zum Zuschalten der Verbrennungsmaschine (2) auf den für die Zuschaltung der Verbrennungsmaschine (2) erforderlichen Wert eingestellt wird, wobei die abgeschaltete Verbrennungsmaschine (2) mit steigender Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5) zunehmend von der elektrischen Maschine (3) angetrieben wird und das daraus resultierende sowie dem Antriebsmoment (m_3) der elektrischen Maschine (3) entgegenwir kende Schleppmoment eine Störgröße für die Ermittlung der Soll-Antriebsdrehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) darstellt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsmaschine (2) während des Startvorganges mittels eines Soll-Antriebsmomentverlaufes oder eines Sollantriebsdrehzahlverlaufes gesteuert betrieben wird und das Schaltelement (5) bei zugeschalteter Verbrennungsmaschine (2) in einen synchronen Zustand überführt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5) bei zugeschalteter Verbrennungsmaschine (2) und in synchronem Betriebszustand des Schaltelementes (5) auf einen Wert eingestellt wird, zu dem ein an dem Schaltelement (5) anliegendes Drehmoment wenigstens schlupffrei übertragen wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes (5) nach dem Startvorgang der Verbrennungsmaschine (2) auf einen Wert eingestellt wird, zu dem das Schaltelement (5) in einen Schlupfbetrieb übergeht und die Verbrennungsmaschine (2) störungsfrei auf dem Niveau der Leerlaufdrehzahl betrieben wird, wenn Soll-Antriebsdrehzahl (n_3_soll) der elektrischen Maschine (3) kleiner als die Leerlaufdrehzahl der Verbrennungsmaschine (2) ist.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftfluss des Parallelhybridantriebsstranges (1) zwischen der elektrischen Maschine (3) und dem Abtrieb des Fahrzeuges im Bereich des Getriebes (4) durch Überführen einer reibschlüssigen Kupplung des Getriebes (4) in einen Schlupfbetrieb oder durch vollständiges Öffnen eines Schaltelementes des Getriebes (4) herabgesetzt oder vollständig unterbrochen wird, dass das am Abtrieb während des Startvorganges der Verbren nungsmaschine (2) anliegende Abtriebsmoment im Wesentlichen Null ist, wenn ein Stillstand des Fahrzeuges durch eine übergeordnete Fahrstrategie oder durch eine fahrerseitige Betätigung des Bremspedales oder einer Feststellbremse angefordert wird und/oder ein Starten der Verbrennungsmaschine (2) aufgrund eines geringen Ladezustandes eines der elektrischen Maschine (3) zugeordneten elektrischen Speichers erforderlich ist.
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