DE102007047589A1

DE102007047589A1 - Dynamik Stopp bei Parallelhybrid

Info

Publication number: DE102007047589A1
Application number: DE102007047589A
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Falkenstein; Christian Muehlbauer; Frank Steuernagel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-09
Also published as: WO2009047111A2; WO2009047111A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Deaktivieren des Verbrennungsmotors eines Parallel-Hybridantriebs, der den Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine steuerbare Trennkupplung umfasst, die den Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor verbindet. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen eines Abkopplungssignals und, bei Erfassen des Abkopplungssignals, Ändern der Drehzahlsteuerung durch Blockieren einer Steuerung der Verbrennungsmotor-Drehzahl abhängig von einem Fahrerwunsch und Ansteuern des Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl, die zu einem Momentenübertrag vom Verbrennungsmotor auf die Kupplung von im Wesentlichen Null entspricht. Nachdem die Steuerung der Verbrennungsmotor-Drehzahl abhängig von einem Fahrerwunsch blockiert wurde, wird die Trennkupplung geöffnet. Ferner betrifft die Erfindung eine zugehörige Steuerung.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Steuerverfahren für einen Parallel-Hybridantrieb. Ein Parallel-Hybridantrieb hat den gleichen Aufbau wie ein konventioneller Arbeitsstrang eines Verbrennungsmotorantriebs, jedoch befinden sich zusätzlich zwischen Getriebe und Verbrennungsmotor eine E-Maschine und eine Trennkupplung, die den Verbrennungsmotor von dem Antriebsstrang trennen kann. Der Verbrennungsmotor und die E-Maschine sind somit hintereinander geschaltet, wobei eine Trennkupplung regelt, ob ein Drehmoment, das von dem Verbrennungsmotor erzeugt wurde, über den Elektromotor an den Abtrieb geleitet wird.
Steuerverfahren, die die Momentenkoordination, d. h. die Aufteilung der Momentenerzeugung, vorsehen, erzeugen bei starken Regeländerungen, insbesondere beim kompletten Abschalten des Verbrennungsmotors, ein unangenehmes Fahrverhalten, das sich als Ruckeln äußert.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Motorsteuerung für einen Parallelhybrid vorzusehen, der das Ausschalten eines Verbrennungsmotors eines Parallel-Hybridantriebs angenehmer gestaltet.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht das Abschalten eines Verbrennungsmotors eines Parallel-Hybridantriebs, ohne das Fahrverhalten unangenehm zu beeinflussen. Ferner kann eine bestehende Momentenkoordinationsstruktur verwendet werden, die beispielsweise in Form einer kombinierten Motorensteuerung vorgesehen ist. Dies erlaubt das Stoppen des Verbrennungsmotors während der Fahrt, d. h. den Übergang zum vollständigen Elektroantrieb, ohne dass dies für den Fahrer spürbar ist.
Das der Erfindung zugrunde liegende Konzept besteht darin, die Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor zunächst lastfrei einzustellen, um daraufhin die Trennkupplung zu öffnen. Da die Trennkupplung lastfrei ist, d. h. das gesamte Antriebsmoment vom nachgeschalteten Elektromotor erzeugt wird, hat das Antriebsverhalten des Verbrennungsmotors keinen Einfluss auf das Fahrverhalten, so dass das vom Verbrennungsmotor erzeugte Antriebsmoment während des Abschaltens das Fahrverhalten nicht beeinflusst. Dazu werden die Momentengrenzen des Verbrennungsmotors bzw. das Soll-Erzeugungsdrehmoment des Verbrennungsmotors so vorgegeben, dass die Seite der Trennkupplung, die dem Verbrennungsmotor zugewandt ist, synchron mit der Seite ist, die dem Elektromotor zugewandt ist, so dass die Trennkupplung kein Moment des Verbrennungsmotors in den nachfolgenden Antriebsstrang überträgt. Hierzu kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors und/oder dessen Moment als Regelgröße geregelt werden. Ein Signal, das dem Fahrerwunsch entspricht, beispielsweise ein Signal, das von dem Fahrpedal stammt, wird das Fahrerwunschsignal vollständig an den Elektromotor weitergeben, wobei der Verbrennungsmotor Signale erhält, die darauf ausgerichtet sind, die Trennkupplung lastfrei vorzusehen. Vorzugsweise erhält die Motorensteuerung ein Signal, gemäß dem der Verbrennungsmotor nicht mehr als Antriebsaggregat zur Verfügung steht. Die Steuerung, welche die Momentenkoordination vornimmt, beachtet somit den Verbrennungsmotor nicht mehr und setzt diesen nicht mehr zur Momentenerzeugung ein, sondern gibt den Fahrerwunsch nur noch an die E-Maschine weiter. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Fahrerwunschsignal entsprechend umgeleitet wird und der Signalweg zum Verbrennungsmotor blockiert wird.
Nachdem somit der Verbrennungsmotor kein Drehmoment mehr erzeugt, die E-Maschine das vollständige Antriebsdrehmoment erzeugt und der Fahrerwunsch nicht an den Verbrennungsmotor bzw. dessen Steuerung, sondern an die E-Maschine weitergeleitet wird, wird die Trennkupplung geöffnet. Da die Trennkupplung beim Öffnen kein Moment überträgt (schließlich ist sie aufgrund der Verbrennungsmotorsteuerung belastungsfrei), wird der Antriebsstrang durch das Öffnen der Trennkupplung nicht beeinflusst oder angeregt.
Nachdem die Kupplung geöffnet worden ist, wird der Verbrennungsmotor gestoppt. Alternativ kann der Verbrennungsmotor auch während oder kurz vor dem Öffnen der Trennkupplung gestoppt werden. Dies hängt von dem Verhalten des Verbrennungsmotors während der Stoppphase ab, da diese derart gestaltet werden kann, dass trotz Verbindung mit dem Elektromotor der Verbrennungsmotor den Antrieb nicht wesentlich beeinflusst.
Die verschiedenen Schritte, d. h. Schritt 1: lastfreies Vorsehen der Trennkupplung durch Steuern des Verbrennungsmotors, Stufe 2: Mitteilen der Motorsteuerung, dass der Verbrennungsmotor nicht mehr zur Verfügung steht und dass der Fahrerwunsch nur noch an die E-Maschine weiterzugeben ist, Schritt 3: Öffnen der Trennkupplung und Schritt 4: Stoppen des Verbrennungsmotors, können auch zeitlich miteinander kombiniert werden. Vorzugsweise werden die Schritte 2–4 während des gleichen Zeitintervalls ausgeführt. Vorzugsweise wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors über eine Leerlaufregelung konstant gehalten, um ein Aufheulen des Motors zu verhindern, wenn die Trennkupplung öffnet oder geöffnet ist. Zudem kann für den Verbrennungsmotor beim Öffnen oder nach dem Öffnen der Trennkupplung eine vorgegebene Drehzahländerung angesteuert werden, beispielsweise das Verringern der Drehzahl in Form einer Rampe.
Der Verbrennungsmotor kann auch schon abgestellt werden, während Vorbereitungen zum Öffnen der Trennkupplung getroffen werden, um zum einen einer Zeitverzögerung des Verbrennungsmotors Rechnung zu tragen, die zwischen der Ist-Eingabe und der Reaktion des Verbrennungsmotors liegt, und zum anderen, um der Zeitdauer Rechnung zu tragen, die während des Abstellvorgangs des Verbrennungsmotors verstreicht. Der Verbrennungsmotor wird durch entsprechende Signale an die Verbrennungsmotorsteuerung abgestellt, die beispielsweise die Drehzahl verringert, den Führungsgrad verringert und/oder den Zündwinkel an eine geringere Drehzahl und an ein geringeres Drehmoment anpasst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst somit das Steuern von drei verschiedenen Komponenten: Der Momentensteuerung, die das Drehmoment des Verbrennungsmotors und des E-Motors steuert, die Trennkupplung und die Steuerung des Verbrennungsmotors. Zunächst wird ein Signal erkannt, demgemäß der Verbrennungsmotor abzustellen ist, wobei dies automatisch von einer weiteren Steuerung oder von einem Fahrer durch entsprechende Betätigung eines Tasters erzeugt werden kann. Zunächst wird die Trennkupplung lastfrei gefahren, so dass die Momentensteuerung, d. h. die Momentenkoordination, ein Signal empfängt, demgemäß ein Differenzdrehmoment von Null an der Trennkupplung einzustellen ist. Daraufhin wird die Momentensteuerung auf 100%igen Elektrobetrieb umgeschaltet, indem die Momentensteuerung ein entsprechendes Umschaltsignal erhält. Ab dieser Umschaltung werden Fahrerwunschsignale nicht mehr an die Verbrennungsmotorsteuerung, sondern nur noch an die Elektromotorsteuerung weitergegeben, da nur noch der Elektromotor an der Drehmomenterzeugung teilnimmt. Daraufhin wird die Trennkupplung geöffnet, wobei in diesem Schritt die Trennkupplung ein Öffnungssignal erhält. Das Öffnungssignal kann eine entsprechende Signalflanke oder ein Signalpegel sein.
Nach der Öffnung bzw. während der Öffnung der Trennkupplung wird der Verbrennungsmotor abgeschaltet, wobei dies vorgesehen wird, indem die Verbrennungsmotoransteuerung ein Abschaltsignal erhält. Das Abschaltsignal kann ein einzelnes, bestimmtes Signal sein, oder kann durch entsprechende Zündwinkel, Drehzahl oder Füllungsgradsignale vorgesehen werden, beispielsweise durch eine Vorgabe Füllungsgrad = Null oder eine Vorgabe Drehzahl = Null.
Nachdem der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, bleibt die Trennkupplung geöffnet und die Momenten- bzw. Motorsteuerung wird vollständig für den E-Motor vorgesehen. Insbesondere wird das Fahrerwunschsignal vollständig an den E-Motor weitergeleitet und die Regelung des E-Motors wird so eingestellt, dass der Elektromotor das gesamte Soll-Drehmoment erzeugt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Prinzipschaltbild eines Parallel-Hybridantriebs, und
2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Parallel-Hybridantriebs dargestellt. Ein Parallel-Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 10, der über eine Trennkupplung 20 mit einem E-Motor 30 verbunden ist. Auf den E-Motor folgt ein Getriebe 40, welches mit dem Abtrieb 50, d. h. mit den Rädern eines Fahrzeugs, verbunden ist. Die von dem Verbrennungsmotor 10 erzeugte Drehmomentkomponente, falls sie vorgesehen wird, durchläuft daher die Trennkupplung 20, den E-Motor 30, das Getriebe 40, und wird so auf die Räder 50 übertragen. Das vom E-Motor 30 erzeugte Drehmoment durchläuft das Getriebe, um auf die Räder 50 übertragen zu werden. Der E-Motor 30 befindet sich somit zwischen dem Abtrieb 50 und dem Verbrennungsmotor 10. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor 10 kann die E-Maschine 30 durch Abstellen der Erregung in einen passiven Zustand geschaltet werden, indem der Elektromotor weder ein Drehmoment aufnimmt noch eines abgibt und lediglich der Übertragung der mechanischen Leistung zwischen Trennkupplung 20 (bzw. Verbrennungsmotor 10) und dem Abtrieb 50 dient.
Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsstruktur mit einer Motorsteuerung 100, die eine Momentenaufteilung bzw. Momentenkoordination 102 sowie eine Trennsteuerung 104 umfasst. Die Motorsteuerung erhält ein Eingabesignal von einem Fahrerwunscheingang 106 und weist zwei Ausgänge aus, einen ersten Verbrennungsmotorausgang, der mit dem Verbrennungsmotor bzw. dessen Steuerung 110 verbunden ist, sowie einen E-Maschinenausgang, über den sich eine E-Maschine 130 ansteuern lässt. Der Verbrennungsmotorausgang und der E-Maschinenausgang sind mit der Momentenaufteilung 102 verbunden. Die Momentenaufteilung 102 empfängt ferner ein Fahrerwunschsignal vom Fahrwunscheingang 106. Der Fahrerwunsch kann von einer weiteren Steuerung oder von dem Fahrpedal angesteuert werden.
Die Momentensteuerung 102 kann Signale an die Verbrennungsmotorsteuerung 100 und die E-Maschinensteuerung 130 in Form von logischen Pegeln weitergeben. Alternativ kann die Momentensteuerung 102 eine Endstufenvorrichtung umfassen, mit der Verbrennungsmotor und die E-Maschine direkt angesteuert werden können. In gleicher Weise kann die Trennungssteuerung 104 logische Signale oder Hochleistungs-Ansteuersignale an Getriebe 140 und Trennkupplung 120 abgeben. Sowohl die Verbindung zwischen der Trennsteuerung 104 und dem Getriebe 140 bzw. der Trennkupplung 120 als auch die Verbindungen zwischen der Momentensteuerung 102 und dem Verbrennungsmotor 110 und der E-Maschine 130 kann mittels Ausgangsanschlüssen vorgesehen werden. Ferner können hierzu Pegelwandler und/oder Endstufen eingesetzt werden, um die angeschlossenen Einrichtungen geeignet mit elektrischer Leistung zu versorgen.
Nachdem die Trennkupplung 120 geöffnet wurde, wird das Getriebe 140 von der Trennsteuerung 104 gemäß dem Fahrerwunsch und den Betriebsparametern der elektrischen Maschine angesteuert. Die Steuerung des Getriebes 140 berücksichtigt somit nach der Öffnung der Trennkupplung 120 ausschließlich den Fahrerwunsch und die Betriebsparameter bzw. Eigenschaften des Elektromotors und keinerlei Betriebsparameter des Verbrennungsmotors.
Die Motorsteuerung bzw. die Momentenaufteilung und die Trennsteuerung können in einzelnen Modulen vorgesehen werden, die über Schnittstellen miteinander verbunden sind. Die Module selbst können mittels Hardware, Software oder einer Kombination hiervon umgesetzt werden. Insbesondere können die jeweiligen Funktionen mittels einem Mikroprozessor oder einer CPU umgesetzt werden, die Software und Daten verarbeitet, wobei die Software vorzugsweise in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert ist und die Daten Eingabe- bzw. Ausgabedaten sind, die mit den jeweiligen Signalen verknüpft sind.
Vorzugsweise sind die Trennsteuerung, die Momentensteuerung als Softwaremodule vorgesehen, die auf dem gleichen Mikroprozessor ablaufen. Zur Ansteuerung des Getriebes 140, der Trennkupplung 120, der E-Maschine 130 und des Verbrennungsmotors 110 können Schnittstellen, insbesondere Leistungsschnittstellen, vorgesehen werden. Das Fahrerwunschsignal wird vorzugsweise zeitdiskret abgetastet und in wertdiskrete Signale umgewandelt, um eine Verarbeitung durch einen Mikroprozessor zu ermöglichen.

Claims

Verfahren zum Deaktivieren des Verbrennungsmotors (10) eines Parallel-Hybridantriebs, der den Verbrennungsmotor (10), einen Elektromotor (30), und eine steuerbare Trennkupplung (20) umfasst, die den Verbrennungsmotor (10) mit dem Elektromotor (30) verbindet, mit den Schritten: Erfassen eines Abkopplungssignals; und, bei Erfassen des Abkopplungssignals: Ändern der Momentensteuerung durch Blockieren einer Steuerung der Verbrennungsmotor-Drehzahl abhängig von einem Fahrerwunsch und Ansteuern des Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl, die zu einem Momentenübertrag vom Verbrennungsmotor auf die Trennkupplung (20) von im wesentlichen null entspricht; und, nachdem die Steuerung des Verbrennungsmotor-Momentes abhängig von einem Fahrerwunsch blockiert wurde, Öffnen der Trennkupplung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (10) nach, während, oder kurz vor dem Öffnen der Trennkupplung (20) abgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trennkupplung (20) geöffnet wird, nachdem der Verbrennungsmotor (10) derart angesteuert ist, dass im Wesentlichen das gesamte Drehmoment, das an einen auf den Elektromotor (30) folgenden Abtrieb (50) geleitet wird, von dem Elektromotor erzeugt (30) wird und im wesentlichen kein Drehmoment, das an den Abtrieb (50) geleitet wird, von dem Verbrennungsmotor (10) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Blockieren, das Ansteuern, das Öffnen und das Abstellen des Verbrennungsmotors (10) im wesentlichen gleichzeitig ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (10) nach, während, oder kurz vor dem Öffnen der Trennkupplung (20) auf eine konstante Drehzahl geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Trennkupplung (20) geöffnet wird, wenn der Verbrennungsmotor (10) auf eine Drehzahl gesteuert wurde, die zu einem Momentenübertrag vom Verbrennungsmotor (10) auf die Trennkupplung (20) von im wesentlichen null führt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei, wenn der Momentenübertrag vom Verbrennungsmotor (10) auf die Trennkupplung (20) im Wesentlichen null ist, einer Momentensteuerung (100) signalisiert wird, dass der Verbrennungsmotor (10) deaktiviert ist, und, wenn der Momentensteuerung signalisiert wurde, dass der Verbrennungsmotor (10) deaktiviert ist, die Momentensteuerung ein dem Fahrerwunsch entsprechendes Fahrerwunschsignal nur noch an den Elektromotor (30) oder an eine Elektromotorsteuerung abgibt, und der Verbrennungsmotor (10) oder eine Verbrennungsmotorsteuerung ein Fahrerwunschsignal nicht erhält.
Steuerung (100) zur Momentenaufteilung in einem Parallel-Hybridantrieb, der einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor umfasst, mit einer Sperre, die eingerichtet ist, ab der Eingabe eines Verbrennungsmotor-Deaktivierungssignals die Abgabe eines ein Fahrerwunschsignals an eine Verbrennungsmotorsteuerung zu sperren, und eingerichtet ist, vor der Eingabe des Verbrennungsmotor-Deaktivierungssignals die Abgabe eines Fahrerwunschsignals an eine Verbrennungsmotorsteuerung freizugeben, wobei die Steuerung ferner eingerichtet ist, unabhängig von dem Auftreten eines Verbrennungsmotor-Deaktivierungssignals das Fahrerwunschsignal an eine Elektromotorsteuerung abzugeben und bei Auftreten eines Verbrennungsmotor-Deaktivierungssignals ein Trennkupplung-Öffnungssignal abzugeben.
Steuerung nach Anspruch 8 mit einem Eingang zum Empfang des Fahrerwunschsignals, einem Ausgang zur Abgabe eines Elektromotor-Ansteuersignals, einem Ausgang zur Abgabe eines Verbrennungsmotor-Ansteuersignals und einem Ausgang zur Abgabe eines Trennkupplung-Ansteuersignals.
Steuerung nach Anspruch 9, die ferner eingerichtet ist, ein Momentenübertragsignal zu empfangen, das den Wert des Moments angibt, das vom Verbrennungsmotor an die Trennkupplung oder umgekehrt übertragen wird; eingerichtet ist, aufgrund eines Vergleichs mit einem Schwellwert zu erkennen, ob der Momentenübertrag unter dem Schwellwert liegt, und eingerichtet ist, bei Erfassen einer Unterschreitung des Schwellwerts ein Trennkupplung-Ansteuersignal abzugeben.