Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem Elektro-Antriebsmotor (auch elektrische Maschine oder kurz Elektromotor genannt) und einem

Verbrennungsmotor (auch Verbrennungskraftmaschine (VKM) genannt), die jeweils einzeln oder gemeinsam verwendet werden können, um ein meist an einem Getriebeausgang des Fahrzeugs angefordertes Antriebsmoment zu erbringen. Die EP 2 911 928 B1 betrifft ein Verfahren zur Drehschwingungsberuhigung in einem Antriebsstrang, welcher eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Hubkolbenmaschine, und zumindest eine mit dieser verbundene zusätzliche Maschine, insbesondere elektrische Maschine, aufweist, wobei während zumindest einer ersten Phase von der Brennkraftmaschine ein

Drehmomentimpuls in den Antriebsstrang eingeleitet wird, und wobei durch die zusätzliche Maschine gezielt zumindest ein Drehmomentimpuls zur

Drehschwingungsberuhigung generiert wird, wobei der Drehmomentimpuls der zusätzlichen Maschine phasenversetzt zum Drehmomentimpuls der

Brennkraftmaschine in den Antriebsstrang während zumindest einer auf die erste Phase folgenden zweiten Phase eingebracht wird. Dabei beschäftigt sich die EP 2 911 928 B1 damit, eine komforterhöhende Lösung für herkömmliche

Brennkraftmaschinen mit drei und weniger Zylindern zu schaffen, die aus vibrations- und drehschwingungstechnischer Sicht nachteilig sind. Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Steuereinheit und einem Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebes unter Beibehaltung der Verbrauchsreduzierung den Komfort und die Dynamik des Fahrzeugs zu verbessern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sind vorteilhafte

Weiterbildungen der Erfindung.

Die unabhängigen Patentansprüche stellen sowohl eigenständige erfinderische Alternativen als auch in Kombination umsetzbare technische Lehren dar.

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, mindestens einen

Drehschwingungstilger und eine elektronische Steuereinheit umfasst, wobei der Drehschwingungstilger auf die optimale Schwingungsdämpfung bei voller

Zylinderanzahl des Verbrennungsmotors bei verbrennungsmotorischem Betrieb ausgelegt ist.

Weiterhin ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass die elektrische Maschine im rein elektromotorischen Betrieb die (alle) zylinderzündungsabhängigen Drehmomentanregungen des abgeschalteten Verbrennungsmotors bis zum Wiedereinschalten des Verbrennungsmotors zumindest nahezu gleichermaßen mittels elektromotorisch erzeugter Drehmomentanregungen simuliert. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinheit derart ausgestaltet, dass die elektrische Maschine bei Betrieb mit nur teilabgeschalteten Zylindern des Verbrennungsmotors die fehlenden zylinderzündungsabhängigen

Drehmomentanregungen der abgeschalteten Zylinder zumindest nahezu gleichermaßen bis zum Wiedereinschalten aller Zylinder des

Verbrennungsmotors ergänzt. Ein Teilzylinderbetrieb oder ein Betrieb mit teilabgeschalteten Zylindern bedeutet, dass einige Zylinder des

Verbrennungsmotors nicht befeuert werden und somit keine

Drehmomentanregungen liefern. Eigenschaft eines Drehschwingungstilgers (insbesondere

Drehmassenschwingers) ist, dass schwingend gelagerte Dämpfungsmassen auf die zylinderzahlspezifischen Anregungen des Verbrennungsmotors funktional abgestimmt sind.

Der Erfindung liegen folgende zwei Grund-Erkenntnisse zugrunde, die sowohl entweder jede für sich oder auch in Kombination miteinander relevant sind:

1. Grunderkenntnis:

Erhalt der Dämpfungswirkung eines Drehschwingungstilgers, vorzugsweise in Form eines drehzahlsensitiven Massenschwingers, in einem hybridischen Antriebsstrang im elektrischen Fahrmodus:

Erfindungsgemäß wird in einem hybridischen Antriebsstrang mit P1- oder P2- Topologie (Fig. 1) als Maßnahme zur Dämpfung bzw. Tilgung der

Drehschwingungen des Verbrennungsmotors ein Drehschwingungstilger (insbesondere Drehmassenschwinger) vorgesehen, dessen schwingend gelagerten Dämpfungsmassen auf die zylinderzahlspezifische Anregung des Verbrennungsmotors funktional abgestimmt ist.

In einem elektrischen Fahrmodus entfällt typischerweise die Anregung durch den Verbrennungsmotor, wobei der Drehmassenschwinger bzw. der

Drehschwingungstilger die dämpfenden Eigenschaften verliert.

Beim plötzlichen Wiedereinsetzen des Verbrennungsmotors durch seinen Zustart nach einem rein elektrischen Fahren benötigen die schwingenden Drehmassen eine endliche Zeit, um die dämpfende Wirkung zu entfalten. Somit kann es zu Komfortbeeinträchtigungen beim Übergang vom rein elektrischen Fahren zum hybridischen und/oder verbrennungsmotorischen Fahren kommen, insbesondere in P1 -Architekturen oder in P2 -Architekturen, die in einem simulierten P1 -Modus genutzt werden, das heißt ein elektrisches Fahren mit geschlossener

Trennkupplung realisieren.

Gemäß der erfindungsgemäßen ersten Idee wird daher im rein elektrischen

Fahren dem Drehmoment der elektrischen Maschine ein der Anregung durch die Zylinder des Verbrennungsmotors ähnlicher Drehmomentverlauf aufgeprägt, mit dem Ziel, den nachgelagerten Drehschwingungstilger bzw. Drehmassenschwinger hinsichtlich seiner dämpfenden Wirkung in Funktion zu halten.

2. Grunderkenntnis:

Einsatz mindestens eines bestimmten Drehschwingungsdämpfersystems in Form eines Drehschwingungstilgers, vorzugsweise als Kombination aus

Drehschwingungsdämpfer und Drehschwingungstilger, und Aufrechterhaltung der Dämpfung dieses Drehschwingungstilgers (insbesondere ausgeführt als drehzahlsensitiver Massenschwinger oder Fliehkraftpendel) bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen basierend auf Motorordnungen des Verbrennungsmotors mittels entsprechender Drehmomentanregungen aus der elektrischen Maschine:

Die Erkenntnis basiert auf einer Analyse des Schwingungsverhaltens eines Hybrid-Antriebsstrangs mit mindestens einem drehzahlsensitiven

Drehschwingungstilger, vorzugsweise Massenschwinger, bei einer selektiven Zylinderabschaltung.

Im Antriebsstrang wird erfindungsgemäß mindestens ein

motorordnungsspezifischer Drehschwingungstilger integriert, der eine (möglichst vollständige) Dämpfung der Drehzahlschwingungen im Antriebsstrang vorzugsweise für vergleichsweise niedrige Drehzahlen gewährleistet. Diese sind auf die Anregungsordnungen bei Betrieb mit voller Zylinderzahl des

Verbrennungsmotors abgestimmt. Im Falle eines Betriebs des

Verbrennungsmotors mit (teilweiser) Zylinderabschaltung verlieren diese

Drehschwingungstilger einen Großteil ihrer Wirkung aufgrund der sich ändernden anregenden Motorordnung.

Zur Aufrechterhaltung der dämpfenden Wirkung wird weiterhin erfindungsgemäß im Falle der (teilweisen) Zylinderabschaltung durch die elektrische Maschine, welche vorzugsweise zwischen dem Verbrennungsmotor und dem

Drehschwingungstilger (insbesondere in Form eines drehzahlsensitiven

Massenschwingers) integriert ist, die Anregungsfrequenz der Motorordnung bei Vollzylinderbetrieb für den drehzahlsensitiven Massenschwinger (DSM) aufrechterhalten. Dabei stellt die elektrische Maschine eine frequenzgesteuerte Drehmomentquelle dar, die durch gezielte elektromotorisch erzeugte Drehmomentanregungen die Drehmomentanregungen der abgeschalteten Zylinder des Verbrennungsmotors ergänzt. Dazu wird zeitlich synchron zu den fehlenden Drehmomentanregungen des abgeschalteten Zylinders eine

Drehmomentanregung mit ähnlicher Amplitude und Ausformung durch die elektrische Maschine eingeleitet.

Vorzugsweise ist zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine ein zusätzlicher Drehschwingungsdämpfer, z.B. in Form einer

Federstufe integriert, um die Drehmomentanregungen des Verbrennungsmotors vorzubedämpfen, so dass die Drehmomentanregungen durch die elektrische Maschine nicht auf dem Niveau der Drehmomentanregungen des

Verbrennungsmotors erfolgen müssen.

Der Erfindung liegen noch folgende weiterbildende Erkenntnisse zugrunde: Bei einem Wiederstart des Verbrennungsmotors und der nötigen Zugkraft-

Überbrückung durch die elektrische Maschine bis zur Zugkraftübernahme durch den befeuerten Verbrennungsmotor werden unerwünscht erhebliche Energien aufgewendet und es vergeht Zeit. Bei bekannten Hybridantrieb-Topologien mit einer Trennkupplung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor wird in der Regel bei rein

elektrischem Fahren der Verbrennungsmotor durch Öffnen der Trennkupplung abgekoppelt. Rein elektrisches Fahren mit geschlepptem bzw. gekoppeltem Verbrennungsmotor wurde bisher aufgrund der hohen Schleppmomente nicht angewendet.

Die Erfindung sieht in einer vorteilhaften Weiterbildung vor, bei vorgegebenen Betriebsbedingungen, insbesondere im Zustand des rein elektrischen Fahrens und/oder beim Rekuperieren, den Verbrennungsmotor nicht abzukoppeln (wenn überhaupt möglich), sondern das Schleppmoment des Verbrennungsmotors bestmöglich abzusenken.

Dabei wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, insbesondere Gaswechsel- Ventilsteuervorrichtungen (für Zylindereinlass- und Zylinderauslassventile), die eigentlich zur Füllungssteuerung bei befeuertem Verbrennungsmotor vorgesehen sind, im Sinne eines zumindest nahezu vollständigen, vorzugsweise kompletten, dauerhaften Schließens der Ein- und Auslassventile im unbefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors anzusteuern. Vorzugsweise wird der unbefeuerte, geschleppte Betrieb des Verbrennungsmotors bei derart geschlossenen Einlass- und Auslassventilen entweder bei rein elektrischem Fahren (positives

Antriebsmoment) zu bestimmten Bedingungen oder beim Rekuperieren

(negatives Antriebsmoment) zu bestimmten Bedingungen aktiviert.

Mit der erfindungsgemäßen Weiterbildung werden also im unbefeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors sowohl bei Hybridarchitekturen, welche eine feste Kopplung der elektrischen Maschine zum Verbrennungsmotor aufweisen als auch bei Hybridarchitekturen, die eine Trennkupplung zwischen

Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine aufweisen, mittels Verschließen der Ein- und Auslassventile am Verbrennungsmotor das Schleppmoment signifikant reduziert.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung für den Verschluss der Ventile sowohl beim geschleppten rein elektrischen Fahren als auch beim geschleppten Rekuperieren ist einlassseitig eine vollvariable Ventilhubsteuerung und auslassseitig eine einfache Abschaltung des Ventiltriebs mittels einer

Schaltaktuatorik. Zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus einer möglichen Ventilsteuervorrichtung für vollvariable Ventilhubsteuerung wird beispielsweise auf die DE 101 23 186 A1 hingewiesen. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen

Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm in einer Steuereinheit verwendet. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor der Steuereinheit (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang, der

wahlweise als P1 oder P2 Architektur ausgestaltet sein kann, und mit einer elektronischen Steuereinheit zur erfindungsgemäßen Ansteuerung der elektrischen Maschine als Elektro-Antriebsmotor,

Fig. 2 eine erste Alternative zur erfindungsgemäßen Ansteuerung der

elektrischen Maschine und

Fig. 3 eine zweite Alternative zur erfindungsgemäßen Ansteuerung der

elektrischen Maschine.

Fig. 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 3 und eine elektrische Maschine (Elektromotor) 5, die einzeln oder zusammen genutzt werden können, um ein Antriebsmoment für ein Fahrzeug 1 zu generieren. Der Verbrennungsmotor 3 und die elektrische Maschine 5 sind derart angeordnet, dass sich die durch den jeweiligen Antriebsmotor generierten Momente zu einem Gesamt- Antriebsmoment addieren, das z.B. über ein Getriebe 7 und eine Abtriebswelle des Getriebes 7 in der Regel auf mindestens zwei Antriebsräder des Fahrzeugs 1 übertragen wird. Die elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine 5 wird in einem (hier nicht näher dargestellten) elektrischen

Energiespeicher (z. B. 48V Batterie oder Hochvoltspeicher) gespeichert.

Das Fahrzeug 1 umfasst weiterhin eine elektronische Steuereinheit 10 (z.B. ein Motor-Steuergerät), die eingerichtet ist, ein angefordertes Gesamt- Antriebsmoment zu bestimmen. Das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment kann z.B. über ein Fahrpedal von dem Fahrer des Fahrzeugs 1 vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Fahrer das Fahrpedal betätigen, um ein erhöhtes Gesamt-Antriebsmoment anzufordern. Die Steuereinheit 10 kann eingerichtet sein, das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment in ein erstes Moment für den Verbrennungsmotor 3 und in ein zweites Moment für die elektrische Maschine 5 aufzuteilen. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 10 kann eingerichtet sein, den Verbrennungsmotor 3 und die elektrische Maschine 5 in Abhängigkeit von einem angeforderten Gesamt-Antriebsmoment zu betreiben.

Des Weiteren zeigt Fig. 1 eine optionale Trennkupplung 8, durch die der Verbrennungsmotor 3 und der Elektromotor 5 entkoppelt werden können. Mit dieser Trennkupplung 8 liegt eine sogenannte P2-Hybrid-Topologie vor. Ohne die Trennkupplung 8 liegt eine sogenannte P1-Hybrid-Topologie vor.

Ein Drehschwingungsdämpfer 4 ist vorzugsweise in Form eines Federtilgers zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Elektromotor 5 angeordnet. Ein Drehschwingungstilger 9, beispielsweise in Form eines Fliehkraftpendels, ist dem Elektromotor 5 nachgeschaltet.

Der Verbrennungsmotor 3 weist vorzugsweise eine erste Ventilsteuervorrichtung zum Schließen der Einlassventile und eine zweite Ventilsteuervorrichtung zum Schließen der Auslassventile auf, die in Kombination mit einem Funktionsmodul zur Schleppmoment-Reduzierung in der Steuereinheit 10 durch Schließen der Ein- und Auslassventile eine wirkungsvolle Schleppreduzierung ermöglicht. Schließlich ist vorzugsweise vor oder im Getriebe 7 ein Anfahrelement 6 in Form einer Kupplung oder eines Drehmomentwandlers mit Überbrückungskupplung vorgesehen. Die Vorrichtungen zur Schleppmomentreduzierung sind in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 2 angedeutet.

Der Verbrennungsmotor 3 eines Hybridantriebs kann zumindest zeitweise teilweise oder vollständig deaktiviert werden, z.B. bei einem (ggf. rein) elektrischen Betrieb des Hybridantriebs und/oder bei einem Rekuperieren im sogenannten Schubbetrieb, wenn die Räder des Fahrzeugs die Abtriebswelle antreiben. Die Antriebswelle des deaktivierten Verbrennungsmotors 3 kann somit in einem unbefeuert geschleppten Betrieb von der elektrischen Maschine 5 (bei geschlossener Trennkupplung 8) und/oder von den Rädern des Fahrzeugs 1 angetrieben und/oder mitgedreht werden. Ein unbefeuert geschleppter Betrieb des Verbrennungsmotors 3 hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor 3 kurzfristig und in effizienter Weise wieder befeuert werden kann, um

Antriebsdrehmoment zum Gesamtantrieb des Fahrzeugs 1 beizusteuern.

Die Drehschwingungstilger 9 ist erfindungsgemäß auf die optimale

Schwingungsdämpfung bei voller Zylinderanzahl (hier 4) des

Verbrennungsmotors 3 bei verbrennungsmotorischem Betrieb ausgelegt. Mittels Fig. 2 wird die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten Alternative schematisch bzw. qualitativ dargestellt:

Die Steuereinheit 10 ist derart ausgestaltet, dass die elektrische Maschine 5 im rein elektromotorischen Betrieb die zylinderzündungsabhängigen

Drehmomentanregungen Z1 bis Z4 des abgeschalteten Verbrennungsmotors 3 bis zum Wiedereinschalten des Verbrennungsmotors 3 zumindest nahezu gleichermaßen als elektromotorische Drehmomentanregung ME (Z1 ^' bis Z4 ^' ) simuliert. Mit MS ist das Summensignal der beiden Drehmomentanregungen MV und ME dargestellt.

Mittels Fig. 3 wird die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Alternative dargestellt:

Die Steuereinheit 10 ist derart ausgestaltet, dass die elektrische Maschine 5 bei nur teilabgeschalteten Zylindern (hier Z2 und Z4) des Verbrennungsmotors 3 die fehlenden zylinderzündungsabhängigen Drehmomentanregungen MV der abgeschalteten Zylinder zumindest nahezu gleichermaßen als elektromotorische Drehmomentanregungen ME (Z2 ^' und Z4 ^' ) bis zum Wiedereinschalten aller Zylinder des Verbrennungsmotors 3 ergänzt. Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor 3 im teilweise oder vollständig abgeschalteten Betrieb (ohne Verbrennung) von der elektrischen Maschine 5 mitgeschleppt oder verbleibt gekoppelt, wobei insbesondere bei einer P2- Topologie die Kupplung 8 geschlossen bleibt. Der Drehschwingungsdämpfer 4, der zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und der elektrischen Maschine 5 angeordnet ist, ist vorzugsweise als Federstufe zur Schwingungsdämpfung im gesamten Drehzahlbereich ausgestaltet.

Der Drehschwingungstilger 9, der nach der elektrischen Maschine 5 angeordnet ist, ist vorzugsweise als drehzahlabhängiges Fliehkraftpendel zur

Schwingungsdämpfung im vergleichsweise niedrigen Drehzahlbereich ausgestaltet.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.