Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einer einer Primärachse (Hinterachse oder Vorderachse) zugeordneten ersten Antriebseinheit und mit einer einer Sekundärachse (Vorderachse oder Hinterachse) zugeordneten zweiten Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit der Primärachse zumindest einen Verbrennungsmotor sowie ein Getriebe aufweist und die Antriebseinheit der Sekundärachse mindestens einen Elektroantriebsmotor aufweist.

Verschiedene Verfahren zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges sind beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen 102012 211 920, 102013208965 oder 102013219085 beschrieben.

Die deutsche Patentanmeldung 102012211 920 geht beispielsweise von einem sogenannten straßengekoppelten Hybridfahrzeug mit mindestens einem Primärmotor (z. B. Elektromotor), der als Antriebsmotor auf eine erste Achse des Hybridfahrzeugs wirkt, und mit einem Sekundärmotor (z.B. Verbrennungsmotor), der als Antriebsmotor auf eine zweite Achse des Hybridfahrzeugs wirkt, aus. Dabei sind der Primär- und der Sekundärmotor 2 nicht über eine Kupplung, sondern lediglich über die Räder durch die Straße antriebsbezogen gekoppelt. Derartige straßengekoppelte Hybridfahrzeuge werden auch als „Axle-Split“- oder Achs-Hybridfahrzeuge bezeichnet.

Die deutschen Patentanmeldungen 102012211 920 und 102013208965 beschäftigen sich mit Verfahren zum Zuschalten des Sekundärmotors.

Die Offenlegungsschrift DE 102008035451 A1 beschreibt ein Verfahren zur Optimierung eines Hybridfahrzeuges mittels einer Steuerung der Leistungsabgabe des Elektromotors derart, dass eine Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors auf einen für dessen Betriebszustand optimalen Lastpunkt gesteuert wird. Dabei bleibt die Gesamtleistung des Hybridfahrzeuges konstant. Es kann durch Einsatz des Elektromotors als Generator zum Aufladen von elektrischen Speichern des Hybridfahrzeuges die Gesamtleistung des Fahrzeuges erhöht werden. Hierbei wird der Lastpunkt des Verbrennungsmotors so geregelt, dass dieser so verbrauchsarm wie möglich betrieben werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Hybridfahrzeug eingangs genannter Art im Hinblick auf das Traktionsverhalten beim Anfahren zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Abhängige Patentansprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges ist mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit, mit einer einer Primärachse zugeordneten ersten Antriebseinheit und mit einer einer Sekundärachse zugeordneten zweiten Antriebseinheit ausgestattet. Die Antriebseinheit der Primärachse (z.B. Hybridachse, die zusätzlich zum Verbrennungsmotor einen 3

Elektromotor aufweisen kann) weist zumindest einen Verbrennungsmotor sowie ein automatisiertes Getriebe auf. Die Antriebseinheit der Sekundärachse (z.B. reine Elektroachse) weist mindestens einen Elektroantriebsmotor auf. Die Steuereinheit ist insbesondere durch ein entsprechendes Funktionsmodul (Computerprogrammprodukt) dazu ausgestaltet, als Eingangsgröße ein vorgegebenes Summen-Soll- Kriechmoment und einen Befehl zum Umschalten vom Einachsbetrieb auf den Zweiachsbetrieb mit vorgegebenem Allradfaktor zu empfangen. Anschließend stellt die Steuereinheit gemäß dem Allradfaktor ein vorgegebenes Soll-Drehmoment für den Verbrennungsmotor der Primärachse ein. Weiterhin erfasst die Steuereinheit das daraus folgende Ist- Kupplungsmoment des Getriebes, das vom Getriebesteuergerät übertragen werden kann. Stellt das Funktionsmodul der Steuereinheit eine Differenz des Ist- Kupplungsmoments zum Summen-Soll-Kriechmoment fest, gibt sie zur Kompensation dieser Differenz ein entsprechendes Soll-Drehmoment für den Elektroantriebsmotor der Sekundärachse vor.

Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:

Durch die Erfindung soll ein Allrad-Kriechen bei straßengekoppelten Achsen ohne Längsverteilergetriebe realisiert werden. Hierbei soll ein kupplungsbasierter Momentenübertrag stattfinden.

Straßengekoppelte Hybridfahrzeuge wie oben beschrieben sollen erfindungsgemäß zumindest bei vorgegebenen Bedingungen im Zweiachsbetrieb (Allradbetrieb) ankriechen können, um beispielsweise Schlupf zu vermeiden.

Ohne Verteilergetriebe können Hybridachsen bzw. Achsen mit Anfahrkupplung so gesteuert werden, dass sie nur anteilige Drehmomente 4 des Antriebswunsches übernehmen und durch entsprechende Software- Programmierung auf die andere Achse übertragen.

Bei achsgekoppelten Antrieben wird das Kriechmoment insbesondere durch das Getriebesteuergerät vorgegeben und bisher immer zu 100% von der angekoppelten Getriebeachse (Primärachse bzw. Hybridachse) umgesetzt.

Bisher ist kein Kriechen im Allrad- bzw. Zweiachsbetrieb bei Hybridfahrzeugen ohne Längsverteilergetriebe vorgesehen.

Gemäß der Erfindung sendet beispielsweise das Getriebesteuergerät selbst an die elektronische Steuereinheit, die für die zentrale Steuerung der Drehmomente der Antriebseinheiten vorgesehen ist, ein Summen-Soll- Kriechmoment und ein Ist-Moment, das die Kupplung jeweils aktuell absetzt. Dieses Summen-Soll-Kriechmoment wird durch die elektronische Steuereinheit als Einzel-Soll-Momente auf die Hybrid- und die E-Achse verteilt.

Das Getriebesteuergerät versucht die die Kupplung(en) derart anzusteuern, dass das „allradig“ verteilte Soll-Kupplungsmoment aus dem Summen-Soll- Kriechmoment erreicht wird. Verbleibt jedoch eine Differenz, wird die E- Achse zur Kompensation dieser Differenz zwischen dem Summen-Soll- Kriechmoment zum Ist-Kupplungsmoment angesteuert.

Mit anderen Worten sendet insbesondere das Getriebesteuergerät der elektronischen Steuereinheit (als zentraler Antriebseinheit bzw. als Hybrid- Master) ein Summen-Soll-Kriechmomnt, welches auf beide Achsen aufgeteilt wird und als anteiliges Sollmoment an das Getriebe zurückgesendet wird. Das Getriebe meldet ein aktuell übertragenes Kupplungsmoment.

Der Hybridmaster koordiniert die Differenz aus Summen-Soll-Kriechmoment und Kupplungsmoment auf die zweite Achse. 5

Das Getriebesteuergerät könnte selbständig aufgrund eines festgelegten Allrad-Verhältnisses oder eines durch ein anderen System kommuniziertes Allradverhältnis („AWD Faktor“) im Kriechbereich nicht das komplette Summmen-Soll-Kriechmoment umsetzen; dann ist das Kupplungsmoment kleiner als das Summen-Soll-Kriechmoment und die E-Achse (Elektromaschine der Sekundärachse) übernimmt die Differenz, die zum Kriechen im Allrad- bzw. Zweiachsbetrieb erforderlich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebskonzept handelt es sich um einen straßengekoppelten Parallelantrieb („Axle-Split“). Kennzeichnend dafür ist eine Kopplung zwischen E-Maschine auf einer ersten Achse (E-Achse) und einem Verbrennungsmotor (mit optionalerzweiter üblicherweise kleinerer E- Maschine) auf einer anderen Achse (Hybridachse) ausschließlich über die Straße (keine mechanische oder elektrische Kopplung). Beispielhaft wird in dieser Erfindung ein Ausführungsbeispiel betrachtet, in welchem sich der Verbrennungsmotor an der Hinterachse als Primärachse und die (erste) E- Maschine an der Vorderachse als Sekundärachse befinden. Ebenso kann erfindungsgemäß auch der Verbrennungsmotor an der Vorderachse als Primärachse und die E-Maschine an der Hinterachse als Sekundärachse befinden.

Details der Erfindung werden im hier folgenden Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit den für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wesentlichen Komponenten und

Fig. 2 eine Diagrammdarstellung zur Funktionsweise des durch die erfindungsgemäße elektronische Steuereinheit durchführbaren Verfahrens. 6

In Fig. 1 ist ein sogenanntes straßengekoppeltes Hybridfahrzeug F mit einem ersten Elektroantriebsmotor 1 als Antriebseinheit der Vorderachse VA (hier als Sekundärachse definiert) und mit einem Verbrennungsmotor 3 als eine Antriebseinheit der Hinterachse HA (hier als Primärachse definiert) dargestellt. Die Antriebseinheit der Hinterachse HA kann einen zweiten Elektromotor 2 zusätzlich zum Verbrennungsmotor 3 enthalten. Weiterhin ist ein Automatikgetriebe 4 (insbesondere ein DKG-Getriebe ohne Drehmomentwandler) mit mindestens einer steuerbaren Kupplung 6 eingangsseitig mit dem Verbrennungsmotor 3 verbindbar. Analog ist die Erfindung auch für eine anders angeordnete Reihenfolge der Komponenten 2, 3 und 4 anwendbar; z.B. auch für eine Anordnung, bei der der Elektromotor 2 zwischen dem Verbrennungsmotor 3 und dem Automatikgetriebe 4 angeordnet ist. Auch könnten bei einem anderen erfindungsgemäßen straßengekoppelten Hybridfahrzeug die Vorderachse VA von einem Verbrennungsmotor und die Hinterachse von einem Elektromotor angetrieben werden. Schließlich weist das Hybridfahrzeug einen elektrischen Energiespeicher 7 auf, der insbesondere bei generatorischem Betrieb der Elektroantriebsmotoren 1 und/oder 2 aufladbar ist. Dem Getriebe 4 ist ein Getriebesteuergerät 8 zugeordnet, das mit der erfindungsgemäßen Antriebs- Steuereinheit 5 kommuniziert.

Das Verfahren zur Steuerung des Betriebs des Hybridfahrzeuges wird durch das elektronische Steuergerät 5 durchgeführt, das ein entsprechend programmiertes Funktionsmodul 10 sowie Verbindungen zu den erforderlichen Sensoren und Aktuatoren aufweist. Erfindungsgemäß ist das Funktionsmodul 10 beispielsweise in Form eines Software-Programmteils (Com puterprogramm produkt) realisiert, auf dessen Ausgestaltung und Funktionsweise durch die Beschreibung der Fig. 2 näher eingegangen wird: 7

Fig. 2 zeigt die Zusammenhänge der Parameter, die durch die erfindungsgemäße Steuereinheit 5 verarbeitet werden: Vorgegeben wird das Summen-Soll-Kriechmoment M_soll_K_ges, beispielsweise durch das Getriebesteuergerät 8. Wenn das Kupplungsmoment M_ist_G im Getriebe 4 durch das Sollmoment M_soll_1 des Primärantriebs 3 (und ggf. 2) nicht zum Erreichen des Summen-Soll-Kriechmoment M_soll_K_ges regelbar ist, kompensiert das Sollmoment M_soll_2 des Sekundärantriebs 1 die Differenz D des Ist-Kupplungsmoments M_ist_G zum Summen-Soll-Kriechmoment M_soll_K_ges.

Vorzugsweise wird das Summen-Soll-Kriechmoment M_soll_K_ges vom Getriebsteuergerät 8 vorgegeben, wenn die elektronische Steuereinheit 5 selbst- oderfremd-erzeugt einen Befehl zum Wechsel vom Allradfaktor 100% - also vom Einachsbetrieb mit der Primärachse HA - auf einen Zweiachs- bzw. Allradbetrieb (z.B. 50%) erhält.

Mit anderen Worten:

Bei einer Steuervorrichtung zum Betrieb eines straßengekoppelten Hybridfahrzeuges mit mindestens einer elektronischen Steuereinheit 5, mit einer einer Primärachse HA zugeordneten ersten Antriebseinheit 2 (und ggf. 3) und mit einer einer Sekundärachse VA zugeordneten zweiten Antriebseinheit 1 weist die Antriebseinheit der Primärachse HA zumindest einen Verbrennungsmotor 3 sowie ein Automatikgetriebe 4 mit automatisch regelbarer Kupplung 6 auf und die Antriebseinheit der Sekundärachse VA weist mindestens einen Elektroantriebsmotor 1 auf. Die Steuereinheit 5 ist dazu ausgestaltet, als Eingangsgröße ein vorgegebenes Summen-Soll- Kriechmoment M_soll_K_ges und einen Befehl zum Umschalten vom Einachsbetrieb auf den Zweiachsbetrieb mit vorgegebenem Allradfaktor (AWD) zu empfangen. Anschließend stellt die Steuereinheit 5 durch ein entsprechend programmiertes Funktionsmodul 10 gemäß dem Allradfaktor AWD ein vorgegebenes Drehmoment M_soll_1 für den Verbrennungsmotor 3 8 der Primärachse HA ein. Weiterhin erfasst die Steuereinheit 5 das daraus folgende Ist-Kupplungsmoment M_ist_G des Getriebes 4, das vom Getriebesteuergerät 8 übertragen wird. Stellt das Funktionsmodul 10 eine Differenz D des Ist- Kupplungsmoments M_ist_G zum Summen-Soll- Kriechmoment M_soll_K_ges fest, gibt sie zur Kompensation dieser Differenz D ein entsprechendes Drehmoment M_soll_2 für den Elektroantriebsmotor 1 der Sekundärachse VA vor.

Vorzugsweise wird das Summen-Soll-Kriechmoment M_soll_K_ges vom Getriebesteuergerät 8 bei unbetätigtem Fahrpedal FP und bei einer Fahr- Position „D“ oder „R“ eines mit dem Getriebesteuergerät 8 verbundenen Wählschalters 9 vorgegeben.

Insbesondere wird der Befehl zum Umschalten vom Einachsbetrieb auf den Zweiachsbetrieb mit vorgegebenem Allradfaktor AWD bei Auftreten von Schlupf im Stillstand erzeugt.