Verfahren zur Aktivierung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug sowie entsprechende

Steuerung und Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs (insbesondere eines Hybridfahrzeugs) zum Antrieb des Fahrzeugs zu aktivieren sowie eine entsprechend ausgestaltete Steuerung und ein entsprechend ausgestaltetes Fahrzeug.

Die WO 02 26520 A1 offenbart einen Drehmomentmanager, welcher abhängig von einem Soll- Radmoment einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor betätigt.

Die DE 196 37 210 A1 beschreibt eine Antriebsstrangsteuerung, welche abhängig von Stellungen des Fahrpedals und des Bremspedals Antriebsquellen und verzögernde Einheiten steuert.

Die DE 698 31 468 T2 beschreibt ein Antriebssteuerungssystem, mit welchem ein Ruck verhindert wird, welcher andernfalls erzeugt würde, wenn eine Brennkraftmaschine gestartet wird, während das Fahrzeug durch einen Elektromotor betrieben wird.

Nach dem Stand der Technik wird bei einem Hybridfahrzeug, welches zum Antrieb des Fahrzeugs sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor umfasst, der Verbrennungsmotor gestartet, wenn das von dem Fahrer vorgegebene Sollmoment über demjenigen Moment liegt, welches von dem Elektromotor bereitgestellt werden kann. Da der Fahrer keine Information vorliegen hat, wann das in der Regel über das Fahrpedal vorgegebene Sollmoment größer als das von dem Elektromotor bereitgestellte Moment ist, ist es für den Fahrer schwer, sein Fahrzeug ausschließlich mit dem Elektromotor anzutreiben.

Daher stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, die Möglichkeit, ein Fahrzeug nur durch den Elektromotor zu betreiben, zumindest zu erleichtern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Aktivierung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 , durch eine Steuerung nach Anspruch 9 und durch ein Fahrzeug nach Anspruch 11 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Aktivierung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug (insbesondere für ein Hybridfahrzeug) bereitgestellt. Dabei um- fasst das Fahrzeug einen Elektromotor und den Verbrennungsmotor, welche beide zum Antrieb des Fahrzeugs ausgestaltet sind. Der Verbrennungsmotor wird automatisch aktiviert, wenn ein beispielsweise über ein Fahrpedal des Fahrzeugs vorgegebenes Sollantriebsmoment größer als eine Momentensumme ist. Dabei setzt sich diese Momentensümme aus einem von dem Elektromotor aktuell bereitstellbaren Antriebsmoment und einem Zusatzmoment, welches größer als 0 ist, zusammen. Unter dem von dem Elektromotor aktuell bereitstellbaren Antriebsmoment wird dabei das Antriebsmoment verstanden, welches zu dem jeweiligen Zeitpunkt maximal von dem Elektromotor zum Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden kann.

Indem der Verbrennungsmotor nicht bereits dann aktiviert oder gestartet wird, wenn das Sollantriebsmoment größer als das von dem Elektromotor bereitstellbare Antriebsmoment ist, sondern erst dann aktiviert wird, wenn das Sollantriebsmoment um das Zusatzmoment größer als das von dem Elektromotor bereitstellbare Antriebsmoment ist, existiert vorteilhafterweise eine Phase, in welcher der Fahrer beispielsweise mit seinem Fahrpedal das Sollantriebsmoment vergrößert (indem er das Fahrpedal weiter durchgedrückt), in welcher aber das Antriebsmoment des Fahrzeugs nicht erhöht wird, da der Verbrennungsmotor noch nicht aktiviert worden ist. Dadurch kann der Fahrer intuitiv durch entsprechend dosiertes Gasgeben (dosiertes Zustellen des Fahrpedals) den maximal verfügbaren Bereich des Elektromotors intuitiv erfassen, ohne diesen Bereich zu übertreten. Dadurch kann der Fahrer einen Wechsel in den hybridischen Fahrbetrieb (mit Aktivierung des Verbrennungsmotors) vermeiden, wodurch das Erlebnis, rein elektrisch zu fahren (was auch als "E-Fahren" bezeichnet wird) merklich erweitert wird.

Das Zusatzmoment kann dabei von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder von dem von dem Elektromotor aktuell bereitstellbaren Antriebsmoment abhängen.

Insbesondere ist das Zusatzmoment umso größer, je höher die Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. In ähnlicher Weise ist das Zusatzmoment insbesondere umso größer, je höher das verfügbare oder bereitstellbare Antriebsmoment des Elektromotors ist. Beispielsweise könnte das Zusatzmoment 50 Nm bzw. 20 Nm betragen, wenn das bereitstellbare Antriebsmoment des Elektromotors 100 bzw. 50 Nm beträgt.

Bei einer hohen Belastung des elektrischen Systems des Fahrzeugs (z.B: bei einem hohen Stromverbrauch der Klimaanlage) und bei damit verbundenen Reduktionsmaßnahmen kann das Zusatzmoment entsprechend verändert werden. Zum Beispiel könnte das Zusatzmoment umso kleiner festgesetzt werden, je größer die Belastung durch das elektrische System des Fahrzeugs ist. Gemäß einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor nur dann automatisch aktiviert, wenn ein Fahrpedalgradient größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Dabei wird unter dem Fahrpedalgradient die Geschwindigkeit verstanden, mit welcher das Fahrpedal des Fahrzeugs niedergedrückt wird.

Zur Ermittlung der Stellung des Fahrpedal das existieren zwei Möglichkeiten. Entweder entspricht die Stellung des Fahrpedals einem Winkel (dem Fahrpedalwinkel), oder die Stellung des Fahrpedals entspricht einem Abstand (einer Strecke) zwischen dem Fahrpedal und einem definierten Punkt im Fahrzeug. In jedem Fall kann über den Fahrpedalwinkel oder über die entsprechende Strecke das Sollantriebsmoment vorgegeben werden. Der Fahrpedalgradient entspricht in dem einen Fall einer Winkeldifferenz pro Zeiteinheit und im anderen Fall einer Streckendifferenz pro Zeiteinheit.

Gemäß der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor dann automatisch aktiviert, wenn zum einen das Sollantriebsmoment größer als die Summe aus dem von dem Elektromotor momentan bereitstellbaren Antriebsmoment und dem Zusatzmoment ist, und wenn gleichzeitig der positive Fahrpedalgradient größer als der vorbestimmte Schwellenwert ist. Durch diese erfindungsgemäße Ausführungsform wird ein vom Fahrer unerwünschter Start des Verbrennungsmotors beispielsweise bei steigender Drehzahl des Elektromotors und einem damit verbundenen Abnehmen des verfügbaren Moments des Elektromotors vermieden.

Der vorbestimmte Schwellenwert ist dabei insbesondere abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.

Durch diese Geschwindigkeitsabhängigkeit des Schwellenwerts soll es zu keiner für den Fahrer unerwarteten oder unbeherrschbaren Fahrzeugreaktion kommen. Daher wird vorteilhafterweise bei einer geringen Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit einem kleineren Schwellenwert gearbeitet, da der potentielle Momentenzuwachs nach der Aktivierung des Verbrennungsmotors zu einer größeren Beschleunigung des Fahrzeugs führen würde, als dies bei einer höheren Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Fall wäre. Darüber hinaus wird durch die Geschwindigkeitsabhängigkeit des Schwellenwerts verhindert, dass bei Rangiervorgängen (d.h. bei einer geringen Geschwindigkeit) eine nennenswerte Beschleunigung nach der Aktivierung des Verbrennungsmotors erfolgt, da die Aktivierung des- Verbrennungsmotors entsprechend früh (z. B. kurz nachdem das Sollantriebsmoment größer als die Summe aus dem verfügbaren Antriebsmoment des Elektromotors und dem Zusatzmoment ist) erfolgt. Nach der Aktivierung des Verbrennungsmotors wird das Istantriebsmoment des Fahrzeugs, welches sich nun aus dem von dem Elektromotor bereitgestellten Antriebsmoment und dem von dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Antriebsmoment zusammensetzt, insbesondere vergrößert, bis es dem Sollantriebsmoment entspricht. Dazu wird das von dem Verbrennungsmotor und/oder Elektromotor bereitgestellte Antriebsmoment so lange erhöht, bis dieses Istantriebsmoment dem Sollantriebsmoment entspricht. Eine Zeitdauer oder Geschwindigkeit, in/mit welcher diese Überführung durchgeführt wird, bis das Istantriebsmoment dem Sollantriebsmoment entspricht, wird dabei vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrpedalgradienten und/oder von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gewählt.

Bei der Überführung des Istantriebsmoments in das Sollantriebsmoment steht wiederum die Beherrschbarkeit des Fahrzeugs durch den Fahrer im Vordergrund; beispielsweise sollte keine abrupte _. Beschleunigung des Fahrzeugs erfolgen. Daher wird die Geschwindigkeit, mit welcher das Istantriebsmoment in das Sollantriebsmoment überführt wird, umso geringer gewählt, je geringer die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs ist. Mit anderen Worten ist der Anstieg des Istantriebsmoments flacher, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit gering ist, und steiler, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist. Der Fahrer hat allerdings die Möglichkeit, die Geschwindigkeit der Überführung und damit die Zeitdauer, bis das Istantriebsmoment dem Sollantriebsmoment entspricht, durch den Fahrpedalgradienten zu beeinflussen. Bei einem hohen Fahrpedalgradient (d.h. wenn der Fahrer das Fahrpedal rasch durchgedrückt hat) erfolgt die Überführung des Istantriebsmoments in das Sollantriebsmoment schneller (mit einer höheren Geschwindigkeit oder in einer geringeren Zeitdauer), als wenn der Fahrpedalgradient gering ist (d.h. wenn der Fahrer das Fahrpedal langsam betätigt).

Vorteilhafterweise wird das erfindungsgemäße Verfahren nur durchgeführt, wenn eine vorbestimmte Betriebsart des Fahrzeugs bzw. ein spezieller Modus der Betriebsstrategie des Fahrzeugs ausgewählt ist. Diese Betriebsart oder dieser spezielle Modus kann beispielsweise durch das Betätigen einer E-Fahrtaste aktiviert werden.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Steuerung zur Aktivierung eines Verbrennungsmotors für ein Fahrzeug bereitgestellt. Dabei ist die Steuerung derart ausgestaltet, dass die Steuerung in der Regel über die Stellung des Fahrpedals ein Sollantriebsmoment, von dem Elektromotor ein von diesem aktuell bereitstellbares Antriebsmoment sowie ein vorbestimmtes Zusatzmoment erfasst. Die Steuerung aktiviert den Verbrennungsmotor dann, wenn das erfasste Sollantriebsmoment größer als die Summe aus dem aktuell von dem Elektromotor bereitstellbaren Antriebsmoment und dem Zusatzmoment ist. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerung entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche, vorab im Detail ausgeführt sind, so dass hier auf eine Wiederholung verzichtet wird.

Schließlich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug bereitgestellt, welches einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und eine erfindungsgemäße Steuerung umfasst.

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für Hybridfahrzeuge geeignet, welche zum Antrieb des Fahrzeugs sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor umfassen. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf diesen bevorzugten Anwendungsbereich beschränkt, da die vorliegende Erfindung auch bei Schiffen, Flugzeugen sowie gleisgebundenen oder spurgeführten Fahrzeugen einsetzbar ist.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter erfindungsgemäßer Ausführungsformen im Detail mit Bezug zu den Figuren beschrieben.

In Fig. 1 sind erfindungsgemäße Verläufe des Fahrpedalwinkels, des Sollantriebsmoments und des Istantriebsmoments über der Zeit dargestellt.

In Fig. 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen

Steuerung dargestellt.

In Fig. 1 ist der Verlauf des Fahrpedalwinkels 1 , der Verlauf des Sollantriebsmoments 2 und der Verlauf des Istantriebsmoments 3 oder Vortriebsmoments eines Hybridfahrzeugs, welches zum Antrieb einen Elektromotor und einen Verbrennungsmotor umfasst, über der Zeit t dargestellt. Zum Zeitpunkt t=0 wird Elektromotor gestartet, während der Verbrennungsmotor nicht aktiviert ist, so dass das Fahrzeug zu Beginn rein elektrisch fährt.

Um das Fahrzeug zu beschleunigen, drückt der Fahrer das Fahrpedal des Fahrzeugs weiter durch, was durch den ansteigenden Verlauf des Fahrpedalwinkels 1 dargestellt ist. Der Verlauf des Sollantriebsmoments 2, welches von dem Fahrpedalwinkel 1 abhängt, entspricht im Wesentlichen dem Verlauf des Fahrpedalwinkels 1.

Zum Zeitpunkt t=x entspricht das Sollantriebsmoment 2 dem von dem Elektromotor bereitstellbaren Moment 4. Bei einem Hybridfahrzeug nach dem Stand der Technik würde also zu diesem Zeitpunkt t=x der Verbrennungsmotor gestartet werden. Erfindungsgemäß erfolgt die Aktivierung des Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt t=x noch nicht, da der Verbrennungsmotor erst dann gestartet wird, wenn das Sollantriebsmoment 2 größer als die Summe aus dem von dem Elektromotor bereitstellbarer) Antriebsmoment 4 und dem Zusatzmoment bzw. Offset 5 ist. Da der Elektromotor ab dem Zeitpunkt t=x nicht mehr in der Lage ist, das Sollantriebsmoment bereitzustellen, trennt sich zum Zeitpunkt t=x der Verlauf des Sollantriebsmoments 2 von dem Verlauf des Istantriebsmoments 3.

Diese Bedingung, dass das Sollantriebsmoment 2 gleich der Summe aus dem von dem Elektromotor bereitstellaren Antriebsmoment 4 und dem Zusatzmoment 5 ist, ist zum Zeitpunkt t=y erfüllt. Da allerdings zu diesem Zeitpunkt t=y der Fahrpedalgradient 11 unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, wird der Verbrennungsmotor noch nicht aktiviert.

Erst zum Zeitpunkt t=z liegt der Fahrpedalgradient 12 über dem vorbestimmten Schwellenwert. Da zu diesem Zeitpunkt t=z auch das Sollantriebsmoment 2 größer als die Summe aus dem von dem Elektromotor bereitstellbaren Antriebsmoment 4 und dem Zusatzmoment 5 ist, wird zu diesem Zeitpunkt t=z der Verbrennungsmotor gestartet.

Da sich das Istantriebsmoment 3 ab dem Zeitpunkt t=z durch das Antriebsmoment des Elektromotors und durch das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors zusammensetzt, steigt das Istantriebsmoment 3 ab dem Zeitpunkt t=z an. Die Steigung dieses Anstiegs oder der Gradient 13 hängt zum einen von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs und zum anderen von dem Fahrpedalgradienten 12 zum Zeitpunkt t=z ab.

Es sei darauf hingewiesen, dass der Verlauf des Vortriebmoments oder Istantriebsmoments 3 zwischen den Zeitpunkten x und z eine Art Plateau ausbildet. D.h. das Istantriebsmoment 3 bleibt nahezu konstant, obwohl der Fahrer das Fahrpedal weiter durchgedrückt hat. Der Fahrer erkennt mit anderen Worten daran, dass das Istantriebsmoment 3 nahezu konstant bleibt, obwohl der Fahrer das Fahrpedal weiter durchgedrückt hat, dass sich das Fahrzeug kurz davor befindet, den Zustand "E-Fahren" (d.h. den Zustand des rein elektrischen Fahrens) zu verlassen, da das über das Fahrpedal gewählte Sollantriebsmoment größer als das von dem Elektromotor bereitzustellende Antriebsmoment ist. Dadurch erhält der Fahrer vorteilhafterweise die Möglichkeit, entweder die Aktivierung des Verbrennungsmotors zu provozieren, indem er das Fahrpedal rasch weiter durchgedrückt und damit den Fahrpedalgradient über den vorbestimmten Schwellenwert anhebt, oder die Aktivierung des Verbrennungsmotors zu vermeiden, indem er beispielsweise das Fahrpedal leicht loslässt und damit das Sollantriebsmoment wieder in einen Bereich bringt, in welchem das Sollantriebsmoment allein von dem Elektromotor geleistet werden kann. Anders ausgedrückt spürt der Fahrer durch das Plateau vorteilhafterweise, dass er sich an der Grenze des Zustands "E-Fahren" befindet und kann daher selbst entscheiden, ob er weiter im Zustand "E-Fahren" bleiben will oder ob er diesen Zustand verlassen will. In Fig. 2 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 10 dargestellt. Neben einem Verbrennungsmotor 7, einem Elektromotor 8 und einem Fahrpedal 14 umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug 10 eine erfindungsgemäße Steuerung 9.