Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ankoppeln eines ersten Teilantriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, wie eines Pkws, eines Lkws oder eines anderen Nutzfahrzeugs, mit einer ersten Welle einer Verbrennungskraftmaschine und einer wahlweise im Generator- oder Motormodus betreibbaren ersten elektrischen Maschine an einen zweiten Teilantriebsstrang des Hybridfahrzeugs mit einer zweiten Welle und einer elektrischen Antriebsmaschine / zweiten elektrischen Maschine, vorzugsweise unter Schließen einer Kupplung, wie einer (trockenen / nassen) Reibkupplung oder einer Klauenkupplung.

Die Erfindung befindet sich somit im Bereich von Fahrzeugen mit Hybridantriebssträngen. Diese werden gebildet durch / umfassen eine E-Maschine, welche generell das Antriebsmoment erzeugen kann sowie einem weiteren dadurch ankuppelbaren Teil, beispielsweise über eine Reibkupplung, bestehend / umfassend eine Verbrennungskraftmaschine und eine weitere E-Maschine sowie eine Batterie und ein Steuergerät / Steuerelektronik. Zwischen den elektrischen Komponenten kann und soll ein Energieaustausch erfolgen.

Damit der Fahrer eines Hybridfahrzeugs beim Zuschalten einer Verbrennungskraftmaschine nichts merkt, und zwar weder akustisch noch haptisch, ist es wünschenswert den Schließvorgang jener die zwei Teilantriebsstränge des Hybridfahrzeugs verbindende Kupplung so sanft wie möglich zu gestalten. Hier gibt es zum Stand der Technik noch erheblichen Verbesserungsbedarf.

Es ist die Aufgabe der Erfindung die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beseitigen oder wenigstens zu mildem.

Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, bei dem in einem Steueroder Regelungsschritt oder auch mehreren, eine Drehzahlanpassung, das heißt mittels Anhebens oder Absenkens der Drehzahl der ersten Welle, also des ersten Teilantriebsstrangs, durch Einwirken auf die Drehzahl der ersten elektrischen Maschine, was eine Anpassung des Drehmoments der ersten elektrischen Maschine bedingt, durchgeführt wird, wobei gleichzeitig (auch) ein gleichsinniges Ändern, das heißt Anheben oder Absenken, des Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt wird, um das gleiche Leistungsniveau der ersten Welle vor der Drehzahlanpassung zu erreichen. Hintergrund ist, dass P=M n ist.

Für den sog. parallelen Modus der Fahrstrategie ist es nämlich wünschenswert / notwendig, den mechanisch ankoppelbaren Teil (über eine Reibkupplung) aus bestehend / umfassend einem / einen Verbrennungsmotor und einer / eine E- Maschine an den Rest des Triebstrangs zu koppeln. Hier wird nun besonders auf den Ankoppelvorgang eingegangen. Die Anforderungen für das Ankoppeln des Triebstrangs werden dabei von der Hybridstrategie bestimmt und von der Fahrstrategie überwacht, dass alle fahrzeugspezifischen Nebenbedingungen eingehalten werden. Dabei ist nun der Ankoppelvorgang für den Fahrer nicht spürbar. Der Ankoppelvorgang wird nun auch so schnell wie möglich erreicht, um möglichst energieeffizient das Fahrzeug betreiben zu können.

Man könnte die Steuer- und Regelstrategie auch in fünf Phasen einteilen:

Phase 1 : Eine Trennkupplung ist geöffnet und ein erster Teilantriebsstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine und einer ersten elektrischen Maschine ist von einem zweiten Teilantriebsstrang mit einer zweiten elektrischen Maschine abgekoppelt.

Phase 2: An der Trennkupplung werden die Drehzahlen des ersten Teilantriebsstrangs und des zweiten Teilantriebsstrangs synchronisiert: Ist eine Drehzahl der ersten elektrischen Maschine größer als eine Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine, wird ein Drehmoment des Verbrennungsmotors zum schnellen Synchronisieren reduziert. Im anderen Fall wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors erhöht. Die maximalen und tatsächlichen Drehmomente der ersten elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors werden immer berücksichtigt, um eine maximale Leistung zu erzielen und einen Drehzahlregler der ersten elektrischen Maschine zu unterstützen oder zu begrenzen. Phase 3: Sobald eine Schlupfdrehzahl zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine unter einen Schwellenwert einer Hysterese fällt und die Schlupfdrehzahl für eine bestimmte Zeit innerhalb der Hysterese liegt, wird die Trennkupplung geschlossen und das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine gehalten. Die Drehmomente im gesamten Antriebsstrang werden durch die Beobachtung aller aktuellen Drehmomente und die Kompensation von Fehlern über die zweite elektrische Maschine so verteilt, dass das vom Fahrer gewünschte Drehmoment auf die Räder aufgebracht wird.

Phase 4, Phase 5: Die Phasen 4 und 5 können getrennt oder kombiniert sein. In Phase 4 wird das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine mit einer begrenzten Steigung ausgeblendet, um die Drehmomente nur über die zweite elektrische Maschine zu steuern. In Phase 5 wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors in eine Hybridstrategie überführt, so dass es sich einem strategisch optimalen Punkt für den gesamten Antriebsstrang nähert.

Bei der Berechnung einer Zieldrehzahl für die Synchronisation wird ein aktueller Gradient der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine ermittelt.

Man könnte die erfinderische Lösung der Aufgabe auch wie folgt beschreiben:

Bei dem durch die Hybridstrategie ausgelösten Zustandswechsel des Hybridgetriebes wird in der Fahrstrategie der Übergang zum Ankoppeln des Verbrennens mit E- Maschine an das Rad ausgelöst. Danach prüft eine Softwarelogik, ob alle Randbedingungen für den Übergang (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit) eingehalten werden. Falls dies der Fall ist wird ein Zustandsautomat getriggert, der das Ankoppeln koordiniert (Hybrid Transition Manager).

Dieser triggert das Synchronisieren der E-Motor Drehzahlen zum fast schlupffreien Schließen der Kupplung. Danach überprüft ein Algorithmus, dass die Drehzahlen synchron sind. Dabei wird jeweils der aktuelle Drehzahlwert für einen bestimmte mit den Drehzahlen der Anderen Welle verglichen und das Minimum der Drehzahldifferenz ausgewertet. Dieses Ergebnis wird mit einem weiteren Filter geglättet. Sobald Synchrondrehzahl (Schlupfdrehzahl für einen bestimmte Zeit unterhalb einer Schwelle) und der Kupplung festgestellt ist, wird die Kupplung geschlossen. Nachdem die Kupplung geschlossen ist, werden die Momente der beiden E-Motoren zu Null bzw. einem unterstützenden elektrisch erzeugten Moment (Lastpunktverschiebung) hin ausgeblendet, sodass hauptsächlich der Verbrennungsmotor / die Verbrennungskraftmaschine das Radmoment zur Verfügung stellt. Zum Abschluss wird das Verbrennermoment an die Hybridstrategie übergeben und der transiente Vorgang abgeschlossen.

Die Software Funktion Momenten Verteilung (Torque distribution) nimmt die aus dem Hybrid Transition Manager gestellten Anfragen entgegen und berechnet die Momente und Drehzahlen für die mit dem System verbundenen Komponenten.

Dabei hat das Fahrerwunschmoment immer Priorität und wird eingestellt. Sobald der Triebstrang komplett angekoppelt ist, sorgt eine Software Logik dafür, dass die Fehlmoment von der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine / E-Maschine über die Haupt E-Maschine / elektrische Antriebsmaschine ausgeglichen werden.

Für die Drehzahl Synchronisation der beiden Teilantriebsstränge beinhaltet die Software eine Logik, die einen Drehzahlregler bereitstellt, um über die erste elektrische Maschine / E-Maschine 1 die Drehzahlen anzugleichen. Um den synchronen Vorgang zu beschleunigen wurde eine Software Strategie entwickelt, die abhängig von der Differenzdrehzahl das Verbrenner Moment anpasst, um die E- Maschine 1 zu unterstützen. Dies ist nötig, da die E-Maschine 1 oft an ihrer Grenzkennline betrieben wird, um die volle Systemdynamik bereitzustellen. Mit der vorhanden Momenten Reserve könnten die Drehzahl nur sehr langsam angepasst werden.

Des Weiteren kann bei der Zieldrehzahl zum Ankoppeln des Antriebstranges der Raddrehzahlgradient berücksichtig. Dadurch wird dem Regler direkt eine Berechnete Drehzahl zur Verfügung gestellt. Dies hat den Vorteil, dass nicht immer die Zieldrehzahl nachgesteuert werden muss, sobald sich das Fahrzeug in einer Beschleunigungs- oder Verzögerungsphase befindet und somit dann die Zeit des Einkuppelvorgangs erhöht. Zu jeder Hybrid Transition Manager Anfrage stellt die Torque Distribution eine separat kalibrierbare Momentengradientbegrenzung zur Verfügung. Zwischen Modi-Wechsel wird das Moment über geblendet um keine Momentensprünge in den Triebstrang einzuleiten. Mit den verschiedenen Gradienten, kann z.B. der Synchronisationsvorgang sehr schnell erfolgen und die Momenten Überschneidung von E-Motor und Verbrenner langsamer. Dadurch werden die Übergänge für den Fahrer nicht spürbar und die Akustik optimiert.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.

So ist es von Vorteil, wenn in einem (zeitlich nachfolgendem) Schritt ein gezieltes gegensinniges Verändern des Drehmoments der ersten elektrischen Maschine, das heißt Absenken oder Anheben, erzwungen / veranlasst wird.

Zielführend ist es ferner, wenn in einem zusätzlichem (nachfolgendem) Schritt ein Heben oder Senken des Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine auf ein zur späteren Nutzung vorgesehenes Niveau bewirkt wird. Ein Ruckeln wird dadurch verhindert.

Dem Betrieb ist es auch zuträglich, wenn ein oberer Schwellwert und ein unterer Schwellwert für eine Differenzdrehzahl zwischen der ersten elektrischen Maschine und der elektrischen Antriebsmaschine festgelegt wird, wobei bei Unterschreiten des unteren Schwellwerts ein (vorher) festgelegtes Zeitinkrement abgewartet wird, bis eine Kupplung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle geschlossen wird, wobei bei Überschreiten des oberen Schwellwerts ein erneutes Einregeln der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine erzwungen wird.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass (danach) gleichzeitig ein Umschalten von einer Drehzahlregelung der ersten elektrischen Maschine auf eine Drehmomentenregelung der ersten elektrischen Maschine und ein Konstanthalten des Drehmoments der Verbrennungskraftmaschine und der ersten elektrischen Maschine bewirkt wird. Wenn (danach) das Drehmoment der ersten elektrischen Maschine in Richtung (oder auf) 0 Nm verändert wird und (gleichzeitig) das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine gegensinnig verändert wird, so wird ein besonders stabiles und effizientes Verhalten erzwungen.

Für einen verschleißfreien Betrieb ist es besonders zu empfehlen, wenn das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine angepasst wird und dazu (gleichzeitig) gegensinnig das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine angepasst wird, um das gesamte zum Antrieb verwendete Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine zu entnehmen. Eine große Agilität ist die Folge.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass (danach) die IST-Zustände der ersten elektrischen Maschine, der elektrischen Antriebsmaschine und der Verbrennungskraftmaschine überwacht werden und notwendige Drehmomentänderungen unter Abgleichung mit einem vom Fahrer des Hybridfahrzeugs angeforderten Soll-Drehmoment berechnet werden, wobei dann ein Ausgleichen von Zählmomenten durch Veränderung des Verhaltens der elektrischen Antriebsmaschine erzwungen wird.

Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das dazu ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren zu bewirken.

Ferner betrifft die Erfindung einen Hybridfahrzeugantriebsstrang mit einem Steuergerät, das das Computerprogrammprodukt enthält.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Hybridfahrzeugantriebsstrang im Layout,

Fign. 2 und 3 unterschiedliche Ausführungsformen einer Steuer- oder Regelstrategie für das erfindungsgemäße Verfahren,

Fig. 4 eine Detaillösung beim Übergang der in den Fign. 2 und 3 dargestellten Phasen 1 zur Phase 2, und Fig. 5 ein grundsätzlicher Aufbau der Software-Architektur.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Hybridfahrzeugantriebsstrang 1 dargestellt. Der Hybridfahrzeugantriebsstrang 1 unterteilt sich in einen ersten Teilantriebsstrang 2 und einen zweiten Teilantriebsstrang 3, wobei eine Kupplung 4 dazwischengeschaltet ist.

Der erste Teilantriebsstrang 2 beinhaltet eine Verbrennungskraftmaschine 5, ein Zweimassenschwungrad 6, ein erstes Getriebe 7 und eine erste elektrische Maschine 8. Der zweite Teilantriebsstrang 3 beinhaltet eine zweite elektrische Maschine / elektrische Antriebsmaschine 9, ein zweites Getriebe 10, ein Differenzialgetriebe 11 zwischen zwei Antriebsrädern 12.

In den Fign. 2 und 3 ist der transiente Übergang zum Ankoppeln der beiden hybriden Teilantriebsstränge 2 und 3 dargestellt.

Phase 1 beschreibt den abgekoppelten Triebstrang. n_a = Drehzahl der elektr. Antriebsmaschnine also des E-Motors 2, n_b = Drehzahl der 1 . Elektr. Maschine also des E-Motors 1 , tq_a = E-Motor 2 Moment, tq_b = E-Motor 1 Moment, tq_c = Verbrenner Moment.

In der Phase 2 werden die Drehzahlen der beiden Teiltriebstränge an der Kupplung synchronisiert. Sobald n_b > n_a wird das Verbrennermoment abgesenkt, sodass schneller synchronisiert werden kann. Wenn n_b < n_a wird das Verbrennermoment zur Synchronisationsunterstützung angehoben. Dabei werden immer die maximalen und aktuellen Momente von E-Motor und Verbrenner berücksichtig, um maximale Performance zu erzielen und den Drehzahlregler der EM1 zu unterstützen bzw. zu begrenzen. In der 3. Phase wird geprüft, dass die Synchronisation stabil ist. Sobald die Schlupfdrehzahl zwischen EM1 und EM2 einen Schwellwert einer Hysterese unterschreitet, wird ein Zähler gestartet. Wenn sich die Schlupfdrehzahl eine bestimmte Zeit innerhalb der Hysterese befindet schaltet die Strategie weiter und setzt ein Kupplungsschließen Kommando. Dabei wird der Drehzahlregler abgeschaltet und das Moment der EM1 gehalten. Nachdem die Kupplung als geschlossen bestimmt wird, wechselt die Strategie zu den Momentenüberblendungsphasen 4 und 5. Dabei sorgt die Torque Distribution ab jetzt dafür, dass die Momente im Triebstrang geeignet verteilt sind. Dazu werden alle Ist-Momente beobachtet und über die EM2 die Fehler der Motoren so ausgeglichen, sodass am Rad das Fahrerwunschmoment anliegt. Die Phasen 4 und 5 sind hier zu besseren Darstellung getrennt gehalten, können aber auch zusammengefasst werden. In der Phase 4 wird das EM1 Moment Gradienten limitiert ausgeblendet um nur noch über die EM2 die Momente zu regeln, da diese einen besseren Wirkungsrad besitzt. In Phase 5 wird das Verbrenner Moment der Hybridstrategie übergeben, sodass diese für den Gesamttriebstrang den strategisch optimalen Punkt anfährt.

Figur 5 zeigt die Wirkkette der Software von Hybridstrategie zu berechneten Momenten. Die Hybridstrategie berechnet aufgrund der Fahrzeug Randbedingungen den zukünftigen Triebstrang Sollzustand und die dazugehörigen Momente und Drehzahlen für Verbrenner und E-Motoren. Die Fahrstrategie entscheidet dann aufgrund des aktuellen Fahrzustands und der Komponenten Randbedingungen, ob ein transienter Vorgang zum Ankoppeln des Teiltriebstrangs ausgelöst wird. Der Hybrid Transition Manager steuert dann die verschiedenen Phasen des Transienten Vorgangs und gibt die Kommandos an die Momentenverteilung weiter. Diese sorgt dann dafür, dass das Fahrerwunschmoment immer am Rad eingestellt wird.

Figur 5 beschreibt die Zieldrehzahlberechnung zum Synchronisieren der Wellen vor dem Schließen der Kupplung. Dazu wird der aktuelle Gradient der E-Motor 2 (n_a) Drehzahl bestimmt. Basierend auf der Differenzdrehzahl und des Gradienten wird eine Solldrehzahl (n_c) für E-Motor 1 (n_b) bestimmt, die dem Drehzahlregler vorgegeben wird. So wird eine möglichst schnelle Anpassung der Zieldrehzahl bestimmt, ohne dass die Zieldrehzahl kontinuierlich angepasst werden muss und es zu einem unterschwingen kommt, wodurch die Synchronisationszeit verlängert wird.

In den Fign. 2 und 3 sind in Summe sechs Phasen von links nach rechts angetragen.

In jedem Diagramm ist auf der Abszisse die Zeit angetragen. Die Abszisse ist mit dem Bezugszeichen 13 referenziert. Auf der mit dem Bezugszeichen 14 referenzierten Ordinate sind einerseits die Drehzahl im oberen Bereich und das Drehmoment im unteren Bereich angetragen.

Mit den Bezugszeichen 16, 17 und 18 sind die Drehmomentverläufe der Verbrennungskraftmaschine, elektrischen Antriebsmaschine 9 und der ersten elektrischen Maschine 8 angetragen.

Es sei ergänzt, dass im ersten Teilantriebsstrang eine erste Welle 19 und im zweiten Teilantriebsstrang eine zweite Welle 20 vorhanden ist. Mit den Bezugszeichen 21 und 22 werden die Drehzahlverläufe der ersten Welle 19 und der zweiten Welle 20 mit den Bezugszeichen 21 und 22 referenziert.

Dieselbe Referenzierung ist auch in der Fig. 3 gewählt.

Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen sind als Computerprogrammprodukt, wie zum Beispiel ein Speichermedium, realisierbar, das dazu ausgelegt ist, im Zusammenwirken mit einem Computer oder mehreren Computern, das heißt Computersystemen, oder sonstigen Recheneinheiten ein Verfahren gemäß den vorhergehenden Ausführungsformen auszuführen. Das Computerprogrammprodukt kann dazu ausgelegt sein, dass das Verfahren nach Durchführen einer vorbestimmten Routine, wie zum Beispiel einer Setup-Routine, ausgeführt wird.

Computerprogrammprodukt, das dazu ausgelegt ist, im Zusammenwirken mit einem Computer oder mehreren Computern direkt oder, nach Durchführen einer vorbestimmten Routine, indirekt ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen / eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszubilden. Bezuqszeichenliste

Hybridfahrzeugantriebsstrang erster Teilantriebsstrang zweiter Teilantriebsstrang

Kupplung

Verbrennungskraftmaschine / Verbrenner / Verbrennungsmotor

Zweimassenschwungrad erstes Getriebe / Transmission erste elektrische Maschine / E-Maschine 1 zweite elektrische Maschine / elektrische Antriebsmaschine / E-Maschine 2 zweites Getriebe / Transmission

Differenzialgetriebe

Antriebsrad

Zeit

Drehzahl

Drehmoment

Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine

Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine

Drehmoment der ersten elektrischen Maschine erste Welle zweite Welle

Drehzahl der ersten Welle

Drehzahl der zweiten Welle