Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeugs, sowie ein Antriebsstrangmodul eines solchen Kraftfahrzeugs.

Der Antriebsstrang eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor als einzige Antriebsquelle weist üblicherweise ein Anfahrelement im Kraftfluss zwischen Antriebsquelle und Antriebsrädern auf, um einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen. Ein Beispiel für ein solches Anfahrelement ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler. Der Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einem Elektromotor als einzige Antriebsquelle erfordert in der Regel kein Anfahrelement, da der Elektromotor das Fahrzeug aus dem Stand beschleunigen kann.

Der Antriebsstrang eines Parallel-Hybridfahrzeugs erfordert üblicherweise ein Anfahrelement, sofern ein Anfahrvorgang auch allein mithilfe des Verbrennungsmotors erfolgen soll. Zum Anfahren eines Kraftfahrzeugs mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang sind im Stand der Technik verschiedene Varianten bekannt. Die Patentanmeldung DE 10 2006 018 058 A1 offenbart dabei verschiedenartige Anfahrvorgänge eines Kraftfahrzeug mit Parallel-Hybrid-Antriebsstrang, welcher einen Drehmomentwandler als Anfahrelement nutzt. Dabei wird während eines rein elektrischen Anfahrvorgangs ein Start des Verbrennungsmotors durchgeführt. Während des Startvorgangs befindet sich eine Wandlerüberbrückungskupplung im Schlupf, um beim Verbrennungsmotorstart auftretende Antriebsschwingungen vom Abtrieb zu entkoppeln.

Aus der Patentanmeldung DE 10 2004 023 673 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Parallel-Hybridantriebsstrangs bekannt, welches zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eine erste Reibkupplung, und zwischen Elektromaschine und Fahrgetriebe eine zweite Reibkupplung aufweist. Zum Start des Verbrennungsmotors wird die zweite Trennkupplung im Schlupfbetrieb gesteuert. Anschließend wird eine mit der Elektromaschine verbundene Schwungmasse mittels der Elektromaschine beschleunigt. Daraufhin wird die erste Reibkupplung geschlossen, sodass ein Über- schuss-Drehimpuls der Schwungmasse zum Verbrennungsmotorstart beiträgt. Ein derartiger Startvorgang wird auch als Impulsstart bezeichnet.

Ein derartiger Impulsstart ist bei einem Antriebsstrang mit hydrodynamischen Drehmomentwandlers zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang jedoch nur sehr eingeschränkt verwendbar. Denn durch Schlupfbetrieb der zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang angeordneten Reibkupplung, welche durch die Überbrückungskupplung gebildet wird, verbleibt der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers im Kraftfluss zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang. Eine Beschleunigung der Elektromaschine zur Erhöhung des Drehimpulses würde aufgrund der Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers das auf den Getriebeeingang wirkende Moment erhöhen. Dadurch könnte das Kraftfahrzeug beispielsweise unerwartet beschleunigen. Dies ist unerwünscht. Wird der Verbrennungsmotor nun impulsartig gestartet, sinkt die Drehzahl der Elektromaschine in kurzer Zeit stark ab. Die Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers kann dabei stark abnehmen, sodass das an der Getriebeeingangswelle wirkende Moment deutlich reduziert wird. Dadurch könnte das Kraftfahrzeug unerwartet verzögern.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren bereitzustellen, bei welchem ein Impulsstart auch bei einem Hybridantriebsstrang mit Drehmomentwandler zwischen Elektromaschine und Getriebeeingang ermöglicht wird, welches die vorgenannten Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Figuren. In Patentanspruch 12 wird zudem ein Antriebsstrangmodul mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 angegeben.

Das Verfahren ist zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Antriebsstranges geeignet, welches einen Verbrennungsmotor, eine elektrische Maschine, eine Trennkupplung im Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Gänge zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes sowie einen hydrodynamischen Drehmoment- wandler im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Antriebswelle aufweist. Dem Drehmomentwandler ist eine Überbrückungskupplung zugeordnet. Durch Schließen der Überbrückungskupplung wird eine mechanische Verbindung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers hergestellt, sodass im geschlossenen Zustand der Überbrückungskupplung der hydrodynamische Pfad des Drehmomentwandlers überbrückt ist. Unter„geschlossen“ ist dabei der Zustand einer Kupplung zu verstehen, in dem diese keine oder nur eine sehr geringe Differenzdrehzahl aufweist. Unter einer sehr geringen Differenzdrehzahl ist dabei ein sogenannter Mikro-Schlupf zu verstehen, welcher einen Betrag von zehn Umdrehungen pro Minute nicht überschreitet.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors eine Drehzahl der elektrischen Maschine zu erhöhen, um den Drehimpuls eines Rotors der elektrischen Maschine und der damit drehfest verbundenen Elemente zu erhöhen. Dabei ist die Trennkupplung zunächst geöffnet. Die Überbrückungskupplung wird dabei derart angesteuert, dass sich diese während des Startvorgangs im Schlupfzustand befindet. Zusätzlich zur Überbrückungskupplung wird nun ein Schaltelement des Getriebes derart angesteuert, dass sich dieses während des Startvorgangs ebenso im Schlupfzustand befindet.

Durch diese Maßnahme kann eine Differenzdrehzahl zwischen Pumpenrad und Turbinenrad des Drehmomentwandlers begrenzt werden, sodass die Leistungsübertragung zwischen elektrischer Maschine und Getriebe-Antriebswelle auch bei Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Maschine zu einem überwiegenden Anteil über die Überbrückungskupplung anstatt über den hydrodynamischen Leistungspfad erfolgt. Eine eventuelle verbleibende Erhöhung des auf die Getriebe-Antriebswelle wirkenden Moments, hervorgerufen durch die Verstärkungsfunktion des Drehmomentwandlers, kann dabei durch den Schlupfzustand des Schaltelements kompensiert werden. Das an der Abtriebswelle wirkende Moment bleibt somit auch während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors steuerbar.

Vorzugsweise wird das Schaltelement derart angesteuert, dass eine Differenzdrehzahl der Überbrückungskupplung während der Erhöhung der Drehzahl der elektri- sehen Maschine zur Steigerung des Drehimpulses zumindest so lange kleiner oder gleich einem Grenzwert bleibt, bis das Übertragungsmoment der Trennkupplung zum Starten des Verbrennungsmotors erhöht wird. Der Grenzwert ist vorzugsweise so gewählt, dass eine Drehmomenterhöhung von Pumpenrad zu Turbinenrad entweder gar nicht erst auftritt, oder ein vorgegebenes Maß nicht überschreitet.

Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Ablauf bei einem Startvorgang durchgeführt, welcher während eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs stattfindet, insbesondere während einer Beschleunigungsphase des Kraftfahrzeugs. Zu Beginn des Anfahrvorgangs wird das Kraftfahrzeug allein mittels der elektrischen Maschine angetrieben.

Vorzugsweise werden nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors sowohl die Überbrückungskupplung als auch das Schaltelement vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand überführt, sodass ein festes Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Rotors und der Drehzahl der Abtriebswelle besteht. Dabei wird zuerst die Differenzdrehzahl am Schaltelement, und erst dann die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung abgebaut. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zur Kühlung des Schaltelements verringert werden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die Trennkupplung derart angesteuert, dass sich an der Trennkupplung auch nach bereits erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors eine Differenzdrehzahl ausbildet. In anderen Worten wird die Trennkupplung zum Starten des Verbrennungsmotors nicht vollständig geschlossen, sondern verbleibt in einem schlupfenden Zustand. Nach erfolgtem Start des Verbrennungsmotors kann diese ihre Drehzahl selbstständig einstellen. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors wird dabei höher eingestellt als eine abtriebsseitige Drehzahl der Trennkupplung. Ein solches Vorgehen ist besonders für Fahrzustand mit hoher Sollbeschleunigung des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.

Vorzugsweise werden im weiteren Verlauf sowohl die Trennkupplung als auch das Schaltelement vom schlupfenden Zustand in den geschlossenen Zustand überführt. Dabei wird zuerst die Differenzdrehzahl am Schaltelement, und erst dann die Diffe- renzdrehzahl an der Trennkupplung abgebaut. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zur Kühlung des Schaltelements verringert werden. Die Differenzdrehzahl an der Überbrückungskupplung wird vorzugsweise erst dann abgebaut, wenn die Differenzdrehzahl an der Trennkupplung abgebaut wurde.

Vorzugsweise ist die Entscheidung, ob die Trennkupplung nach erfolgtem Startvorgang des Verbrennungsmotors im Schlupfzustand verbleibt oder nicht, abhängig von einem Soll-Antriebsmoment des Kraftfahrzeugs. Die Trennkupplung soll insbesondere dann im Schlupfzustand verbleiben, wenn das Soll-Antriebsmoment einen definierten Grenzwert erreicht oder überschreitet. Das Soll-Antriebsmoment kann beispielsweise durch eine Fahrpedalstellung des Kraftfahrzeugs charakterisiert sein.

Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren wird auch ein Antriebsstrangmodul eines Kraftfahrzeugs angegeben, welches zumindest eine elektrische Maschine, ein Getriebe zur Bereitstellung unterschiedlicher Übersetzungsverhältnisse zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle des Getriebes, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine und der Abtriebswelle sowie eine Steuereinheit umfasst. Die Steuereinheit ist dabei zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens eingerichtet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Hybrid-Antriebsstrang mit einem hydrodynamischen Drehmomentwandler; sowie

Fig. 2 und Fig. 3 je einen zeitlichen Ablauf verschiedener Größen des Hybridantriebsstrangs.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridantriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Hybridantriebsstrang weist eine Verbrennungsmotor VM und eine zweite elektrische Maschine EM auf. Zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM ist eine Trennkupplung KO angeordnet. Mittels der Trennkupplung KO ist ein Kraftfluss zwischen dem Verbrennungsmotor VM und der elektrischen Maschine EM schaltbar. Der Hybridantriebsstrang umfasst ferner ein Getriebe G mit einer Antriebswelle GW1 und einer Abtriebswelle GW2. Die Abtriebswelle GW2 ist mit einem Differentialgetriebe AG verbunden, über welches die an der Abtriebswelle GW2 anliegende Leistung auf Antriebsräder DW des Kraftfahrzeugs verteilt wird. Im Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine EM und der Antriebswelle GW1 ist ein Drehmomentwandler TC angeordnet. Der Drehmomentwandler umfasst ein Pumpenrad P, welches mit der elektrischen Maschine EM verbunden ist, genauer gesagt mit einem Rotor der elektrischen Maschine EM. Ein Turbinenrad T des Drehmomentwandlers TC ist mit der Antriebswelle GW1 verbunden. Pumpenrad P und Turbinenrad T wirken hydrodynamisch zusammen, sodass Leistung vom Pumpenrad P hydrodynamisch auf das Turbinenrad T übertragen werden kann. Pumpenrad P und Turbinenrad T sind durch Schließen einer Überbrückungskupplung WK mechanisch miteinander verbindbar.

Das Getriebe G ist zur Darstellung von verschiedenen Gängen zwischen der Antriebswelle GW1 und der Abtriebswelle GW2 eingerichtet. Zur Bildung der Gänge sind mehrere Schaltelemente vorgesehen. Eines davon ist in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, und ist darin als SCI bezeichnet. Die Schaltelemente, inkl. dem Schaltelement SCI wirken mit in Fig. 1 nicht dargestellten Planetenradsätzen zusammen, um die verschiedenen Gänge zwischen Antriebswelle GW1 und Abtriebswelle GW2 zu bilden. Dies ist nur beispielhaft anzusehen. Anstelle oder ergänzend zu den Planetenradsätzen können auch Stirnradstufen und/oder ein oder mehrere Reibradgetriebe verwendet werden, welche mit den Schaltelementen, inkl. dem Schaltelement SCI zur Gangbildung Zusammenwirken.

Ferner ist eine elektronische Steuereinheit ECU vorgesehen. Die Steuereinheit ECU steht mit einem Umrichter INV in Kommunikationsverbindung, welcher der elektrischen Maschine EM zu deren Steuerung zugeordnet ist. Die Steuereinheit ECU steht ferner mit dem Getriebe G in Kommunikationsverbindung. Das Getriebe G umfasst einen Aktuator zur Betätigung des Schaltelements SCI. Ferner umfasst das Getriebe G auch einen Aktuator zur Betätigung der Überbrückungskupplung WK und einen Aktuator zur Betätigung der Trennkupplung KO. Auch dies ist lediglich beispielhaft anzusehen. Die Trennkupplung KO könnte auch von einem Aktuator betätigt werden, welcher unabhängig vom Getriebe G ist. Gleiches gilt für die Betätigung der Überbrückungskupplung WK.

Die elektrische Maschine EM ist sowohl zum Antrieb des Kraftfahrzeugs als auch zum Start des Verbrennungsmotors eingerichtet. In den folgenden Figuren werden verschiedene Abläufe eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs dargestellt, bei dem das Kraftfahrzeug initial nur von der elektrischen Maschine EM angetrieben wird. Während dem Anfahrvorgang wird der Verbrennungsmotor VM unter Ausnutzung eines Drehimpulses des Rotors der elektrischen Maschine EM gestartet.

Fig. 2 zeigt einen zeitlichen Ablauf verschiedener Größen des Hybridantriebsstrangs, darunter eine Drehzahl EM_n des Rotors der elektrischen Maschine EM, eine Drehzahl VM_n des Verbrennungsmotors VM, eine Drehzahl T_n der Turbine T, eine Differenzdrehzahl SCI_n am Schaltelement SCI, eine Differenzdrehzahl WK_n an der Überbrückungskupplung WK, eine Differenzdrehzahl K0_n an der Trennkupplung KO sowie eine Drehzahl GW2_n*i. Die Drehzahl GW2_n*i ergibt sich aus einer Drehzahl GW2_n der Abtriebswelle GW2, multipliziert mit einer Ausgangsdrehzahl des Schaltelements SCI. In anderen Worten charakterisiert die Drehzahl GW2_n*i die Drehzahl GW2_n der Abtriebswelle GW2 unter Berücksichtigung der aktuellen Übersetzung zwischen einer Ausgangsseite des Schaltelements SCI und der Abtriebswelle GW2. Zur besseren Einschätzung der Größenordnung der verschiedenen Drehzahlen ist eine Leerlaufdrehzahl VM_n_idle des Verbrennungsmotors VM angegeben.

Zu einem Zeitpunkt T10 weist die Drehzahl EM_n bereits einen Wert größer Null auf, während sowohl der Verbrennungsmotor VM als auch die Abtriebswelle GW2 keine Drehzahl VM_n, GW2_n aufweisen. Das Kraftfahrzeug befindet sich also zum Zeitpunkt T10 im Stillstand, wobei eine Differenzdrehzahl WK_n größer Null vorliegt. Das Schaltelement SCI ist geschlossen, sodass keine Differenzdrehzahl SCI_n vorliegt. Zu einem Zeitpunkt T1 1 beginnen die Drehzahl GW2_n*i und T_n anzusteigen; das Kraftfahrzeug fährt also an. Angetrieben wird das Kraftfahrzeug dabei durch die elektrische Maschine EM. Die Differenzdrehzahl zwischen Rotor und Abtriebswelle GW2 wird durch einen Schlupfbetrieb der Überbrückungskupplung WK ausgeglichen, das Schaltelement SCI ist zum Zeitpunkt T1 1 weiterhin geschlossen. Die Drehzahl VM_n bleibt weiterhin Null, da die Trennkupplung KO geöffnet ist.

Nach dem Zeitpunkt T1 1 wird die Drehzahl EM_n in stärkerem Maße als vor dem Zeitpunkt T1 1 angehoben. Dadurch steigt die Differenzdrehzahl WK_n deutlich an. Um zu vermeiden, dass der Drehmomentwandler TC aufgrund der vergrößerten Differenzdrehzahl WK_n das auf die Antriebswelle GW1 wirkende Moment vergrößert, wird das Schaltelement SCI kurz vor einem Zeitpunkt T12 in Schlupf gebracht, so- dass sich eine Differenzdrehzahl SCI_n größer Null ausbildet. Die Differenzdrehzahl SCI_n wird nun so eingestellt, dass die Differenzdrehzahl WK_n ein vorgegebenes Maß nicht überschreitet.

Zum Zeitpunkt T12 steigt die Drehzahl GW2_n*i stärker an, das Fahrzeug beschleunigt also stärker als vor dem Zeitpunkt T12. Nun soll der Verbrennungsmotor VM gestartet werden. Dazu wird zum Zeitpunkt T13 ein Übertragungsmoment der Kupplung KO erhöht, sodass ein Kraftfluss zwischen der elektrischen Maschine EM und dem Verbrennungsmotor VM hergestellt wird. Dadurch beginnt die Drehzahl VM_n anzusteigen, sodass der Verbrennungsmotor VM auf seine Startdrehzahl hin beschleunigt wird. Die Drehzahl EM_n sinkt dabei stark ab. Die Drehzahl GW2_n*i steigt dabei an, das Kraftfahrzeug beschleunigt also weiter. Zu einem Zeitpunkt T14 weisen die Drehzahlen VM_n, EM_n den gleichen Wert auf, sodass die Differenzdrehzahl K0_n gleich Null wird. Zum Zeitpunkt T14 befinden sich das Schaltelement SCI und die Überbrückungskupplung WK weiterhin im Schlupf, da die Drehzahl EM_n größer ist als die Drehzahl T_n, und die Drehzahl T_n größer ist als die Drehzahl GW2_n*i. Dadurch hat das verhältnismäßig abrupte Erreichen des Synchronzustands der Trennkupplung KO keinen Einfluss auf die Drehzahl GW2_n*i. Im weiteren Verlauf wird die Differenzdrehzahl SCI_n abgebaut, bis zum Zeitpunkt T15 die Drehzahl T_n und GW2_n*i den Synchronzustand erreicht haben. Danach wird auch die Differenzdrehzahl WK_n abgebaut, bis zum Zeitpunkt T16 die Drehzahl EM_n der Drehzahl GW2_n*i entspricht.

Während des Startvorgangs des Verbrennungsmotors VM, weicher zwischen den Zeitpunkten T13 und T14 erfolgt, befinden sich sowohl die Überbrückungskupplung WK als auch das Schaltelement SCI im Schlupfzustand. Einerseits werden dadurch Schwingungen im Antriebsstrang, welche durch das Starten des Verbrennungsmotors VM hervorgerufen werden, von der Abtriebswelle GW2 entkoppelt. Andererseits kann die elektrische Maschine EM auf eine hohe Drehzahl EM_n beschleunigt werden, sodass der Drehimpuls des Rotors der elektrischen Maschine EM und der damit verbundenen Elemente ansteigt. Dieser Drehimpuls geht als Energie in den Startvorgang des Verbrennungsmotors VM mit ein.

Fig. 3 zeigt einen weiteren zeitlichen Ablauf der in Fig. 2 dargestellten Größen des Hybridantriebsstrangs. Der in Fig. 3 gezeigte Ablauf ist insbesondere für einen Anfahrvorgang geeignet, bei dem das Soll-Antriebsmoment noch höher ist als bei dem Anfahrvorgang gemäß Fig. 2. Hierbei wird die Trennkupplung KO derart angesteuert, dass sich auch nach erfolgtem Start des Verbrennungsmotors VM eine Differenzdrehzahl zwischen Verbrennungsmotor VM und Rotor der elektrischen Maschine EM ausbildet. Die Drehzahl VM_n übersteigt dabei nach dem Zeitpunkt T14 die Drehzahl EM_n. Dies ist möglich, da der Verbrennungsmotor VM nach dessen Start selbst ein Drehmoment abgeben kann. Durch den Ablauf gemäß Fig. 3 kann die Drehzahl VM_n unmittelbar nach dem Start des Verbrennungsmotors VM über der Leerlaufdrehzahl VM_n_idle gehalten werden, wodurch eine höhere Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors VM möglich ist.

Im weiteren Verlauf werden die Differenzdrehzahlen SCI_n, WK_n und K0_n wieder abgebaut. Die Differenzdrehzahl SCI_n wird dabei als erstes abgebaut, sodass zum Zeitpunkt T15 die Eingangsdrehzahl des Schaltelements SCI der Drehzahl GW2_n*i entspricht. Der Synchronzustand zwischen Verbrennungsmotor VM und Rotor der elektrischen Maschine EM wird zum Zeitpunkt T15a erreicht. Der Synchronzustand zwischen dem Rotor der elektrischen Maschine EM und der Turbine T wird erst zum Zeitpunkt T16 erreicht.

Die in Fig. 2 und Fig. 3 beschriebenen Abläufe werden im Wesentlichen durch die Steuereinheit ECU gesteuert. Die Steuereinheit ECU kann dazu mit weiteren Steuereinheiten in Kommunikationsverbindung stehen, insbesondere mit einer dem Verbrennungsmotor VM zugeordneten Steuereinheit. Bezugszeichen

VM Verbrennungsmotor

VM_n Drehzahl

VM_n_idle Leerlaufdrehzahl

KO Trennkupplung

K0_n Differenzdrehzahl

EM Elektrische Maschine

EM_n Drehzahl

TC Drehmomentwandler

P Pumpenrad

T Turbinenrad

T_n Drehzahl

WK Überbrückungskupplung

WK_n Differenzdrehzahl

G Getriebe

GW1 Antriebswelle

SCI Schaltelement

SCI_n Differenzdrehzahl

GW2 Abtriebswelle

GW2_n*i Drehzahl

AG Differentialgetriebe

DW Antriebsrad