Die Funktionalität der Antriebseinheit umfasst die Funktiona- lität typischer Hybridantriebe und dient insbesondere dem An- trieb der Antriebsachse (n) eines Kraftfahrzeugs bzw. den die- ser/diesen zugeordneten Antriebsräder. Der Verbrennungsmotor kann von der elektrischen Maschine gestartet werden. Weiter- hin kann das Kraftfahrzeug bzw. die Antriebseinheit allein mit dem Verbrennungsmotor und allein mit der elektrischen Ma- schine betrieben werden. Außerdem ist ein gemischter Betrieb, das heißt, ein gleichzeitiger Betrieb von und Antrieb durch Verbrennungsmotor und elektrische Maschine, möglich. Zusätz- lich kann die elektrische Maschine zur so genannten Rekupera- tion von Bremsenergie und zum Nachladen einer Fahrzeugbatte- rie verwendet werden. Betrachtet wird insbesondere ein Start des Verbrennungsmotors bei rein elektrisch bewirkter Fahrt des Kraftfahrzeugs, wobei der Start des Verbrennungsmotors mit derselben elektrischen Maschine durchgeführt werden soll, die auch dem Antrieb des Kraftfahrzeugs dient. Der Start des Verbrennungsmotors soll also nicht mittels eines zusätzlichen Anlassers erfolgen.

Die elektrische Maschine ist typischerweise zwischen Verbren- nungsmotor und Getriebe in der Antriebseinheit bzw. in einem Antriebstrang vorgesehen. Beim Starten des Verbrennungsmotors wird üblicherweise zunächst der Teil des Antriebstrangs ab Getriebeeingang von der elektrischen Maschine abgekoppelt.

Die elektrische Maschine wird an den Verbrennungsmotor ange- koppelt und elektrische Maschine und Verbrennungsmotor werden durch eine entsprechende Beschleunigung der elektrischen Ma- schine auf eine Drehzahl gebracht, die einem nächst höheren Gang entspricht, während das Getriebe bereits den nächst hö- heren Gang vorgewählt hat. Auf diese Weise liegen die Dreh- zahlen von elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor einer- seits und Getriebeeingangswelle andererseits dicht beieinan- der, so dass der Start des Verbrennungsmotors ohne lange Zug- bzw. Traktionskraftunterbrechung durchgeführt werden kann.

Bei langsamer Betriebsweise des Kraftfahrzeugs, beim Wieder- anfahren an einer Rampe bzw. an einer Bordsteinkante muss, sofern die Leistung der elektrischen Maschine nicht ausreicht oder die die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgende Batterie zu sehr entladen ist, der Verbrennungs- motor gestartet werden, wobei, wie oben beschrieben, der Triebstrang ab dem Getriebeeingang kurzzeitig vollständig ab- gekoppelt und wieder zugekoppelt wird. Eine Feinsteuerung des an der Antriebsachse, d. h. abtriebsseitig des Getriebeein- gangs, anliegenden Drehmoments ist somit über das Gaspedal nicht möglich. Das Kraftfahrzeug befindet sich erst in einem unkontrollierten"Rollzustand"und fährt dann entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors an. Der Übergang zwischen dem"Rollzustand"und dem" (An-) Fahrzustand" ist unstetig und somit für den Fahrer abrupt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben ei- nes Antriebstrangs eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, das ei- nen komfortablen Start des Verbrennungsmotors bei laufender elektrischer Maschine ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass beim Starten des Verbrennungsmotors die elektrische Ma- schine bei einer schlupfenden ersten Kupplung, welche zwi- schen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine vorgesehen ist, und bei einer schlupfenden zweiten Kupplung, welche ab- triebsseitig der elektrischen Maschine vorgesehen ist, mit einer Drehzahl betrieben wird, die nach dem Schließen der ersten Kupplung und bei schlupfender zweiter Kupplung auf ei- ne Drehzahl sinkt, deren Betrag höher ist, als eine Drehzahl, die sich beim zusätzlichen Schließen der zweiten Kupplung einstellt. Die zweite Kupplung steht beim Schlupfen vorzugs- weise stets unter Last, so dass keine Unterbrechung der Vor- triebskraft stattfindet.

Als Getriebe wird vorzugsweise ein automatisches Getriebe bzw. ein Automatgetriebe, ein sog. Doppelkupplungsgetriebe oder ein stufenloses Getriebe (sog. CVT) eingesetzt, wobei das stufenlose Getriebe mit einer hinreichenden Regelge- schwindigkeit zur Realisierung der für das erfindungsgemäße Verfahren ggf. benötigten Änderungen der Übersetzungsverhält- nisse betrieben werden sollte. Kombinationen der Getriebety- pen sind denkbar. Dem automatischen Getriebe kann ein Drehmo- mentwandler zugeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich kostengünstig mit einem Hybridantrieb mit einer einzigen elektrischen Maschine realisieren. Selbstständig können weitere elektrische Maschi- nen, beispielsweise als Starter und separater Generator, vor- gesehen sein.

Weiterhin ist vorteilhafterweise ein ruckelfreier Start des Verbrennungsmotors während eines Antriebs des Kraftfahrzeugs durch die elektrische Maschine möglich. Antriebskomfort ist demnach gegeben.

Bei leistungsschwachen Verbrennungsmotoren oder Verbrennungs- motoren mit Turboloch kann unterhalb des ersten Gangs, der normalerweise die unterste Gangstufe bildet, ein zusätzli- cher, stärker untersetzender, tatsächlicher unterster Gang (zusätzlicher Untersetzungsgang) vorgesehen sein, welcher im Weiteren als"U-Gang"bezeichnet wird. Der"U-Gang"ist ins- besondere dann vorteilhaft, wenn bei elektrischer Fahrt der Verbrennungsmotor aus niedriger Fahrgeschwindigkeit gestartet werden soll.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer bei- spielhaften Antriebseinheit, bei der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden kann.

Ein Verbrennungsmotor 1 und dessen nicht näher bezeichnete Kurbelwelle sind über eine erste Kupplung 2 mit einer elekt- rischen Maschine 3 verbunden. Die elektrische Maschine 3 wie- derum ist abtriebsseitig über eine Getriebeeingangswelle 7 mit einem Getriebe 5 verbunden, wobei zwischen der elektri- schen Maschine 3 und der Getriebeeingangswelle 7 eine zweite Kupplung 4 vorgesehen ist. Das Getriebe 5 weist vorzugsweise eine oder mehrere Kupplungen 6 auf, welche insbesondere der Durchführung eines Gangwechsels dienen. Die dem Getriebe 5 inhärenten Kupplungen 6 sind der Deutlichkeit halber in einer "Blase"hervorgehoben dargestellt. Zur Realisierung des er- findungsgemäßen Verfahrens ist es ausreichen, das eine der "zweiten"Kupplungen 4,6 vorhanden ist. Die andere Kupplung 6,4 kann entfallen. Soll abtriebsseitig der elektrischen Ma- schine-beispielsweise aus Bauraum-/Gewichtsgründen-nur eine der Kupplungen 4,6 vorgesehen sein, so entfällt vor- zugsweise die Kupplung 4.

Wird das Kraftfahrzeug bzw. die Antriebseinheit im elektri- schen Fahrmodus betrieben, das heißt, die elektrische Maschi- ne 3 treibt das Kraftfahrzeug an, der Verbrennungsmotor 1 liefert keine Traktionskraft, so wird die elektrische Maschi- ne 3 vorzugsweise in einem Drehzahlbereich von 1500 bis 2000 Umdrehungen pro Minute betrieben. Zusätzlich wird der diesem Drehzahlbereich entsprechende Gang mittels des Getriebes 5 bzw. den Kupplungen 6 eingestellt.

Bei der elektrischen Maschine 3 handelt es sich vorzugsweise um eine umrichtergesteuerte Drehstrommaschine, beispielsweise um eine Reluktanzmaschine, eine Asynchronmaschine, eine per- manenterregte elektrische Maschine, welche ihr maximales Drehmoment etwa bis zum Beginn des Bereich der sog. Feld- schwächung (bis zur sog. Knickdrehzahl) halten kann. Die Knickdrehzahl liegt typischerweise bei einem Drittel der ma- ximalen Drehzahl. Liegt die maximale Drehzahl bei 4500 Umdre- hungen pro Minute, so liegt die Knickdrehzahl demnach bei 1500 Umdrehungen pro Minute. 1500 Umdrehungen pro Minute sind für ein Starten eines Verbrennungsmotor 1 durch Drehung der Kurbelwelle durch die elektrische Maschine 3 ausreichend.

Beim Warmstart kann ein typischer Verbrennungsmotor sogar be- reits bei 200 Umdrehungen pro Minute gezündet werden, was nur einen kurzen Einsatz der elektrischen Maschine als Starter und eine geringe Belastung des Energiespeichers/der Batterie, welche die elektrische Maschine 3 mit elektrischer Energie versorgt, erforderlich macht. Die elektrische Maschine 3 kann jedoch insbesondere aus Gründen einer verbesserten Dynamik auch zum weiteren Hochdrehen des Verbrennungsmotors 1 einge- setzt werden.

Zum Start des Verbrennungsmotors 1 aus diesem Betriebsbereich bzw. Drehzahlbereich wird bei schlupfender erster Kupplung 2 und bei gleichzeitiger schlupfender, unter Last stehender zweiter Kupplung 6 (bzw. 4) die Drehzahl der elektrischen Ma- schine auf einen Wert gebracht (sog. Überdrehzahl), dessen Betrag höher ist, als der Wert, den diese Drehzahl beim Schließen der zweiten Kuppelung 6 (bzw. 4) einnimmt. Die Ü- berdrehzahl muss also über der Drehzahl der Abtriebsseite der zweiten, in den Schlupfbetrieb zu versetzenden Kupplung 6 (bzw. 4) liegen. Die zweite Kupplung 6 (bzw. 4) wird als"An- fahrkupplung"eingesetzt.

Vorzugsweise wird bei der Steuerung des Kupplungsdrucks zum Einleiten der Schlupfphase der Kupplung (en) 6 (bzw. 4) zu- nächst ein ggf. vorgesehener sog. Sicherheitsüberschussdruck abgebaut. Der Abbau des Sicherheitsüberschussdruckes erfolgt vorzugsweise mittels einer so genannten Schnellsteuerung bis ein Wert in der Nähe des einzustellenden Schlupfes erreicht ist und der Druck weiter mittels Feinsteuerung einstellt wird. Die Feinsteuerung kann durch sog. Pulsationen erfolgen, die den beginnenden Schlupfzustand frühzeitig erkennen las- sen, ohne dass es zu einer Unterbrechung des Kraftflusses kommt. Der Schlupfbetrieb der zweiten Kupplung (4,6), insbe- sondere dessen Einleitung und/oder Beendigung, erfolgt vor- zugsweise mit einer überlagerten Druckpulsung bzw. Pulsation erfolgt, um einen gleichmäßigeren Übergang des herrschenden Reibwertes zu erreichen.

Vorzugsweise wird beim Starten des Verbrennungsmotors mittels der schlupfenden, aber gleichzeitig kraftübertragenden Kupp- lung 6 der nächst höhere Gang eingestellt, während gleichzei- tig der Verbrennungsmotor 1 über die Kupplung 2 zugeschaltet bzw. zugekoppelt wird. Durch den Hochschaltvorgang liegt die erforderliche Überdrehzahl der elektrischen Maschine 3 aus dem tieferen Gang bereits vor. Vorteilhafterweise bleibt auf diese Weise die Vortriebskraft erhalten, ohne dass die Kupp- lung 6 (4) durch Einstellen der Überdrehzahl mittel des Schlupfes an der Kupplung 6 (4) belastet wird.

Ein Stützdrehmoment beim Übergang in den nächst höheren Gang kann aus einer Verzögerung der Winkelgeschwindigkeit der e- lektrischen Maschine 3 (einschließlich ggf. noch vorhandenem, elektrischem Überschussmoment) gewonnen werden. Nach dem Schließen der Kupplung 2 stützt der Verbrennungsmotor 1 das Vortriebsmoment im nächst höheren Gang.

Beim Anschließen des Verbrennungsmotors 1 kann es zu einer unstetigen ruckartigen Veränderung der Drehzahl der elektri- schen Maschine bzw. -bei geschlossener Kupplung 4-der Ge- triebeeingangswelle 7 kommen. Diese abrupte Drehzahländerung nimmt vorteilhafterweise keinen störenden Einfluss auf die Drehmomentübertragung an die Antriebsachse, da während dem Ankoppeln des Verbrennungsmotors 1 die Drehzahl der elektri- schen Maschine 3 bzw. -bei geschlossener/nicht vorhandener Kupplung 4-der Getriebeeingangswelle 7 stets über der Dreh- zahl liegt, mit welcher die Getriebeeingangswelle 7 nach dem Einstellen das nächst höheren Ganges rotiert. Dies folgt aus den konstruktiven Gegebenheiten (insbesondere Gangstufung, Massenträgheitsmomente von Verbrennungsmotor 1 und elektri- scher Maschine 3). In Grenzfällen kann eine im Kraftfahrzeug vorgesehene Antriebssteuerung, beispielsweise realisiert durch ein Motorsteuergerät, für die Einhaltung der Drehzahl- bedingung sorgen. Das während der Umschaltphase an die An- triebsachse übertragene Drehmoment wird durch den Anpress- druck der Kupplung 6 bestimmt. Durch den Schlupfbetrieb min- destens einer der Kupplungen 6 (bzw. ) 4 wird vorteilhafter- weise ein Drehmomentensprung im Triebstrang bzw. in der An- triebseinheit vermieden.

Soll der Verbrennungsmotor 1 beispielsweise bei niedriger Fahrgeschwindigkeit oder Stillstand (z. B. beim Anfahren an einer Rampe bzw. an einer Bordsteinkante) gestartet werden, so wird durch entsprechende Ansteuerung der Antriebseinheit z. B. durch ein Steuergerät sichergestellt, dass die Drehzahl <BR> <BR> der elektrischen Maschine 3 bzw. -bei geschlossener Kupplung 4-der Getriebeeingangswelle 7 nach dem Hochschalten in den nächst höheren Gang nicht unterhalb einer zulässigen Drehzahl für den Verbrennungsmotor 1 liegt. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens eine der Kupplungen 4, 6, vorzugs- weise eine der Kupplungen 6 des Getriebes 5, in den Schlupf- betrieb unter Last gebracht. Dann wird die Drehzahl der e- lektrischen Maschine 3 auf einen Wert gesteigert (auch Über- drehzahl genannt), der ausreicht, um den Verbrennungsmotor über die erste Kupplung 2 zu starten, ohne dass bei endgültig geschlossener erster Kupplung 2 die Drehzahl der elektrischen Maschine 3 auf einen Wert sinkt, der unterhalb des Wertes liegt, den diese Drehzahl vor dem Schlupfbetrieb der zweiten Kupplung (en) 6 (bzw. 4) hatte.

Der Sonderfall"Anfahren an einer Bordsteinkante", insbeson- dere bei schwach geladener Batterie/Energiespeicher, und wei- tere Sonderfälle mit entsprechenden Anforderungen an Drehzahl und Drehmoment der Antriebseinheit können in Bezug auf den Betrieb und die Belastung der zweite (n) Kupplung (en) 6 mit einer Volllastumschaltung von einem ersten in einen zweiten Gang im oberen Drehzahlbereich verglichen werden. Um eine ggf. auftretende abrupte Änderung der Vortriebskraft aus Kom- fortgründen sicher zu vermeiden, kann die Steigerung der Vor- triebskraft insbesondere bei den oben genannten Sonderfällen durch entsprechende Wahl des Wertes der Überdrehzahl in einem Maße erfolgen, bei welchem der Fahrer Gelegenheit hat, das Gaspedal zurückzunehmen. Es ist eine geeignete Kupplung vor- zusehen, die nach dem erfolgreichen Start des Verbrennungsmo- tors auch für die genannten Sonderfälle eine Weiterfahrt si- cherstellt. Diese Kupplung kann einer der bzw. den Kupplungen 6 entsprechen bzw. analog ausgeführt sein.

Die Steigerung der Drehzahl der elektrischen Maschine erfolgt vorzugsweise durch eine entsprechende Ansteuerung der elekt- rischen Maschine 3 bzw. einer dieser zugeordneten, nicht dar- gestellten Umrichter-/Leistungselektronikeinheit mittels ei- nem im Fahrzeug vorgesehenen bzw. der Antriebseinheit zuge- ordneten Steuergerät. Die für diesen Betriebsfall benötigte elektrische Energie kann von einem Energiespeicher, vorzugs- weise eine Batterie, für eben diesen Betriebsfall vorgehalten werden. Es ist bevorzugterweise ein Kontrolleinheit, die durch das Steuergerät realisiert werden kann, für den Ener- giespeicher bzw. die Batterie vorgesehen, welche den Lade- bzw. Entladezustand des Energiespeichers auf Über-bzw. Un- terschreiten vorgegebener Grenzwerte überwacht und dafür sorgt, dass bei leerem Energiespeicher bzw. bei Unterschrei- ten eines unteren Entladegrenzwertes ein elektrischer Fahrbe- trieb mit der elektrischen Maschine 3 unterbleibt und vor- zugsweise rechtzeitig vor Unterschreiten des unteren Entlade- grenzwertes in den rein verbrennungsmotorischen Betrieb mit dem Verbrennungsmotor 1 schaltet. Als Energiespeicher kann selbstverständlich auch zusätzlich oder alternativ ein Schwungradspeicher und/oder ein Superkondensator eingesetzt werden.

Der Wert der Überdrehzahl und somit der Wert des Kupplungs- schlupfes sind von den Trägheitsmomenten des Verbrennungsmo- tors 1 und der elektrischen Maschine 3, dem Drehmomentenver- lauf und dem Leistungsvermögen der elektrischen Maschine 3 und davon abhängig, ob das verbleibende stationäre Antriebs- moment der elektrischen Maschine 3 ausreicht, um den Verbren- nungsmotor 1 zu starten. Wird nur ein geringes Moment der e- lektrischen Maschine 3 zum Starten des Verbrennungsmotors 1 benötigt und kann dieses von der elektrischen Maschine 3 ge- liefert werden, so kann der Schlupfbetrieb der Kupplung (en) 6 (bzw. 4) unterbleiben. Vorzugsweise wird jedoch mindestens eine der Kupplungen 4,6 beim Start des Verbrennungsmotors 1 im Schlupf betrieben, da dies einen erhöhten Komfort und re- gelungstechnische Vereinfachungen mit sich bringt.

Vorzugsweise durch entsprechende Auslegung der Antriebsein- heit, insbesondere der Trägheitsmomente des Verbrennungsmo- tors 1 und der elektrischen Maschine 3, des Drehmomentpoten- tials bzw. des Leistungsvermögens der elektrischen Maschine 3 und der Drehzahlveränderung zum nächst höheren Gang (sog.

Gangsprung), wird sichergestellt, dass beim Starten des Verbrennungsmotors 1 kein Vorzeichenwechsel beim in Abtriebs- richtung betrachteten, an der zweiten Kupplung 6 (bzw. 4) herrschenden Kupplungsschlupf auftritt.

Es kann ein nicht dargestelltes, dem Kraftfahrzeug bzw. der Antriebseinheit zugeordnetes Steuergerät bzw. eine Überwa- chungseinheit vorgesehen sein, welche den Kupplungsschlupf an der zweiten Kupplung 6 (bzw. 4) auf einen Vorzeichenwechsel überwacht (beispielsweise durch Ermittlung des Kupplungs- schlupfes und seiner Ableitung (en) ) und gegebenenfalls die Antriebseinheit, insbesondere die elektrische Maschine 3, frühzeitig genug derart ansteuert, dass an der zweiten Kupp- lung 6 (bzw. 4) kein negativer Kupplungsschlupf auftritt, bzw. sich die elektrische Maschine 3 schneller dreht als die Abtriebsseite der Kupplung 6 (bzw. 4).

Wird als Getriebe 5 ein stufenloses Getriebe eingesetzt, so kann der Schlupf der Kupplung (en) 6, insbesondere bei ausrei- chend hoher Fahrgeschwindigkeit, durch eine entsprechende Än- derungsgeschwindigkeit der Übersetzung ersetzt werden, mit welcher der schnell veränderlichen Drehzahl der elektrischen Maschine 3 bzw. -bei geschlossener Kupplung 4-der Getrie- beeingangswelle 7 Rechnung getragen wird. Werden jedoch eine oder mehrere der Getriebekupplungen 6 beim Start des Verbren- nungsmotors 1 in den Schlupfbetrieb versetzt, so hat dies vorteilhafte Auswirkungen auf die Stetigkeit und die Gleich- mäßigkeit des Vortriebsmoments. Da bei dieser Ausführungsform nur ein geringer Kupplungsschlupf benötigt wird, kann insbe- sondere die Umschaltkupplung für den Rückwärtsgang beim Start des Verbrennungsmotors 1 schlupfend betrieben werden.

Wird das Kraftfahrzeug häufig im ersten Gang unter Volllast betrieben, ist im rein elektrischen Fahrmodus insbesondere für den Start des Verbrennungsmotors 1 durch eine Überdreh- zahl der elektrischen Maschine 3 der Einsatz eines so genann- ten U-Gangs mit noch stärkerer Untersetzung als im ersten Gang sinnvoll. Der U-Gang weist ein höheres Übersetzungsver- hältnis als der erste Gang auf. Selbstverständlich ist eine Handvorwahl dieser Betriebsart denkbar. Alternativ oder zu- sätzlich zu dem optionalen Einsatz des U-Gangs kann eine zweite elektrische Maschine vorgesehen sein, wobei die Lösung mit dem zusätzlichen U-Gang sich durch geringe Leerlaufver- luste, geringes Gewicht und geringen Verbrauch auszeichnet.

Wird als Getriebe 5 ein sog. Planetengetriebe eingesetzt, so ergibt sich die zusätzliche Reduktionsstufe (der U-Gang) häu- fig ohne Mehraufwand durch entsprechende Ansteuerung des Pla- netengetriebes, insbesondere bei so genannten geared-neutral- transmissions.

Die Gleitgeschwindigkeit der Kupplungsbeläge nimmt ggf. auf den Reibwert der Kupplungsbeläge und somit auf den Antriebs- komfort Einfluss. Ebenfalls führt ein Abfall des Anpress- drucks beim Einleiten der Schlupfphase der zweiten Kupplung 4,6 ggf. zu einem geringeren Komfort. Beide Einflussgrößen können jedoch über entsprechende Steuerungen bzw. Regelungen beherrscht und minimiert werden. So können Feinabstimmungen in der Drehmomentensteuerung/-regelung mittels einer im Fahr- zeug vorgesehenen bzw. der Antriebseinheit zugeordneten Steu- er-und Auswerteeinheit erfolgen, indem beispielsweise eine Auswertung und Regelung der Winkelbeschleunigung der Getrie- beausgangswelle durchgeführt wird. Für die Auswertung können Simulationsmodelle, insbesondere Neuronale Netze, und/oder Fuzzy-Logik-basierte Algorithmen eingesetzt werden.