Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten in einem Hybrid-Fahrzeug

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeuggetriebe, insbesondere ein Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten ("Rennstarts").

Bei den bekannten Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten wird der

Triebstrang vor dem eigentlichen Start bereits vorgespannt. Das Vorspannen fördert beispielsweise den Durchsatz durch den Turbolader, damit beim Lösen der Bremse durch den Fahrer spontan Leistung abgefordert werden kann. Bisher wird zum Vorspannen des

Verbrennungsmotors die Anfahrkupplung verwendet.

Aus der Offenlegungsschrift DE 103 05 297 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Steuerung eines vom Fahrer anwählbaren Anfahrvorganges eines Kraftfahrzeuges im Zusammenhang mit einem Rennstart-Anfahrvorgang („LaunchControl") bekannt. Diese LaunchControl ermöglicht auf griffiger Fahrbahn eine optimale Fahrzeugbeschleunigung. Diese LaunchControl wird angewählt, indem z.B. bei stehendem Fahrzeug das Schlupfregelsystem deaktiviert oder in Sportmodus versetzt wird, ein spezielles Fahrprogramm gewählt wird, der Wählhebel bei stehendem Fahrzeug in eine bestimmte Position gebracht wird, oder/und die Bremse betätigt wird und gleichzeitig das Gaspedal voll durchgetreten wird. Die LaunchControl wird daraufhin vorbereitet, indem bei teilweise geöffneter („schlupfender") Kupplung die Motordrehzahl auf einen festen Wert eingeregelt wird. Mit Loslassen des Wählhebels oder alternativ des

Bremspedals beschleunigt das Fahrzeug; d.h. der vorbereitete Anfahrvorgang wird

anschließend mittels Kupplungsregelung im Sinne einer optimalen Beschleunigung

weitergeführt.

Das Vorspannen führt allerdings zu einer thermischen Beanspruchung der Kupplung. Die Energie aus dem Kraftstoff wird in thermische Energie umgewandelt, die zu einer

Kupplungsbelastung führt. Die vom Motor abgegebene Leistung wird in nicht nutzbare thermische Energie umgewandelt. Es ist eine hohe Kühlleistung erforderlich.

Aus dem US-Patent 9,067,593 B2 ist ein Anfahrtsteuerungssystem („LaunchControl") für ein Hybridfahrzeug mit einem stufenlosen Getriebe (eCVT) bekannt, bei dem Motorgeschwindigkeit und Motordrehmoment unabhängig von der Radgeschwindigkeit und dem Radmoment gesteuert werden. Dem Drehmoment des Verbrennungsmotors kann durch ein Drehmoment von einem Motorgenerator und durch Aktivierung des Bremspedals durch den Fahrer entgegengewirkt werden. Das Anfahrtsteuerungssystem hat allerdings den Nachteil, dass es für ein Hybridfahrzeug vorgesehen ist, das keine Anfahrkupplung aufweist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine entsprechend eingerichtete Steuerung zum Durchführen eines Startvorgangs eines Kraftfahrzeugs mit Anfahrkupplung bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwindet.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 , sowie die entsprechend eingerichtete Steuerung nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Die folgenden Ausführungsbeispiele betreffen ein Verfahren zum Durchführen eines

Startvorgangs eines Kraftfahrzeugs mit Hybridantriebsstrang mit Anfahrelement, beispielsweise einem Wandler oder einer Anfahrkupplung. Das Verfahren kann insbesondere bei

Hybridfahrzeugen, insbesondere bei Hybridfahrzeugen mit Doppelkupplungsgetriebe zum Einsatz kommen.

Das Kraftfahrzeug weist einen Hybridantriebsstrang auf, der eine Abtriebswelle und ein

Anfahrelement, beispielsweise einen Wandler oder eine Anfahrkupplung, aufweist, sowie einen Verbrennungsmotor mit einer Abtriebswelle und eine elektrische Maschine, die mit der

Abtriebswelle des Verbrennungsmotors verbindbar ist. Bei dem Verbrennungsmotor handelt es sich vorzugsweise um einen aufgeladenen VKM-Motor, der mit einem Turbolader versehen ist.

Beim Startvorgang wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die elektrische Maschine generatorisch betrieben. Durch das Vorspannen des Verbrennungsmotors mittels generatorisch betriebener elektrischer Maschine statt mittels Anfahrkupplung kann eine thermische Belastung der Anfahrkupplung vermieden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die elektrische Maschine generatorisch betrieben, um eine Batterie, beispielsweise eine Hochvoltbatterie, zu laden. Somit steht für den folgenden Beschleunigungsvorgang mehr elektrische Energie in einer Hochvoltbatterie zur Verfügung. Die Energie für das Vorspannen wird nicht weggekühlt, sondern zweckgebunden weiterverwendet.

Der Hybridantriebsstrang kann zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine ferner eine Trennkupplung aufweisen. Durch Schließen der Trennkupplung kann der

Verbrennungsmotor belastet werden, um Ladedruck für den Startvorgang aufzubauen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Ladezustand einer Hochvoltbatterie geprüft, um zu erkennen, ob ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine möglich ist. Ist die Batterie voll geladen, kann der

Verbrennungsmotor nicht vorgespannt werden. Dann ist aber umgekehrt gewährleistet, dass die elektrische Maschine einen vollständigen Instationärausgleich leisten kann, dass also in beiden Fällen die Durchführung einer vollwertigen LaunchControl gewährleistet ist.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann das Vorspannen des Verbrennungsmotors auch durch Belasten des Verbrennungsmotors mit einem Riemen-Starter-Generator erfolgen.

Bei dem Startvorgang kann es sich um einen LaunchControl-Start (Rennstart) handeln. Das Verfahren kann beispielsweise im Rahmen einer LaunchControl genutzt werden. Die

LaunchControl dient beispielsweise dazu, ein Fahrzeug mit automatisiertem Schaltgetriebe optimal auf die Höchstgeschwindigkeit zu beschleunigen. Im Rahmen einer LaunchControl kann die Schaltautomatik so gesteuert werden, dass beim Anfahren diejenige Drehzahl anliegt, die das Fahrzeug mit optimiertem Radschlupf aus dem Stand am besten beschleunigt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, die oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Bei der Steuerung kann es sich beispielsweise um eine Getriebesteuerung und/oder um eine Motorsteuerung handeln.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise als computerimplementiertes Verfahren in einer Steuerung implementiert werden, die einen oder mehrere Prozessoren, Speicher und Kommunikationsschnittstellen aufweist. Insbesondere kann das Verfahren in Form von

Programmbefehlen implementiert werden, die auf einem Prozessor, z.B. eines

Getriebesteuerungsmoduls, ausgeführt werden. Die Erfindung ist somit auch auf einen

Prozessor gerichtet, der so eingerichtet ist, dass er das beschriebene Verfahren implementiert, bzw. auf Steuerungen, die einen derart eingerichteten Prozessor umfassen. Auch ist ein Kraftfahrzeug Gegenstand dieser Erfindung, das eine derartige Steuerung umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Hybridfahrzeug mit

Verbrennungsmotor und generatorisch betreibbarer elektrischen Maschine handeln.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs zeigt;

Fig. 2 beispielhafte Steuerungen eines Kraftfahrzeugs zur Durchführung von LaunchControl- Anfahrten zeigt; und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten zeigt.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs. Die Figur liefert eine schematische und beispielhafte Prinzipdarstellung eines

momentenaddierenden Parallelhybrid-Antriebskonzepts. Bei dem Antriebskonzept kann es sich beispielsweise um einen Plug-In-Hybrid-Antriebsstrang mit Einwellen-Parallelhybridtriebstrang oder dergleichen handeln. Ein Parallelhybrid-Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs umfasst einen Verbrennungsmotor 1 , ein Zweimassenschwungrad 8 (ZMS), eine elektrische Maschine 2 (EM), ein Getriebe 3 und ein Differential 4. Zwischen elektrischer Maschine 2 und

Verbrennungsmotor 1 befindet sich eine regelbare Trennkupplung 10. Die elektrische Maschine 2 und der Verbrennungsmotor 1 sind an eine Abtriebswelle 9 gekoppelt. Das Getriebe 3 umfasst eine Anfahrkupplung 5. Das Getriebe 3 ist beispielsweise als ein elektro-hydraulisch betätigtes Doppelkupplungsgetriebe ausgeführt, es können aber auch andere Kupplungs- oder Getriebetypen zum Einsatz kommen. Eine als Traktionsbatterie dienende Hochvoltbatterie 6 stellt elektrische Energie einer Leistungselektronik 7 zur Verfügung, die damit die elektrische Maschine 2 betreibt. Die elektrische Maschine 2 kann generatorisch betrieben werden. Mit Hilfe der Trennkupplung 10 (Hybridkupplung oder Wiederstartkupplung) kann der

Verbrennungsmotor 1 an das Getriebe 3 gekoppelt werden. Das Hybridfahrzeug kann u.a. in die Betriebsmodi "Elektrisch Fahren" und "Rekuperation" betrieben werden. Ferner kann der Verbrennungsmotor 1 mit voller Leistung betrieben werden und zusätzlich kann die elektrische Maschine 2 ein Drehmoment zur Verfügung stellen, um das Gesamtdrehmoment zu erhöhen (Boosten). Wird zum Vorspannen des Verbrennungsmotors die Anfahrkupplung 5 verwendet, so führt dies zu einer thermischen Beanspruchung der Anfahrkupplung 5. Aus diesem Grund wird in dem hier beschriebenen Verfahren zur Durchführung von LaunchControl-Anfahrten beim

Vorspannen der Verbrennungsmotor 1 nicht durch die Getriebekupplung 5, sondern anderweitig belastet. Insbesondere wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Hybridfahrzeug die Hochvoltbatterie 6 mit hoher Leistung geladen, um den Verbrennungsmotor 1

vorzuspannen. Dadurch kann eine thermische Belastung der Anfahrkupplung 5 vermieden werden. Zudem steht für den folgenden Beschleunigungsvorgang mehr elektrische Energie in der Hochvoltbatterie 6 zur Verfügung. Die Energie für das Vorspannen wird nicht weggekühlt, sondern zweckgebunden weiterverwendet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Verbrennungsmotor 1 mit der elektrischen Maschine belastet, um Ladedruck für den Start aufzubauen. Dies hat den Vorteil, dass der Verbrennungsmotor 1 die für einen Rennstart erforderliche Leistung liefern kann. Dieses Belasten des Verbrennungsmotors 1 kann durch die mit der Abtriebswelle 9 des

Verbrennungsmotors verbundene generatorisch betriebene elektrische Maschine 2 erfolgen, indem beispielsweise die Trennkupplung 10 zwischen Verbrennungsmotor 1 und elektrischer Maschine 2 geschlossen wird.

Fig. 2 zeigt beispielhafte Steuerungen eines Kraftfahrzeugs. Ein Kraftfahrzeug weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Motorsteuerung 1 1 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 , sowie eine Getriebesteuerung 12 zur Steuerung wenigstens des Getriebes 3 mit der Anfahrkupplung 5 (z.B. Doppelkupplung) und der Trennkupplung 10 auf. Die Getriebesteuerung 12 und die Motorsteuerung 1 1 beruhen beispielsweise auf Mikroprozessoren und Speicherbausteinen, sowie Kommunikationsschnittstellen. Die Steuerungen 1 1 und 12 sind programmiert, um die erforderlichen Schritte des erfindungsgemäßen Anfahrsteuerungsverfahrens auszuführen, beispielsweise das Verfahren, das in der folgenden Figur 3 beschrieben ist. Motorsteuerung 1 1 und Getriebesteuerung 12 können miteinander kommunikativ gekoppelt sein. Auch könnten Motorsteuerung 1 1 und Getriebesteuerung 12 als eine Steuerung realisiert werden,

beispielsweise als ein Prozessor.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Durchführung eines LaunchControl- Starts. In einem Schritt 301 wird der LaunchControl-Modus des Fahrzeugs aktiviert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Fahrer eine entsprechende Anwahltaste des

Armaturenbretts betätigt, was ein Launch-Control-Bit in der Motorsteuerung entsprechend setzt. Bei Schritt 302 erkennt das Verfahren, dass die Fahrzeugbremsen vom Fahrer betätigt werden, was eine Voraussetzung für das Durchführen des LaunchControl-Starts darstellt. Bei Schritt 303 erkennt das Verfahren eine Fahrpedalbetätigung des Fahrers. Diese Fahrpedalbetätigung schaltet den„Standby" der LaunchControl ein. Nach Erkennen der Fahrpedalbetätigung in Schritt 303 schließt die Getriebesteuerung bei Schritt 304 die Trennkupplung und koppelt dadurch den Verbrennungsmotor an die Abtriebswelle. Die Getriebesteuerung regelt nun automatisch eine gewünschte Drehzahl des Verbrennungsmotors ein, die z.B. von der

Momentenanforderung durch den Fahrer, vom Ladezustand der Hochvoltbatterie oder anderen Parametern abhängig sein kann. Der Motorsteuerung wird hierfür beispielsweise über die Synchrondrehzahlschnittstelle die gewünschte Soll-/Stalldrehzahl übermittelt. Bei Schritt 305 wird geprüft, ob die Hochvoltbatterie genug Ladekapazität aufweist, um einen generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zu erlauben. Überschreitet der Ladezustand der

Hochvoltbatterie einen vordefinierten Schwellwert (oder ist die Hochvoltbatterie bereits voll geladen), so ist ein generatorischer Betrieb der elektrischen Maschine nicht möglich, da die von der elektrischen Maschine erzeugte Energie nicht abgeführt werden kann. In diesem Fall fährt das Verfahren mit Schritt 306 fort. Bei Schritt 306 wird ohne Vorspannung ein vermindertes Startmoment des Verbrennungsmotors aufgebaut und mit dem Anfahrvorgang gemäß Schritte 309 und 310 fortgefahren. Durch das verzögerte Füllen der Luftstrecke des

Verbrennungsmotors ergibt sich ein verzögerter Momentenaufbau, welcher aber durch einen entsprechenden Instationärausgleich durch die elektrische Maschine - aufgrund der voll zur Verfügung stehenden Batterieladung - vollständig ausgeglichen werden kann. Beim

Instationärausgleich kompensiert die elektrische Maschine Drehmoment, das vom

Verbrennungsmotor nicht zur Verfügung gestellt werden kann. Die elektrische Maschine wird aufgrund der vollen Batterieladung dazu genutzt, geforderte Drehmomentänderungen schnell und mit gutem Wirkungsgrad durchzuführen. Ein Vorspannen des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine ist in diesem Fall nicht erforderlich. Wird bei Schritt 305 hingegen erkannt, dass die Hochvoltbatterie nicht voll ist, so fährt das Verfahren mit Schritt 307 fort. Bei Schritt 307 erfolgt ein Vorspannen des Verbrennungsmotors gegen die elektrische Maschine. Dabei wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors über die Abtriebswelle des

Verbrennungsmotors auf die elektrische Maschine übertragen und von dieser aufgenommen. Dadurch wird der Verbrennungsmotor vorgespannt. Die elektrische Maschine wandelt die von ihr aufgenommene mechanische Leistung in elektrische Leistung um und lädt damit die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs. In diesem Fall wird in Schritt 308 das Verbrennungsmotor- Startmoment voll aufgebaut. In einem Schritt 309 wird das Lösen der Fahrzeugbremsen erkannt. Nach dem Lösen der Fahrzeugbremsen schließt in einem Schritt 310 die

Getriebesteuerung die Anfahrkupplung und gleichzeitig wird die Ladeleistung (negatives Moment) der elektrischen Maschine abgeschaltet, bzw. in den Boost-Mode (positives Moment der elektrischen Maschine) umgeschaltet. Dadurch wird Drehmoment auf die Fahrzeugräder übertragen, das Fahrzeug setzt sich mit vorgespanntem Verbrennungsmotor in Bewegung.

Bezugszeichenliste Verbrennungsmotor (VKM)

elektrische Maschine (EM)

Getriebe

Differential

Anfahrkupplung / Doppelkupplung

Hochvoltbatterie

Leistungselektronik

Zweimassenschwungrad

Abtriebswelle des Verbrennungsmotors

Trennkupplung (Wiederstartkupplung)

Motorsteuerung

Getriebesteuerung