Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung einer sicherheitskritischen Betätigung einer Trennkupplung in einem Hybridmodul eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Bei einem solchen Verfahren ist das Hybridmodul zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe wirksam und weist einen elektrischen Antrieb, eine Trennkupplung und einen Freilauf auf, wobei die Trennkupplung zum Start des Verbrennungsmotors durch die Übertragung eines, von dem elektrischen Antrieb oder dem Antriebsstrang gelieferten Drehmomentes durch eine kraftschlüssige Verbindung mit dem elektrischen Antrieb oder dem Antriebsstrang für rein elektrisches Fahren verwendet wird.

Aus der DE 10 2012 206 680 A1 ist ein Hybridmodul für einen Triebstrang eines Kraftfahrzeuges bekannt. Das Hybridmodul ist zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet und weist einen elektrischen Antrieb, eine Trennkupplung und einen Freilauf auf, wobei die Trennkupplung und der Freilauf parallel zueinander jeweils zur Drehmomentenübertragung vom Verbrennungsmotor in Richtung Getriebe vorgesehen sind. Der Freilauf überträgt das Drehmoment vom Verbrennungsmotor kommend in Richtung Getriebe und öffnet bei entgegengesetzt gerichtetem Drehmoment, so dass das Kraftfahrzeug wahlweise durch den Verbrennungsmotor oder den elektrischen Antrieb oder kombiniert gleichzeitig durch beide antreibbar ist. Die Trennkupplung hat dabei die Aufgaben, den Verbrennungsmotor durch Übertragung des von dem elektrischen Antrieb bzw. dem Antriebsstrang gelieferten Drehmoments durch kraftschlüssiges Verbinden von Verbrennungskraftmaschine und elektrischen Antrieb bzw. Antriebsstrang zu starten oder den Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang abzukoppeln, um das Kraftfahrzeug rein elektrisch zu betreiben oder Verbrennungsmotorzug- und -schubmomente im hybridischen Fahrbetrieb zu übertragen.

Ein Wechsel vom elektrischen zum hybridischen Fahrbetrieb erfordert somit das Schließen der Trennkupplung, um den Verbrennungsmotor zu starten. Insbesondere beim Start bzw. Wiederstart über die kinetische Energie des drehenden Antriebsstranges kommt es durch das Schließen der Trennkupplung und die damit verbundene Beschleunigung des stehenden Verbrennungsmotors zu einem entsprechenden Bremsmoment. Im Sinne der funktionalen Sicherheit sind bei Fehlfunktionen des elektrischen, elektronischen oder programmierbaren elektrischen Ausrückersystems Gefährdungssituationen für Fahrzeuge und Fahrzeuginsassen vorstellbar. Besonders im Falle des ungewollten Schließens des Trennkupplungssystems, z.B. während einer elektrischen Kurvenfahrt, ist das Gefährdungspotential besonders hoch. Um im Fehlerfall rechtzeitig reagieren und so ein sicherheitsrelevantes Schließen der Trennkupplung vermeiden zu können, bedarf es beim Trennkupplungssystem eines Sicherheitsabstandes in Richtung der Kupplungsposition„offen", um die benötigte Zeitspanne zur Fehlererkennung und Einleitung geeigneter Abhilfemaßnahmen abdecken zu können. Bei einem fest eingestellten Sicherheitsabstand kann es auf Grund auftretender Fehlfunktionen des Kupplungsbetäti- gungssystems trotzdem zu einem ungewollten Schließen der Trennkupplung kommen, was sicherheitskritische Situationen des Kraftfahrzeuges hervorrufen kann.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vermeidung einer sicherheitskritischen Betätigung einer Trennkupplung in einem Hybridmodul eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges anzugeben, bei welchem Fehlfunktionen des Kupplungsbetätigungs- systems ausgeglichen werden.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein vorzuhaltender Sicherheitsabstand der offenen Trennkupplung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeuges und/oder Fahrzeugrandbedingungen eingestellt wird. Unter dem Sicherheitsabstand der offenen Kupplung soll dabei der Abstand der Reibbeläge unter Berücksichtigung des Ausrückweges bei geöffneter Trennkupplung verstanden werden. Durch die Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen bei der Auswahl des Sicherheitsabstandes wird ein ausreichend großer Sicherheitsabstand eingestellt, bei welchem ein ungewolltes Schließen der Trennkupplung auch bei einer Fehlfunktion des Kupplungsbetätigungssystems sicher unterbunden wird. Dabei muss das Kraftfahrzeug System nicht generell in einem übersicheren Bereich betrieben werden, der alle erdenklichen Fälle abdeckt, es bietet aber trotzdem die höchstmögliche Systemdynamik, Systemverfügbarkeit und Systemsicherheit.

Vorteilhafterweise wird der Sicherheitsabstand in Abhängigkeit des von den Umgebungsbedingungen des Kraftfahrzeuges und/oder den Fahrzeugrandbedingungen abhängigen kritischen Störmomentes eingestellt. Dabei wird der Betrachtung zugrunde gelegt, dass bei schlechten Umgebungsbedingungen der Sicherheitsabstand durch geringe, zu tolerierende Störmomente größer sein muss, wohingegen bei besseren Umgebungsbedingungen der Sicherheitsabstand infolge größerer, tolerierbarer Störmomente kleiner eingestellt wird. Es wird berücksichtigt, dass auch in der Technik Fehlfunktionen auftreten können, wobei sichergestellt werden muss, dass der Sicherheitsabstand immer die Position ausreichend offen der Kupplung berücksichtigt. ln einer Ausgestaltung wird der Sicherheitsabstand als Konstante auf einer Kupplungskennlinie ausgehend von der Position des kritischen Störmomentes definiert. Durch den konstanten Abstand, welcher die offene Trennkupplung von dem kritischen Störmoment aufweist, wird gewährleistet, dass bei kritischen Fahrsituationen infolge von Fehlfunktionen der Technik die Kupplung nicht ungewollt in den geschlossenen Zustand übergeht. Durch Einbeziehung der Kupplungskennlinie erfolgt die Berücksichtigung einer, im Fehlerfall auftretenden Kupplungsdynamik, was die Genauigkeit des einzustellenden Sicherheitsabstandes verbessert.

In einer Variante wird das kritische Störmoment in Abhängigkeit eines Reibwertes der Fahrzeugräder bestimmt. Insbesondere bei regennasser Fahrbahn oder bei Eisglätte verändert sich der Reibwert, so dass das Störmoment in Abhängigkeit von unterschiedlichen Reibwerten geändert wird, um eine sicherheitskritische Betätigung der Trennkupplung zu unterbinden, da eine differenzierte Kraftübertragung der Reifen auf die Fahrbahn auftritt.

In einer Weiterbildung ist der Reibwert für einen vorgegebenen Bereich einer Außentemperatur des Kraftfahrzeuges als Konstante ausgebildet. So kann ein Reibwert beispielsweise bei einer Außentemperatur <3°C und einer Außentemperatur von >3°C festgelegt werden, um die Reibübertragung zwischen Reifen und Fahrbahn zu klassifizieren.

In einer weiteren Ausführungsform wird das kritische Störmoment in Abhängigkeit einer Querbeschleunigung des Kraftfahrzeuges bestimmt. Dabei wird, insbesondere bei Kurvenfahrten, mit einer konstanten Fahrgeschwindigkeit die Abhängigkeit des tolerierbaren Störmomentes von dem Größen Straßenhaftbeiwert, Gangübersetzung und Fahrgeschwindigkeit bzw. der damit zusammenhängenden Querbeschleunigung berücksichtigt, um die Fahrzeugsicherheit zu gewährleisten.

In einer Variante wird der Sicherheitsabstand in Abhängigkeit des Tastpunktes der Trennkupplung variabel eingestellt. Unter dem Tastwert soll der Ausrückweg der Kupplung verstanden werden, bei welchem die Kupplung zu greifen beginnt, und das Drehmoment vom Verbrennungsmotor auf den Antriebsstrang übertragen wird. Da dieser Tastpunkt von dem konstruktiven Aufbau des Antriebsstranges abhängt und Alterungserscheinungen unterliegt, muss dieser ständig neu bewertet werden.

In einer Ausgestaltung wird der Sicherheitsabstand in Abhängigkeit der zuletzt bekannten Position des Tastpunktes der Trennkupplung eingestellt, wobei eine Temperaturabhängigkeit des Tastpunktes berücksichtigt wird. Durch die Einstellung des Sicherheitsabstandes in Abhängigkeit von dem Tastpunkt wird gewährleistet, dass immer ein ausreichender Abstand bei der Position Kupplung offen vorhanden ist, der bei fehlerhafter Funktion des Kupplungsbetäti- gungssystems verhindert, dass die Trennkupplung unbeabsichtigt geschlossen wird.

In einer Ausgestaltung werden Informationen über die Umgebungsbedingungen und/oder die Fahrzeugrandbedingungen über eine Kommunikationsleitung des Kraftfahrzeuges bereitgestellt. Dadurch werden die von Sensoren, welche an sich im Kraftfahrzeug vorhanden sind, bereitgestellten Daten auch zur Unterbindung einer sicherheitskritischen Betätigung der Trennkupplung genutzt.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 : eine schematische Darstellung eines Antriebsstranges eines Kraftfahrzeuges mit einem Hybridmodul,

Figur 2: Übersicht kritischer Störmomente als Funktion von der Reibhaftung, dem Gang und der Fahrzeuggeschwindigkeit,

Figur 3: ein erstes Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren,

Figur 4: ein zweites Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren.

Figur 1 zeigt schematisch einen Triebstrang eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor 1 , einen, an einer Kurbelwelle 2 des Verbrennungsmotors 1 angebundenen Schwingungsdämpfer 3, einem Hybridmodul 4 mit Freilauf 5 und Trennkupplung 6, sowie mit Rotor 7 und Stator 8 eines elektrischen Antriebes, einem Getriebe 9, einem Differenzial 10 und nicht im Einzelnen dargestellten Rädern. Zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Getriebe 9 sind zwei parallele Drehmomentübertragungsstränge vorgesehen. Ein erster Drehmomentübertragungsstrang enthält die Trennkupplung 6 und ein zweiter Drehmomentübertragungsstrang den Freilauf 5. Der Freilauf 5 überträgt das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 1 auf das Getriebe 9 und öffnet bei Drehmomentflussrichtung vom Getriebe 9 auf den Verbrennungsmotor 1. Drehmomente vom Getriebe 9 in Richtung Verbrennungsmotor 1 sind bei ge- schlossener Trennkupplung 6 übertragbar. Dies betrifft insbesondere das Starten des Verbrennungsmotors 1 aus dem elektrischen Fahren sowie das Übertragen des Schubmomentes im Falle einer vollen Batterie.

Im verbrennungsmotorischen Betrieb des Triebstranges bleibt die Trennkupplung 6 geschlossen, so dass diese entsprechend ihrer anliegenden Drehmomentübertragungskapazität das vom Verbrennungsmotor 1 übertragbare Moment jeweils anteilig zusammen mit dem Freilauf 5 überträgt. Die Funktion der Trennkupplung 6 wird durch ein Steuergerät 1 1 , welches mit einem übergeordneten Fahrzeugsteuergerät 12 verbunden ist, gesteuert. Das Steuergerät 1 1 und das Fahrzeugsteuergerät 12 sind dabei über eine Fahrzeugkommunikationsleitung, vorzugsweise einen CAN-Bus 15, miteinander und mit Sensoren 13 und einem Fahrerassistenzsystem 14 verbunden.

In Figur 2 ist eine Übersicht der kritischen Störmomente als Funktion des Reibwertes, des Ganges sowie der Fahrzeuggeschwindigkeit dargestellt. Wie der Figur 2 zu entnehmen ist, können beim Durchfahren einer Kurve im zweiten Gang bei 30 km/h unter Schnee bzw. eisglatter Fahrbahn (Annahme Reibwert μ = 0,3) bereits Störmomente von >55 nm zu einem eventuellen sicherheitskritischen Haftabriss zwischen Reifen und Fahrbahn an der Antriebsachse führen.

Bei regennasser Fahrbahn erhöht sich der Reibwert μ auf etwa 0,7, was tolerierbare Störmomente von bis zu ca. 150 nm zulässt. Unter Berücksichtigung der im Fehlerfall auftretenden Kupplungsdynamiken kann in Abhängigkeit der benötigten Fehlertoleranzzeit ein notwendiger, vorzuhaltender Sicherheitsabstand definiert werden. Bei schlechteren Umgebungsbedingungen muss also der Sicherheitsabstand durch die geringeren tolerierbaren Störmomente größer werden. Aus diesem Sachverhalt ergeben sich von den Umgebungsbedingungen abhängige, unterschiedliche Sicherheitsabstände, welche zum einen der funktionalen Sicherheit als auch der möglichen Verfügbarkeit des Systems dienen.

Zur Einstellung des Sicherheitsabstandes wird ein kritisches Störmoment M _krit bestimmt, was wie folgt ermittelt wird.

M Krit = rriv * + M E -Maschine '

wobei μ der Reibwert und v ² /r die Querbeschleunigung darstellt. Die zugehörige Position des ermittelten kritischen Störmomentes M _krit kann auch in Abhängigkeit der zuletzt bekannten Position des Tastpunktes T ermittelt werden. Dabei sind Variationen des Tastpunktes T z.B. durch Temperatureinflüsse zu berücksichtigen bzw. zusätzlich vorzuhalten. Auf die so berechnete Position des kritischen Störmomentes M _krit kann nun die erforderliche Position„sicher offen" definiert werden, bis zu welcher die Trennkupplung 6 beim Abkoppeln des Verbrennungsmotors 1 betätigt und gehalten werden muss.

Durch Kenntnis der Kupplungskennlinie kann in Abhängigkeit der von den Sensoren 13 gelieferten Informationen, z.B. mögliche Glättegefahr bei Außentemperaturen <3°C und/oder gemessene Querbeschleunigung bestehender Fahrerassistenzsysteme 14 in Kombination mit der, vom Gesamtsystem abhängigen Fehlertoleranzzeit der Sicherheitsabstand s definiert werden.

In Figur 3 ist die Kupplungskennlinie dargestellt, bei welcher ein zu übertragendes Drehmoment über dem Ausrückweg der Trennkupplung 6 dargestellt ist. Bei der in Figur 3 beschriebenen Situation wird von einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 30 km/h und einem Reibwert von μ = 0,7 ausgegangen, was gleichbedeutend mit einer nassen Fahrbahn ist. Bei dieser Situation ist ein zulässiges Störmoment M _krit von 155 nm gegeben, damit kein Haftabriss der Reifen von der Fahrbahn auftritt. Es wird eine Fehlertoleranzzeit von 100 ms angenommen, in welcher auftretende Fehler zugelassen werden. Darüber hinaus wird eine mittlere Aktordynamik im Fehlerfall von 30 mm/s angenommen, mit welcher sich der Aktor der Trennkupplung 6 in Schließrichtung bewegt.

Aus dieser Annahme ergibt sich ein erforderlicher Sicherheitsabstand s von s = v ^* t = 3 mm. Dieser Sicherheitsabstand s wird als Konstante auf den Ausrückweg addiert, der dem kritischen Störmoment M _krit entspricht, welches sich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen ändert, auf den Ausrückweg der Kupplung zugeschlagen. Mit diesem Sicherheitsabstand s, den die offene Trennkupplung 6 nun einnimmt, ist die Trennkupplung 6 auch bei Fehlfunktionen des Kupplungsbetätigungssystems in der Position„sicher offen", in welcher ein ungewolltes Schließen der Trennkupplung 6 zuverlässig unterbunden wird. Der Tastpunkt T des Kupplungsbetätigungssystems liegt dabei zuverlässig innerhalb des ermittelten Sicherheitsabstandes s, so dass davon ausgegangen wird, dass kein Schließen der Kupplung auftritt. In einer zweiten Situation, welche in Figur 4 dargestellt ist, wird anhand der Kupplungskennlinie davon ausgegangen, dass das Kraftfahrzeug eine Geschwindigkeit von 30 km/h besitzt und der Reibwert μ = 0,2 beträgt, was mit einer schnee- oder eisbedeckten Fahrbahn gleichzusetzen ist. Das zulässige kritische Störmoment M _krit , bei welchem kein Haftabriss der Räder von der Fahrbahn auftritt, wird auf 25 nm beschränkt. Die Fehlertoleranzzeit, innerhalb welcher ein Fehler des Steuergerätes 1 1 zugelassen wird, wird mit 100 ms angenommen, während die mittlere Aktordynamik zum Verfahren der Trennkupplung 6 im Fehlerfall mit 30 mm/s angenommen wird.

Auch unter diesen gegebenen Bedingungen wird ein erforderlicher Sicherheitsabstand s von s = v ^* t = 3 mm bestimmt. Das kritische Störmoment M _krit , welches sich in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, wie Reibwert und Außentemperatur, des Kraftfahrzeuges verändert, liegt hiermit bei niederen Drehmomenten. Auch hier wird auf den Ausrückweg der Trennkupplung 6, welcher dem kritischen Störmoment M _krit entspricht, der Sicherheitsabstand s von 3 mm aufgeschlagen, um somit eine Position„sicher offen" der Trennkupplung 6 zu gewährleisten. Der Tastpunkt T der Trennkupplung 6 liegt bei diesen Gegebenheiten sicher innerhalb des von dem Sicherheitsabstand s aufgespannten Ausrückweges. In einer Alternative kann der Sicherheitsabstand s aber auch in Abhängigkeit des Tastpunktes T variabel definiert werden.

Bezugszeichenliste Verbrennungsmotor

Kurbelwelle

Schwingungsdämpfer

Hybridmodul

Freilauf

Trennkupplung

Rotor

Stator

Getriebe

Differenzial

Steuergerät

Fahrzeugsteuergerät

Sensor

Fahrerassistenzsystem