Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung

Kraftfahrzeugs eine Hybridantriebsvorrichtung und ein Kraftfahrzeug.

Bei Hybridfahrzeugen kann der Verbrennungsmotor über einen Schleppstart gestartet werden, wobei eine Elektromaschine ein positives Drehmoment über eine Kupplung bereitstellt, welches auf den Verbrennungsmotor bzw. die Kurbelwelle wirkt. Auch ist es möglich den Verbrennungsmotor mittels eines Ritzelstarters zu starten. Während der Verbrennungsmotor auf eine Anschlussdrehzahl gebracht wird, kann beispielsweise eine Lastanforderung eines Fahrers des Hybridfahrzeugs nicht ausreichend von der Elektromaschine umgesetzt werden. Dies kann zu einer für den Fahrer inakzeptablen Situation führen. Außerdem benötigt ein solcher Start des Verbrennungsmotors viel Energie, die von dem Elektromotor des

Hybridfahrzeugs zur Verfügung gestellt werden muss. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Zeitdauer bis zum Beginn einer Kraftübertragung des Verbrennungsmotors zu verkürzen und den Bedarf an elektrischer Energie für den Zustart zu reduzieren. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den

Unteransprüchen.

Der Erfindung liegen folgende Kenntnisse zugrunde.

Bei aktuellen hybridisierten Doppelkupplungsgetrieben (DKG), mit Anbindung der

Elektromaschine auf einem Teilgetriebe, können sich für ein schnelles Aufstarten eines abgelegten Verbrennungsmotors (VM) beim Ausstieg aus Phasen mit abgelegten

Verbrennungsmotor Problematiken ergeben. Insbesondere beim Wechsel vom elektrischen Fahren, also nur durch den Antrieb einer elektrischen Maschine, in ein hybridisches Fahren, in dem der Fahrzeugantrieb sowohl über die elektrische Maschine als auch über den

Verbrennungsmotor erfolgt, kann es eine gewisse Zeit dauern bis der Verbrennungsmotor die erforderliche Anschlussdrehzahl aufweist. Typischerweise sind dies Hybridfahrzeuge, bei denen Anwendungen im Niedervolt-Bereich, also unter 60V, betrieben werden, aber auch bei Hybridfahrzeugen mit Hochvoltanwendungen, also gleich/über 60V.

Der Start des Verbrennungsmotors wird durch eine Lastanforderung am Fahrpedal, eine Anforderung bei Verlassen des Bremspedals oder durch die allgemeine Betriebsstrategie getriggert. Bisherige Betriebsstrategien setzen dabei ein geeignetes Startsystem ein, wonach mittels Schleppstart oder über einen Ritzelstarter des Verbrennungsmotors, dieser von der Drehzahl 0 ausgehend gestartet wird. Anschließend wird durch Verbrennen von Kraftstoff der Verbrennungsmotor auf eine Anschlussdrehzahl zum Abtrieb gebracht und erst danach an den Antriebsstrang angekoppelt und kann zur Beschleunigung des Fahrzeugs beitragen.

Hierbei entsteht oft ein Zeitraum, der ohne ausreichende Umsetzung der Lastanforderung des Fahrers und hohem Verbrauch von elektrischer Energie zur Überbrückung bis zur

Lastübernahme des Verbrennungsmotors, zu funktionalen Defiziten und inakzeptablen Fahrzeugreaktionen bezüglich der Fahreranforderungen führen kann.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Hybridantriebsvorrichtung umfasst einen Verbrennungsmotor, ein Kupplungsgetriebe, aufweisend wenigstens ein freies

Teilgetriebe und ein E-Teilgetriebe mit jeweils einer Kupplung, und wenigstens eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist an wenigstens einem Teilgetriebe angeordnet, wobei mindestens ein anderes Teilgetriebe ohne Anbindung der elektrischen Maschine fungiert. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: öffnen der wenigstens zwei Kupplungen zum Ablegen des Verbrennungsmotors; Antrieb oder Rekuperation des

Kraftfahrzeugs über des E-Teilgetriebe. Empfangen einer Zustartanforderung für den

Verbrennungsmotor. Schließen der zum freien Teilgetriebe zugeordneten Kupplung zum Start des Verbrennungsmotors, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors Impulsenergie aus einer Trägheit der zum freien Teilgetriebe zugeordneten Kupplung und/oder einer Rotation im Teilgetriebe bereitgestellt wird.

Das freie Teilgetriebe weist keine Anbindung an die elektrische Maschine auf. Das E- Teilgetriebe weist eine Anbindung an die elektrische Maschine auf. Beide Teilgetriebe weisen jeweils eine Kupplung zum Verbrennungsmotor auf bzw. beiden Teilgetrieben ist jeweils eine Kupplung zum Verbrennungsmotor zugeordnet.

Die Hybridantriebsanordnung entspricht in einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung einer sogenannten P2-Anordnung auf einem der beiden Teilgetriebe einer

Doppelkupplungsgetriebetopologie. Das Kupplungsgetriebe ist mehrgängig und automatisiert schaltbar ausgebildet. Das Kupplungsgetriebe kann mehrere Teilgetriebe aufweisen.

Zumindest eines der Teilgetriebe weist eine Anbindung an eine elektrische Maschine auf und wird als E-Teilgetriebe bezeichnet. Zumindest ein anderes Teilgetriebe weist keine Anbindung an die Elektromaschine auf und wird als„freies Teilgetriebe" bezeichnet. Beide Teilgetriebe können über jeweils eine dem Teilgetriebe zugeordnete Kupplung mit dem

Verbrennungsmotor gekoppelt werden. Die Kupplungen der Teilgetriebe sind hierbei unabhängig voneinander aktuierbar.

In einigen Alisführungsbeispielen ist der Ausgangspunkt des Verfahrens der Eintritt des Kraftfahrzeugs in eine Phase des Fahrens mit abgelegten Verbrennungsmotor. Dabei sind die wenigstens zwei Kupplungen der wenigstens zwei Teilgetriebe, E-Teilgetriebe und freies Teilgetriebe, geöffnet, um den Verbrennungsmotor auf eine Drehzahl gleich Null oder nahezu gleich Null ablegen zu können. Währenddessen kann der Antrieb des Kraftfahrzeugs über dasjenige Teilgetriebe, welches eine Anbindung an die elektrische Maschine hat, erfolgen. Das Fahrzeug wird entweder rein elektrisch angetrieben oder befindet sich in einer

Rekuperationsphase. Empfängt nun eine Steuereinheit der Hybridantriebsvorrichtung eine Zustartanforderung für den Verbrennungsmotor, wird durch Auslegen des Ganges das freie Teilgetriebe, welches keine Anbindung an die elektrische Maschine aufweist, zum Abtrieb hin geöffnet (Auslegen des Schaltelements) und die Kupplung zum Verbrennungsmotor geschlossen, wodurch der Verbrennungsmotor gestartet wird. Der Start des Verbrennungsmotors erfolgt dabei anhand von Impulsenergie in einem Impulsstartverfahren. Die benötigte Energie wird aus der Trägheit der Massen des freien Teilgetriebes und der dazugehörigen Kupplung und eventuell vorhandener weiterer rotierenden Trägheiten (DrehungleichfÖrmigkeitsdämpfer)

bereitgestellt. Es wird die im freien Teilgetriebe vorhandene Rotationsenergie für den

Impulsstart verwendet.

Um die Impulsenergie nutzen zu können ohne eine Rückwirkung auf den Abtrieb zu bekommen, kann ein gangbildendes Schaltelement im freien Teilgetriebe vor dem Impulsstart geöffnet werden. Dies kann durch öffnen des Schaltelementes im freien Teilgetriebe zur Entkopplung zum Abtrieb erfolgen. Das Öffnen des Schaltelementes kann vor dem Schließen der zum freien Teilgetriebe zugeordneten Kupplung erfolgen.

Mit anderen Worten wird ein Verfahren oder eine Betriebsstrategie für ein

Impulsstartverfahren für den Verbrennungsmotorstart eines Hybridfahrzeugs angegeben, zum Ausstieg aus Phasen der Motoraus-Rekuperation und des elektrischen Fahrens. Insbesondere wird das Impulsstartverfahren bei Kraftfahrzeugen mit einer Hybridantriebsvorrichtung mit Doppelkupplungsgetriebe verwendet.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein Verfahren angegeben, welches sich dadurch auszeichnet, dass sich die Zeitdauer bis zum Beginn der Kraftübertragung des Verbrennungsmotors wesentlich verkürzt. Dadurch ist ermöglicht, dass insbesondere bei Getriebetopologien auf Doppelkupplungsbasis dem Startwunsch schneller entsprochen wird und die Verwendung von elektrischer Energie für den Fahrzeugvortrieb eingeschränkt wird. Darüber hinaus steigt auch der Fahrkomfort. Die üblichen Startsysteme für den

Verbrennungsmotor, so wie Schleppstart oder Ritzelstart, können entfallen oder werden, falls gewünscht, als zusätzliches Startsystem verwendet. In einer Weiterentwicklung umfasst das Verfahren das Einstellen des freien Teilgetriebes, auf mindestens einen Gang unterhalb des Ganges dessen E-Teilgetriebes. Das Einstellen des freien Teilgetriebes kann abhängig von einem eventuell vorhandenen Fahrerwunsch, auf einen Gang unterhalb des E-Teilgetriebes eingestellt werden. Das zum Antrieb nicht verwendete Teilgetriebe (freies Teilgetriebe), welches eine Anbindung an den Abtrieb aufweist, bildet durch Schließen von Schaltelementen mindestens einen Gang unterhalb des Ganges im E- Teilgetriebe. Ziel hierbei ist, die Sekundärseite der Kupplung (welche zum freien Teilgetriebe gehört) auf ein höheres Drehzahlniveau als die der Kupplung zu heben, welche zum E- Teilgetriebe gehört. Hierdurch wird ein Vorhalt an Impulsenergie aus der Trägheit der

Kupplung und der Rotation im freien Teilgetriebe geschaffen, welcher auf höherem Niveau als im E-Teilgetriebe liegt.

In einer Weiterentwicklung des Verfahren erfolgt das Einstellen des Gangs fortlaufend. Um die notwendige Impulsstartenergie für den Verbrennungsmotor bereitzustellen, wird parallel zur der beschriebenen Schaltstrategie (Gang im freiem Teilgetriebe mindestens ein Gang unterhalb des Ganges im E-Teilgetriebe) während der Rekuperation oder dem elektrischen Fahren mittels des Antriebs über die elektrische Maschine, jeweils mindestens ein Gang unterhalb des E-Teilgetriebes im freien Teilgetriebe fortlaufend eingestellt.

In einer Weiterentwicklung des Verfahren ist vorgesehen, dass eine im freien Teilgetriebe bereitgestellte Drehzahldifferenz zum Starten des Verbrennungsmotors mittels Impulsenergie ausreicht. Durch Einstellen des Ganges im freien Teilgetriebe, was fortlaufend erfolgen kann, wird gewährleistet, dass eine solche Drehzahldifferenz im freien Teilgetriebe anliegt, aus welcher heraus jederzeit der Start des Verbrennungsmotors nach dem Impulsstartverfahren durch Schließen der zugehörigen Kupplung des freien Teilgetriebes erfolgen kann.

In einer Weiterentwicklung umfasst das Verfahren das Beschleunigen des

Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl, die gleich einer Selbstzündungs-Drehzahl ist. Beim Empfangen der Zustartanforderung wird zunächst das freie Teilgetriebe durch Öffnen eines gangbildenen Schaltelements zum Abtrieb hin unterbrochen und anschließend die zugehörige Kupplung zum Start des Verbrennungsmotors geschlossen. In manchen

Ausführungsbeispielen, wird der Verbrennungsmotor aufgrund der Impulsenergie auf eine zur Selbstzündung notwendige Drehzahl beschleunigt. Anschließend erfolgt ein selbständiger Hochlauf des Verbrennungsmotors auf eine Synchrondrehzahl des E-Teilgetriebes.

In einer Weiterentwicklung des Verfahren ist vorgesehen, dass die Kupplung des E- Teilgetriebes, geschlossen wird, wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors gleich einer Synchrondrehzahl ist. Bei Erreichen der Synchrondrehzahl wird die Kupplung des E- Teilgetriebes geschlossen und der Vortrieb des Kraftfahrzeugs kann über den

Verbrennungsmotor sichergestellt werden.

In einer Weiterentwicklung umfasst das Verfahren das Beschleunigen des

Verbrennungsmotors auf eine Drehzahl, die oberhalb einer Zieldrehzahl zur Anbindung an das E-Teilgetriebe ist. Beim Empfangen der Zustartanforderung wird das freie Teilgetriebe durch Öffnen des gangbildenden Schaltelements zum Abtrieb hin unterbrochen und anschließend die zugehörige Kupplung zum Start des Verbrennungsmotors geschlossen. In manchen Ausführungsbeispielen wird der Impulsstart so ausgeführt, dass die sich einstellende Drehzahl zwischen dem verbundenen Verbrennungsmotor und freiem Teilgetriebe oberhalb der

Zieldrehzahl zur Anbindung an das E-Teilgetriebe einstellt.

Eine Weiterentwicklung des Verfahrens schließt eine Anbindung des Verbrennungsmotors an das freie Teilgetriebe nicht aus. Dies kann jedoch abhängig von der Betriebsstrategie sein.

Eine optimal eingestellte Impulsenergie führt zu einem Impulsstart mit Erreichen der

Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors.

In einer Weiterentwicklung des Verfahren ist vorgesehen, dass der Antrieb über das E- Teilgetriebe einen Vortrieb des Kraftfahrzeugs und/oder eine Rekuperation von Bremsenergie umfasst. Die Phasen der Rekuperation und des Vortriebs durch die elektrische Maschine erfolgen hierbei über das E-Teilgetriebe.

Ergebnis dieser Betriebsstrategie für das erfindungsgemäße Verfahren und die

Hybridantriebsvorrichtung ist die schnellere Anbindung des Verbrennungsmotors an den Abtrieb für eine schnelle Umsetzung von Fahrerwünschen bzw. betriebsstrategischen

Notwendigkeiten. Gleichzeitig können die Rekuperationspotentiale gehoben werden, die entstehen, wenn das Schleppmoment des angekoppelten Verbrennungsmotors in

Bremsrekuperationsphasen nicht überwunden werden muss. Des Weiteren wird eine erfindungsgemäße Hybridantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs angegeben. Die Hybridantriebsvorrichtung umfasst einen Verbrennungsmotor, ein

Kupplungsgetriebe, aufweisend wenigstens ein freies Teilgetriebe und ein E-Teilgetriebe mit jeweils einer Kupplung, und eine elektrische Maschine, die am E-Teilgetriebe angeordnet ist. Zum Starten des Verbrennungsmotors wird Impulsenergie aus der Trägheit der zum freien Teilgetriebe zugeordneten Kupplung und/oder Rotation im Teilgetriebe bereitgestellt.

Des Weiteren wird ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, insbesondere

Personenkraftfahrzeug, zum Anwenden des Verfahrens angegeben, wobei das Kraftfahrzeug eine Hybridantriebsvorrichtung aufweist, die einen Verbrennungsmotor, ein

Kupplungsgetriebe und eine elektrische Maschine umfasst.

Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es werden nun spezielle Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen begrenzt ausgelegt werden; vielmehr sind diese Ausführungsformen vorgesehen, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist, und decken den Schutzumfang der Erfindung für einen Fachmann vollständig ab. Die Terminologie, die in der ausführlichen Beschreibung der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen verwendet wird, soll für die Erfindung nicht einschränkend sein. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Zeichen auf gleiche Elemente.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel einer Hybridantriebsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug, Figur 2: ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens.

In Figur 1 ist schematisch eine Hybridantriebsvorrichtung HA in einem Kraftfahrzeug F gezeigt. Die Hybridantriebsvorrichtung HA weist einen Verbrennungsmotor VM, ein Kupplungsgetriebe G und eine elektrische Maschine EM auf. Die Hybridantriebsvorrichtung HA ist mit den Rädern R des Kraftfahrzeugs F verbunden. Die Hybridantriebsvorrichtung HA wird in diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt für ein Fahrzeug mit Heckantrieb beschrieben. Gleichermaßen wird die Hybridantriebsvorrichtung HA für Fahrzeuge mit Frontantrieb oder Allradantrieb eingesetzt.

Das Fahrzeuggetriebe ist mehrgängig und automatisiert schaltbar ausgeprägt. Eine typische Topologie ist in Figur 1 gezeigt, wobei die Position der elektrischen Maschine EM auf den Teilgetrieben TG1, TG2 variieren kann.

Das Kupplungsgetriebe G ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Doppelkupplungsgetriebe, welches ein freies Teilgetriebe TG1, und ein E-Teilgetriebe TG2 aufweist. Beide Teilgetriebe weisen über die zugehörigen Kupplungen eine Anbindung an den Verbrennungsmotor auf und mittels einer Leistungssummation der Teilgetriebe an den Abtrieb des Fahrzeugs. Die elektrische Maschine weist eine Anbindung an das E-Teilgetriebe TG2 auf.

Bei der beschriebenen Hybridantriebsvorrichtung ist vorgesehen, dass der Start des

Verbrennungsmotors VM als Impulsstart erfolgt. Die benötigte oder notwendige

Impulsstartenergie wird aus der Trägheit der Massen der zum freien Teilgetriebe zugeordneten Kupplung AE1 und/oder der Rotationsenergie im freien Teilgetriebe TG1 bereitgestellt.

Dazu weist die Kupplung AE1 zunächst einen Schlupf auf und modelliert das Drehmoment für den Verbrennungsmotor VM. Beispielsweise werden mindestens das Motorstartmoment für den Start des Verbrennungsmotors VM durch die Kupplung AE1 gestellt, kann mit zunehmender Drehzahl jedoch reduziert werden. Durch das gestellte Drehmoment ergibt sich die Zeitdauer bis zum Beginn einer Kraftübertragung des Verbrennungsmotors an den Abtrieb.

Dazu wird das Verfahren aus Figur 2 von einer Steuereinheit (nicht gezeigt) der

Hybridantriebsvorrichtung ausgeführt.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens. Ausgangspunkt ist in diesem

Ausführungsbeispiel der Eintritt (SO) in eine Phase des Fahrens mit abgelegten

Verbrennungsmotor VM. Beide Kupplungen AE1 und AE2 des Doppelkupplungsgetriebes sind geöffnet (Sl), so dass der Verbrennungsmotor eine Drehzahl 0 aufweist. Der Antrieb (S2), also die Phasen der Rekuperation und des Vortriebs durch die elektrische Maschine EM erfolgen über das Teilgetriebe TG2 (siehe auch Figur 1). Im nächsten Schritt (S3) wird das zur Rekuperation bzw. Vortrieb durch die elektrische Maschine nicht genutzte freie Teilgetriebe TG1 durch Schließen geeigneter Schaltelemente gleichzeitig mindestens auf einen Gang unterhalb des Ganges im Teilgetriebe TG2 eingestellt, um jederzeit reaktionsfähig zu sein. Die Sekundärseite der Kupplung AE1 wird auf ein höheres Drehzahlniveau als die der Kupplung AE2 gehoben. Die zur Verfügung stehende Impulsenergie ist auf höherem Niveau als bei der Kupplung AE2.

Die Steuereinheit empfängt (S4) eine Zustartanforderung für den Verbrennungsmotor VM durch den Fahrer oder als Anforderung einer Betriebsstrategie der Hybridantriebsvorrichtung. Der besseren Übersicht halber sind in Figur 2 die mit der Zustartanforderung beginnenden Schritte mit einer gestrichelten Linie umfasst.

Das freie Teilgetriebe TG1 wird zunächst durch Öffnen (S5) des gangbildenen Schaltelements zum Abtrieb hin unterbrochen. Dann erfolgt das Schließen (S6) die Kupplung AE1 zum Start des Verbrennungsmotors. Dazu wird Impulsenergie aus Trägheit der Kupplung AE1 und der Rotation im freien Teilgetriebe TG1 bereitgestellt.

Aufgrund der Impulsenergie in den Massen des freien Teilgetriebes TG1 und Kupplung AE1 wird der Verbrennungsmotor VM mindestens auf eine zur Selbstzündungung notwendige Drehzahl beschleunigt (S7). Anschließend erfolgt ein selbständiger Hochlauf (S8) des Verbrennungsmotors VM auf die Synchrondrehzahl des E-Teilgetriebes TG2 bzw. der zugehörigen Kupplung AE2. Bei Erreichen der Synchrondrehzahl des Verbrennungsmotors zum E-Teilgetriebe TG2 wird die Kupplung AE2 geschlossen und der Vortrieb kann anschließend über den VM sichergestellt werden. Es kann durchaus für gewisse Anwendungsfälle von Vorteil sein, wenn der Impulsstart so ausgeführt wird, dass die sich einstellende Drehzahl zwischen verbundenem

Verbrennungsmotor VM und Teilgetriebe TG1 oberhalb der Zieldrehzahl zur Anbindung an das Teilgetriebe TG2 einstellt (S9). Dies ist mittels der gestrichelten Linie in Figur 2 gezeigt. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen ein Verfahren ausgebildet ist, durch welches Fahrerwünsche oder betriebsstrategische Anforderungen an den Betrieb einer Hybridantriebsvorrichtung in einfacher Art und Weise bereitgestellt werden kann, indem ein Verbrennungsmotor mittels Impulsenergie aus der Trägheit der Kupplung und/oder der Rotation im Teilgetriebe gestartet wird.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mitanderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.