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DE102015112788A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Kupplungssystems eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Kupplungssystems eines Hybridfahrzeugs Download PDF

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DE102015112788A1
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Jörg-Michael Birkhold
Sven Cortès
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Kupplungssystems (12) eines Hybridfahrzeugs, wobei das Kupplungssystem (12) einen Freilauf (15) und eine Reibkupplung (16) umfasst, die beide zwischen einen Verbrennungsmotor (10) und eine elektrische Maschine (11) des Hybridfahrzeugs geschaltet sind, wobei für einen Zugbetrieb des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) geöffnet wird, wobei der Freilauf (15) im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors (10) geschlossen ist und Momente überträgt, wobei für einen Schubbettrieb des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) geschlossen wird, wobei der Freilauf (15) im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) geöffnet ist und keine Momente überträgt, und wobei der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) prädiktiv erkannt wird und abhängig hiervon die Reibkupplung (16) zum Schließen angesteuert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Kupplungssystems eines Hybridfahrzeugs.
  • Aus der EP 1 783 021 A2 ist ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs bekannt, der einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine sowie ein zwischen den Hybridantrieb und einen Abtrieb geschaltetes Getriebe umfasst. Die elektrische Maschine ist zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe geschaltet, wobei zwischen Verbrennungsmotor und elektrische Maschine eine Reibkupplung geschaltet ist. Zwischen elektrische Maschine und Getriebe kann eine weitere Reibkupplung geschaltet sein. Abhängig von einer benötigten Bremskraft wird im Schubbetrieb zwischen einem elektrischen Fahrbetrieb und einem hybriden Fahrbetrieb umgeschaltet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein effizientes und komfortables Verfahren zum Betreiben eines Kupplungssystems eines Hybridfahrzeugs und ein entsprechendes Steuergerät zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß wird bei dem Kupplungssystem, welches einen Freilauf und eine Reibkupplung umfasst, die beide zwischen einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine des Hybridfahrzeugs geschaltet sind, für einen Zugbetrieb des Verbrennungsmotors, in welchem der Freilauf geschlossen ist und Moment überträgt, die Reibkupplung geöffnet.
  • Für einen Schubbettrieb des Verbrennungsmotors, in welchem der Freilauf geöffnet ist und kein Moment überträgt, wird die Reibkupplung erfindungsgemäß geschlossen. Der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors wird erfindungsgemäß prädiktiv erkannt und abhängig hiervon wird die Reibkupplung zum Schließen angesteuert.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein Kupplungssystem, welches einen Freilauf und eine Reibkupplung umfasst, und welches zwischen den Verbrennungsmotor und die elektrische Maschine des Hybridfahrzeugs geschaltet ist, effizient und komfortabel betrieben werden. Der Freilauf überträgt ausschließlich im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors ein Moment und ist im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors geöffnet. Die Reibkupplung dient der Übertragung von Momenten im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors, wobei die Reibkupplung nur im Schubbetrieb zum Schließen angesteuert wird, hingegen im Zugbetrieb geöffnet bleibt. Dadurch, dass die Reibkupplung nur im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zum Schließen angesteuert wird, kann die zum Ansteuern der Reibkupplung benötigte Energie reduziert werden. Ein Aktuator zum Schließen der Reibkupplung wird demnach nur im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors zum Schließen angesteuert, also dann, wenn die Reibkupplung Schubmoment übertragen muss. Das ist besonders effizient. Um Komforteinbußen zu vermeiden, wird der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors prädiktiv erkannt und abhängig hiervon die Reibkupplung angesteuert. Nur dann, wenn infolge der prädiktiven Erkennung ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors wahrscheinlich ist bzw. vorliegt, wird die Reibkupplung zum Schließen angesteuert. Liegt hingegen ein Zugbetrieb des Verbrennungsmotors vor, so wird die Reibkupplung geöffnet, da im Zugbetrieb der Freilauf Zugmoment überträgt und die Reibkupplung im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors nicht benötigt wird.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors abhängig von einem Fahrerwunschmoment prädiktiv erkannt, wobei das Fahrerwunschmoment vorzugsweise abhängig von einer Stellung eines Fahrpedals und/oder abhängig von einer zeitlichen Änderung der Stellung des Fahrpedals und/oder abhängig von einem Signal mindestens eines Fahrerassistenzsystems erkannt wird. Hiermit kann der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors besonders vorteilhaft prädiktiv erkannt werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung wird dann, wenn ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors erkannt wird, die Reibkupplung zum Schließen angesteuert, wobei erst dann die Reibkupplung nicht mehr zum Schließen angesteuert wird, wenn der Verbrennungsmotors im Zugbetrieb betrieben wird. Vorzugsweise wird eine Zeitdauer, für die nach Erkennen eines Zugbetriebs des Verbrennungsmotors die Reibkupplung zum Schließen angesteuert bleibt, anhängig von einem Fahrertyp bestimmt, wobei die Zeitdauer bei einem sportlichen Fahrertyp länger gewählt wird als bei einem ökonomischen Fahrertyp. Bei einem sportlichen Fahrertyp wird demnach die Reibkupplung länger geschlossen gehalten, um ein unkomfortabel häufiges Wechseln zwischen einer geöffneten Reibkupplung und einer geschlossenen Reibkupplung zu vermeiden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein Blockschaltbild eines Hybridfahrzeugs.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Steuergerät zum Betreiben eines Kupplungssystems eines Hybridfahrzeugs.
  • 1 zeigt schematisiert ein Antriebsstrangschema eines Hybridfahrzeugs, welches einen Verbrennungsmotor 10 und eine elektrische Maschine 11, ein zwischen den Verbrennungsmotor 10 und die elektrische Maschine 11 geschaltetes Kupplungssystem 12, ein Getriebe 13 und einen Abtrieb 14 umfasst, wobei das Getriebe 13 zwischen die elektrische Maschine 11 und den Abtrieb 14 geschaltet ist. Verbrennungsmotor 10 und elektrische Maschine 11 bilden zusammen den Hybridantrieb des Hybridfahrzeugs. Das zwischen den Verbrennungsmotor 10 und die elektrische Maschine geschaltete Kupplungssystem 12 umfasst einen Freilauf 15 und eine Reibkupplung 16. Die Reibkupplung 16 des Kupplungssystems 12 ist parallel zum Freilauf 15 des Kupplungssystems 12 geschaltet. Der Freilauf 15 ist derart ausgestaltet, dass der Freilauf 15 im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors 10, also dann, wenn ein Zugmoment zu übertragen ist, geschlossen ist und Moment überträgt, wobei der Freilauf 15 jedoch im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10, also dann, wenn ein Schubmoment zu übertragen ist, geöffnet ist und kein Moment überträgt.
  • Ferner zeigt 1 eine Motorsteuerungseinrichtung 17 zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Verbrennungsmotors 10, eine Getriebesteuerungseinrichtung 18 zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Getriebes 13 und eine Hybridsteuerungseinrichtung 19 zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs der elektrischen Maschine 11 sowie des Kupplungssystems 12. Die Getriebesteuerungseinrichtungen bzw. Steuergeräte 17, 18 und 19 tauschen gemäß den gestrichelten Pfeilen mit den zu steuernden und/oder zu regelnden Baugruppen 10, 15, 16, 11, 13 sowie untereinander Daten aus.
  • Die Reibkupplung 16 ist sogenannte normaly-open Kupplung ausgelegt, die also im Normalfall geöffnet ist, also dann, wenn dieselbe nicht angesteuert ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Reibkupplung 16 für einen Zugbetrieb des Verbrennungsmotors 10, also dann, wenn der Freilauf 15 Moment übertragen kann, geöffnet wird, wohingegen die Reibkupplung 16 für einen Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10, also dann, wenn der Freilauf 15 kein Moment übertragen kann, geschlossen wird. Der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 wird prädiktiv erkannt, und zwar im gezeigten Ausführungsbeispiel vom Hybridsteuergerät 19, wobei abhängig hiervon die Reibkupplung 16 zum Schließen angesteuert wird, nämlich dann, wenn prädiktiv ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 erkannt wird. Dann, wenn im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors 10 der Freilauf 15 Moment übertragen kann und demnach die Reibkupplung 16 nicht benötigt wird, wird die Reibkupplung 16 nicht angesteuert und ist demnach geöffnet, wodurch Energie eingespart werden kann. Nur dann, wenn auf einen Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 prädiktiv erkannt wird, wird die Reibkupplung 16 zum Schließen angesteuert, um den Verbrennungsmotor im Schubbetrieb mitzuschleppen. Durch das prädiktive Erkennen des Schubbetriebs des Verbrennungsmotors 10 kann die Reibkupplung 16 immer rechtzeitig zum Schließen angesteuert werden, um immer dann, wenn erforderlich, Schubmoment übertragen zu können, wodurch ein komfortabler Betrieb des Hybridfahrzeugs möglich ist.
  • Der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 wird vorzugsweise abhängig von einem Fahrerwunschmoment prädiktiv erkannt. Das Fahrerwunschmoment kann abhängig von einer Stellung eines Fahrpedals und/oder abhängig von einer zeitlichen Änderung der Stellung des Fahrpedals und/oder abhängig von mindestens einem Signal mindestens eines Fahrerassistenzsystems erkannt werden.
  • Dann, wenn zur prädiktiven Erkennung des Schubbetriebs abhängig vom Fahrerwunschmoment auf die Stellung des Fahrpedals und/oder die zeitliche Änderung der Stellung des Fahrpedals zugegriffen wird, wird vorzugsweise dann auf einen Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 erkannt, wenn die Stellung des Fahrpedals kleiner als ein Grenzwert ist oder wird und/oder wenn ein zeitlicher Gradient der Verringerung der Stellung des Fahrpedals größer als ein Grenzwert ist oder wird.
  • Zusätzlich oder alternativ kann auf das mindestens ein Signal mindestens eines Fahrerassistenzsystems zugegriffen werden, um das Fahrerwunschmoment zu bestimmen und abhängig vom Fahrerwunschmoment den Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 zu erkennen, so zum Beispiel auf ein Signal einer Fahrgeschwindigkeits-Regelungseinrichtung.
  • Dann, wenn ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 prädiktiv erkannt wird, wird die Reibkupplung 16 zum Schließen angesteuert, wobei die Reibkupplung 16 erst dann nicht mehr zum Schließen angesteuert wird, wenn der Verbrennungsmotor 10 im Zugbetrieb betrieben wird.
  • Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist es möglich, steuerungsseitig eine Zeitdauer vorzugeben, für die nach dem Erkennen des Zugbetriebs des Verbrennungsmotors 10 die Reibkupplung 16 weiterhin zum Schließen angesteuert bleibt. Diese Zeitdauer wird vorzugsweise abhängig von einem Fahrertyp bestimmt, wobei die Zeitdauer bei sportlichem Fahrertyp länger gewählt wird als bei ökonomischem Fahrertyp.
  • Eine Fahrertyperkennung als solche ist dem hier angesprochenen Fachmann geläufig und bedarf daher keiner näheren Erläuterung.
  • Eine Fahrertyperkennung kann zum Beispiel darauf basieren, dass die Anzahl der Wechsel zwischen einem Zugbetrieb des Verbrennungsmotors und einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors innerhalb eines definierten Zeitintervalls bestimmt wird, wobei der Fahrertyp umso sportlicher ist, je höher die Anzahl dieser Wechsel ist.
  • Ferner kann eine Fahrertyperkennung eine fahrerseitige Betätigung des Fahrpedals auswerten, wobei häufige und abrupte Änderungen der Fahrpedalstellung auf einen sportlichen Fahrertyp schließen lassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird von einem Steuergerät durchgeführt, insbesondere vom Hybridsteuergerät 19. Das Hybridsteuergerät 19 steuert demnach die Reibkupplung 16 an, weiterhin ermittelt dieselbe prädiktiv, ob ein Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 vorliegt. Für einen Zugbetrieb des Verbrennungsmotors 10 öffnet das Steuergerät die Reibkupplung 16, wohingegen dasselbe für einen Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 die Reibkupplung 16 schließt. Wie bereits ausgeführt, beruht diese Ansteuerung der Reibkupplung 16 des Kupplungssystems 12 auf einer prädiktiven Erkennung des Schubbetriebs des Verbrennungsmotors 10 durch das Steuergerät 19.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1783021 A2 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Kupplungssystems (12) eines Hybridfahrzeugs, wobei das Kupplungssystem (12) einen Freilauf (15) und eine Reibkupplung (16) umfasst, die beide zwischen einen Verbrennungsmotor (10) und eine elektrische Maschine (11) des Hybridfahrzeugs geschaltet sind, wobei für einen Zugbetrieb des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) geöffnet wird, wobei der Freilauf (15) im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors (10) geschlossen ist und Momente überträgt, für einen Schubbettrieb des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) geschlossen wird, wobei der Freilauf (15) im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) geöffnet ist und keine Momente überträgt, der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) prädiktiv erkannt wird und abhängig hiervon die Reibkupplung (16) zum Schließen angesteuert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) abhängig von einem Fahrerwunschmoment prädiktiv erkannt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerwunschmoment abhängig von einer Stellung eines Fahrpedals und/oder abhängig von einer zeitlichen Änderung der Stellung des Fahrpedals erkannt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Stellung des Fahrpedals kleiner als ein Grenzwert ist oder wird, auf einen Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) erkannt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn ein zeitlicher Gradient der Verringerung der Stellung des Fahrpedals größer als ein Grenzwert ist oder wird, auf einen Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) erkannt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrerwunschmoment abhängig von einem Signal mindestens eines Fahrerassistenzsystems erkannt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) erkannt wird, die Reibkupplung (16) zum Schließen angesteuert wird, und dass erst dann die Reibkupplung (16) nicht mehr zum Schließen angesteuert wird, wenn der Verbrennungsmotors (10) im Zugbetrieb betrieben wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer, für die nach Erkennen eines Zugbetriebs des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) zum Schließen angesteuert bleibt, anhängig von einem Fahrertyp bestimmt wird, wobei die Zeitdauer bei einem sportlichen Fahrertyp länger gewählt wird als bei einem ökonomischen Fahrertyp.
  9. Steuergerät zum Betreiben eines Kupplungssystems (12) eines Hybridfahrzeugs, wobei das Kupplungssystem (12) einen Freilauf (15) und eine Reibkupplung (16) umfasst, die beide zwischen einen Verbrennungsmotor (10) und eine elektrische Maschine (11) des Hybridfahrzeugs geschaltet sind, wobei der Freilauf (15) im Zugbetrieb des Verbrennungsmotors (10) geschlossen ist und Momente überträgt jedoch im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) geöffnet ist und keine Momente überträgt, wobei dasselbe für einen Zugbetrieb des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) öffnet, dasselbe für einen Schubbettrieb des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) schließt, dasselbe den Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) prädiktiv erkennt und abhängig hiervon die Reibkupplung (16) zum Schließen ansteuert.
  10. Steuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe den Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) abhängig den einem Fahrerwunschmoment prädiktiv erkennt.
  11. Steuergerät nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe das Fahrerwunschmoment abhängig von einer Stellung eines Fahrpedals und/oder abhängig von einer zeitlichen Änderung der Stellung des Fahrpedals und/oder abhängig von einem Signal mindestens eines Fahrerassistenzsystems erkennt.
  12. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe dann, wenn dasselbe den Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) erkennt, die Reibkupplung (16) zum Schließen ansteuert, und dass dasselbe erst dann die Reibkupplung (16) nicht mehr zum Schließen ansteuert, wenn der Verbrennungsmotors (10) im Zugbetrieb betrieben wird.
  13. Steuergerät nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe eine Zeitdauer, für die nach Erkennen eines Zugbetriebs des Verbrennungsmotors (10) die Reibkupplung (16) zum Schließen angesteuert bleibt, anhängig von einem Fahrertyp bestimmt, wobei die Zeitdauer bei einem sportlichen Fahrertyp länger gewählt wird als bei einem ökonomischen Fahrertyp.
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