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DE102012007322A1 - Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung Download PDF

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DE102012007322A1
DE102012007322A1 DE102012007322A DE102012007322A DE102012007322A1 DE 102012007322 A1 DE102012007322 A1 DE 102012007322A1 DE 102012007322 A DE102012007322 A DE 102012007322A DE 102012007322 A DE102012007322 A DE 102012007322A DE 102012007322 A1 DE102012007322 A1 DE 102012007322A1
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effective torque
clutch
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English (en)
Inventor
Georg Hommes
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Original Assignee
Audi AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeuges, die einen Verbrennungsmotor (2) und eine elektrische Maschine (6) als Antriebsaggregate aufweist, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (2) durch die elektrische Maschine (6) eine zwischen Verbrennungsmotor (2) und elektrischer Maschine (6) vorgesehene Kupplung (4) zur Übertragung eines Soll-Wirkmomentes geschlossen wird, und wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) beim Schließen der Kupplung (4) erfasst wir. Es ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit eines aus der Drehzahl ermittelten Drehzahlgradienten einen tatsächlich übertragenes Ist-Wirkmoment der Kupplung (4) bestimmt und mit dem Soll-Wirkmoment verglichen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine als Antriebsaggregate aufweist, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine eine zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine vorgesehene Kupplung zur Übertragung eines Soll-Wirkmomentes geschlossen wird, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors beim Schließen der Kupplung erfasst wird.
  • Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei Hybridantriebsvorrichtungen mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine lässt sich der Verbrennungsmotor durch einen Drehmoment der elektrischen Maschine aus dem Stillstand antreiben und starten. Die elektrische Maschine ersetzt in soweit den konventionellen Starter. Um insbesondere aus dem rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeuges heraus den Verbrennungsmotor zu starten, wird die zwischen Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine vorgesehene Kupplung geschlossen, so dass das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment auf den Verbrennungsmotor zu dessen Antreiben übertragen wird. Die Kupplung wird dabei zur Übertragung eines Soll-Wirkmomentes geschlossen, beziehungsweise betätigt. Üblicherweise ist des Soll-Wirkmoment im Steuergerät als Kennwert oder Kennlinie in Abhängigkeit von der Kupplungsstellung hinterlegt, um die Kupplung zum Erreichen des Soll-Wirkmomentes entsprechend ansteuern zu können.
  • Unter dem Soll-Wirkmoment wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein beispielsweise im Steuergerät hinterlegtes Wirkmoment verstanden, des von dem Steuergerät als in Abhängigkeit von der aktuellen Einstellung der Kupplung wirkendes Wirkmoment angenommen wird.
  • So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE102006048358A1 ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs, bei welchem ein Sollwert für ein Schlupfmoment der Kupplung in einem Kennfeld gespeichert ist. Das Schlupfmoment entspricht in soweit dem Soll-Wirkmoment. Weiterhin sieht das bekannte Verfahren vor, das Soll-Wirkmoment im Betrieb anzupassen beziehungsweise zu korrigieren, um einen schnellstmöglichen und zuverlässigen Start des Verbrennungsmotors zu erreichen. Hier zu wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors überwacht und das Soll-Wirkmoment auf einen höheren Wert inkrementiert, falls die Drehzahl des Verbrennungsmotors innerhalb eines vorgebbaren Zeitintervalls unterhalb eines Schwellwerts liegt. Hierdurch wird ein langsames Herantasten an ein optimales Soll-Wirkmoment erreicht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches das Soll-Wirkmoment schneller, insbesondere ohne inkrementierende Schritte, an des vorliegende Ist-Wirkmoment angepasst werden kann.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in Abhängigkeit eines aus der Drehzahl ermittelten Drehzahlgradienten ein tatsächlich übertragenes Ist-Wirkmoment bestimmt und mit dem Soll-Wirkmoment verglichen wird. Aus dem Drehzahlgradienten des Verbrennungsmotors beim Schließen der Kupplung lässt sich errechnen, welches Drehmoment tatsächlich auf den Verbrennungsmotor durch die Kupplung übertragen wird. Hierzu werden zweckmäßigerweise die dem Antriebsdrehmoment entgegen wirkenden Kräfte des Verbrennungsmotors berücksichtig. Durch den Vergleich des tatsächlich übertragenen Ist-Wirkmomentes mit dem Soll-Wirkmoment lässt sich in einem Schritt die Abweichung vom dem Soll-Wirkmoment erfassen, ohne dass es hierfür mehrerer inkrementierender Schritte bedarf.
  • Vorzugsweise wird das Soll-Wirkmoment in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wirkmoments korrigiert beziehungsweise adaptiert. Insbesondere durch Kenntnis der oben genannten Abweichung lässt sich dies einfach gestalten. Vorzugsweise wird die Differenz zwischen dem Soll-Wirkmoment und dem Ist-Wirkmoment gebildet und der im Steuergerät hinterlegte Wert des Soll-Wirkmomentes um diese Differenz ergänzt. Ist das Soll-Wirkmoment in Form einer Kennlinie hinterlegt, so wird bevorzugt eine Ist-Wirkmoment-Kennlinie beim Schließen der Kupplung berechnet, so dass entsprechend die gesamte Soll-Wirkmoment-Kennlinie angepasst werden kann. Vorzugsweise wird hierzu eine kupplungsstellungsabhängige Kennlinie des Soll-Wirkmomentes in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wirkmomentes oder der erfassten Kennlinie des Ist-Wirkmomentes adaptiert beziehungsweise korrigiert. Ein einzelner Startvorgang des Verbrennungsmotors durch Schließen der Kupplung reicht somit dafür aus, das von dem Steuergerät angenommene Schlupfmoment schnell an das tatsächlich vorliegende Ist-Wirkmoment anzupassen.
  • Vorzugsweise wird zur Bestimmung des Ist-Wirkmomentes ein Reibmoment des Verbrennungsmotors, insbesondere ein statisches Reibmoment des Verbrennungsmotors, mit einem von dem Drehzahlgradienten abhängigen Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors addiert. Das Reibmoment des Verbrennungsmotors ist im Steuergerät vorzugsweise in Form einer Kennlinie oder eines Kennfeldes hinterlegt, insbesondere in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, wie beispielsweise der Betriebstemperatur, der Drehzahl oder der Alterung des Verbrennungsmotors. Weiterhin ist die Massenträgheit des Verbrennungsmotors im Steuergerät hinterlegt oder bevorzugt mit der Drehbeschleunigung, aus dem Drehzahlgradienten multipliziert, um das Trägheitsdrehmoment des Verbrennungsmotors wiederzugeben. Das Reibmoment und das Trägheitsdrehmoment stellen wesentliche dem Drehmoment der elektrischen Maschine entgegen stehenden Kräfte dar, die durch Schließen der Kupplung überwunden werden müssen, um den Verbrennungsmotor anzudrehen beziehungsweise anzureißen. Durch Kenntnis dieser Werte lässt sich somit das tatsächlich vorliegende Ist-Wirkmoment einfach berechnen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Bestimmung des Ist-Wirkmomentes ein Kompressionsmoment des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Unter dem Kompressionsmoment ist das Moment zu verstehen, das durch die in den Zylindern des Verbrennungsmotors befindliche und bei einem Andrehen zu komprimierende Luft erzeugt wird.
  • Besonders bevorzugt wird nur das Kompressionsmoment des zuerst komprimierenden Zylinders des Verbrennungsmotors berücksichtigt. Beim Weiterdrehen des Verbrennungsmotors über die erste Kompression hinaus ist das Kompressionsmoment nicht oder nur noch vernachlässig bar wirksam. Im weiteren Verlauf kann daher angenommen werden, dass der Momentenbedarf für das unbefeuerte Drehen des Verbrennungsmotors in dem Reibmoment vollständig enthalten beziehungsweise berücksichtigt ist. Bevorzugt wird daher im Drehzahlbereich von etwa 200 U/min bis zum Befeuern des Verbrennungsmotors, beziehungsweise bis die Drehzahl des Verbrennungsmotors der Drehzahl der elektrischen Maschine entspricht, folgender Zusammenhang angenommen: Ist-Wirkmoment = Reibmoment + Trägheitsdrehmoment.
  • Im Folgenden soll die Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigt die einzige
  • Figur eine Hybridantriebsvorrichtung in einer vereinfachten Darstellung.
  • Die Figur zeigt in der vereinfachten Darstellung eine Antriebsvorrichtung 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Antriebsvorrichtung 1 weist einen Verbrennungsmotor 2 auf, auf dessen Abtriebswelle ein Schwungrad 3, insbesondere in Form eines Zwei-Massen-Schwungrads angeordnet ist. Weiterhin ist die Abtriebswelle mit einem ersten Kupplungsteil einer Kupplung 4, die insbesondere als Reibkupplung ausgebildet ist, verbunden. Ein zweiter Kupplungsteil der Kupplung 4 ist mit einer Getriebeeingangswelle eines Getriebes 5 verbunden. Das Getriebe 5 ist dabei beispielsweise als Schalt- oder Automatikgetriebe ausgebildet und weist beispielsweise einen Drehmomentwandler oder eine Anfahrkupplung auf. Zwischen dem Getriebe 5 und der Kupplung 4 sitzt auf der Getriebeeingangswelle ausserdem eine elektrische Maschine 6, die sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden kann, wobei zweckmäßigerweise ihr Rotor drehfest mit der Getriebeeingangswelle und ihr Stator ortsfest an der Antriebsvorrichtung angeordnet sind. Das Getriebe weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine weitere Koppelstelle 7 auf, durch welche das Getriebe mit Antriebsrädern 8 des Kraftfahrzeugs, beziehungsweise der Hybridantriebsvorrichtung 1 verbunden ist. Bei der Koppelstelle 7 kann es sich beispielsweise um eine Schafteinrichtung des Getriebes handeln, beispielsweise in Form von formschlüssig zusammenwirkenden Zahnrädern, Reib- oder Klauenkupplungen. An der Koppelstelle 7 kann somit in dem Getriebe 5 eine Kraftschlussbildung oder -unterbrechung zu den Antriebsrädern erfolgen. Weiterhin weist die Hybridantriebsvorrichtung 1 ein Steuergerät 9 auf, das insbesondere als Motorsteuergerät ausgebildet und signaltechnisch zumindest mit dem Verbrennungsmotor 2, der Kupplung 4 und der elektrischen Maschine 6 verbunden ist, um diese anzusteuern und um Betriebsparameter der genannten Komponenten zu erfassen. Darüber hinaus ist das Steuergerät 9 auch mit einem Drehzahlsensor 10 verbunden, der dem Verbrennungsmotor 2 und insbesondere dessen Abtriebswelle zugeordnet ist, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu erfassen.
  • Bei einem mittels der elektrischen Maschine 6 durchgeführten, unbefeuerten Schlupfstart wird der Verbrennungsmotor 2 aus dem Stillstand gestartet, indem die Kupplung 4 betätigt beziehungsweise geschlossen wird, so dass ihre Kupplungsteile miteinander in Wirkverbindung, insbesondere miteinander in reibschlüssige Wirkverbindung geraten. Je nach Einrückstellung beziehungsweise Position der Kupplung 4 oder ihrer Kupplungsteile ergibt sich dabei ein über die Kupplung 4 übertragenes beziehungsweise übertragbares Wirkmoment. Im Steuergerät 9 sind in Abhängigkeit der Stellung der Kupplung 4 entsprechende Werte für dieses Wirkmoment als Soll-Wirkmoment hinterlegt. In Abhängigkeit von der eingestellten Stellung der Kupplung 4 nimmt das Steuergerät 9 an, dass das entsprechende Soll-Wirkmoment von der Kupplung 4 übertragen wird. Das tatsächlich übertragene Wirkmoment der Kupplung 4 kann sich jedoch bei gleicher (Ein-)Stellung insbesondere über die Lebensdauer der Kupplung 4 verändern. Damit der Verbrennungsmotor 2 stets sicher durch die elektrische Maschine 6 gestartet werden kann, ohne dass beispielsweise ein Ruckeln im Antriebsstrang beim Schließen der Kupplung 4 entsteht, ist es wichtig, das tatsächlich übertragene Ist-Wirkmoment zu kennen, beziehungsweise das Soll-Wirkmoment dem Betrieb des Kraftfahrzeuges anzupassen. Daher ist es wichtig, beim Starten des Verbrennungsmotors 2 und auch im Zuschalten des Verbrennungsmotors 2, wenn dieser bereits läuft, das von der Kupplung 4 übertragene Wirkmoment genau zu kennen.
  • Hierzu ist vorgesehen, dass ein Reibmoment des Verbrennungsmotors 2 sowie ein Trägheitsdrehmoment des Verbrennungsmotors 2 als Indikator für das tatsächlich übertragene Wirkmoment herangezogen werden.
  • Das Reibmoment des Verbrennungsmotors 2 ist beispielsweise aus dem Motorprüfstand bekannt und im Steuergerät 9 hinterlegt. Dabei ist das Reibmoment, insbesondere als statisches Reibmoment gespeichert. Auch ist es denkbar, das Reibmoment in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, wie Drehzahl oder Betriebstemperatur in Kennfeldern zu hinterlegen.
  • Die Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 wird – wie erwähnt – mittels des Drehzahlsensors 10 erfasst. Aus dem Verlauf der Drehzahl wird am Drehzahlgradient gebildet und mit der Massenträgheit des Verbrennungsmotors 2, die ebenfalls als bekannt und im Steuergerät 9 hinterlegt vorausgesetzt wird, multipliziert, um das Trägheitsdrehmoment des Verbrennungsmotors 2 zu bestimmen.
  • Somit ergibt sich prinzipiell zur Bestimmung des tatsächlich übertragenen Ist-Wirkmomentes folgende Formel: MI = MR + J·dn/dt, wobei MI dem tatsächlich übertragenen Ist-Wirkmoment, MR dem Reibmoment des Verbrennungsmotors 2, J der Massenträgheit des Verbrennungsmotors 2 und dn/dt dem Drehzahlgradienten entspricht.
  • Zusätzlich wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel außerdem ein Kompressionsmoment des Verbrennungsmotors 2 berücksichtigt. Dieses ist zur Überwindung der ersten beim Antreiben des Verbrennungsmotors 2 erfolgenden Kompression des zuerst komprimierenden Zylinders erforderlich. Das Kompressionsmoment ist nach dem Drehen über die erste Kompression hinaus nicht mehr wirksam, so dass im weiteren Verlauf angenommen werden kann, dass der Momentenbedarf für das unbefeuerte Drehen des Verbrennungsmotors 2 im Reibmoment MR vollständig enthalten ist. Damit gilt die oben genannte Formel insbesondere für einen Drehzahlbereich des Verbrennungsmotors 2 von circa 200 U/min bis zum befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors 2 beziehungsweise bis die Drehzahlen von elektrischer Maschine 6 und von Verbrennungsmotor 2 übereinstimmen.
  • Die Differenz von dem so ermittelten Ist-Wirkmoment und dem in dem Steuergerät 9 hinterlegten beziehungsweise angenommenen Soll-Wirkmoment zeigt den aktuellen Kennlinienfehler, wobei die Soll-Wirkmoment-Kennlinie des Steuergeräts entsprechend korrigiert wird, bis eine Übereinstimmung mit dem erfassten Ist-Wirkmoment beziehungsweise mit einem entsprechenden Verlauf des Ist-Wirkmoments als Ist-Wirkmoment-Kennlinie vorliegt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsvorrichtung
    2
    Verbrennungsmotor
    3
    Schwungrad
    4
    Kupplung
    5
    Getriebe
    6
    elektrische Maschine
    7
    Kraftschlussverbindung
    8
    Antriebsräder
    9
    Steuergerät
    10
    Drehzahlsensor
  • 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
    • DE 102006048358 A1 [0004]

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung (1) eines Kraftfahrzeuges, die einen Verbrennungsmotor (2) und eine elektrische Maschine (6) als Antriebsaggregate aufweist, wobei zum Starten des Verbrennungsmotors (2) durch die elektrische Maschine (6) eine zwischen Verbrennungsmotor (2) und elektrischer Maschine (6) vorgesehene Kupplung (4) zur Übertragung eines Soll-Wirkmomentes geschlossen wird, und wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) beim Schließen der Kupplung (4) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit eines aus der Drehzahl ermittelten Drehzahlgradienten ein tatsächlich übertragenes Ist-Wirkmoment der Kupplung (4) bestimmt und mit dem Soll-Wirkmoment verglichen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Wirkmoment in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wirkmomentes korrigiert beziehungsweise adaptiert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplungsstellungsabhängige Kennlinie des Soll-Wirkmomentes in Abhängigkeit des erfassten Ist-Wirkmomentes oder einer Ist-Wirkmoment-Kennlinie adaptiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Ist-Werkmomentes ein Reibmoment des Verbrennungsmotors (2) mit einem von dem Drehzahlgradienten abhängigen Trägheitsdrehmoment des Verbrennungsmotors (2) addiert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Ist-Wirkmomentes ein Kompressionsmoment des Verbrennungsmotors (2) berücksichtigt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur das Kompressionsmoment des zuerst komprimierenden Zylinders des Verbrennungsmotors (2) berücksichtig wird.
DE102012007322A 2012-04-12 2012-04-12 Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung Withdrawn DE102012007322A1 (de)

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