DE10038181B4 - Verfahren und Einrichtung zum Ermitteln von Drehmoment-Sollwerten für Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsaggregaten - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Ermitteln von Drehmoment-Sollwerten für Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsaggregaten (10, 11), mit Mitteln zum Erfassen einer den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV) und mit Mitteln zum Erfassen von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs, da durch gekennzeichnet, dass in getrennten Auswertezweigen für jedes der Antriebsaggregate (10, 11) ein Drehmoment-Sollwert (TQ-REQ_ENG_RAW, TQ_REQ_CSG_RAW) abhängig von der den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV) und Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
  • Zukünftige Fahrzeuggenerationen werden neben der herkömmlichen Brennkraftmaschine zunehmend mit zumindest einem zusätzlichen Antriebsaggregat, wie einem Kurbelwellen-Starter-Generator – im folgenden auch als integrierter Startergenerator (ISG) bezeichnet – ausgerüstet sein. Ein Verfahren zum Steuern einer Kraftmaschine, die eine Brennkraftmaschine und einen Kurbelwellen-Starter-Generator umfasst, ist aus der WO 99/62735 bekannt. Ein Sollwert eines Drehmoments wird abhängig von der Fahrpedalstellung, der Drehzahl und einem Verlustdrehmoment ermittelt. In diesem Verlustdrehmoment werden dabei Verluste in Abhängigkeit von weiteren Betriebsgrößen, wie dem Luftmassenstrom, der Kühlmitteltemperatur, der Öltemperatur, dem Strom durch den Kurbelwellen-Starter-Generator und der Temperatur des Kurbelwellen-Starter-Generators, berücksichtigt. Auf Basis dieses Solldrehmoments und unter Berücksichtigung von Vorhaltewerten des Drehmoments, die von Funktionen zum Steuern der Brennkraftmaschine, wie einer Antriebsschlupfregelung, einer Drehzahlbegrenzung, einer Geschwindigkeitsbegrenzung oder einer Katalysator-Heizfunktion angefordert werden, wird ein über den Luftmassenstrom einzustellendes Solldrehmoment ermittelt. Ferner wird abhängig von dem Solldrehmoment und Drehmomentanforderungen der weiteren Funktionen zum Steuern der Brennkraftmaschine ein Sollwert des Drehmoments ermittelt, der innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer einzustellen ist. Abhängig von diesem schnell einzustellenden Drehmoment-Sollwert werden dann der Kurbelwellen-Starter-Generator und die Zündung angesteuert.
  • Bei diesem Verfahren wird das zusätzliche Antriebsaggregat in Form des Kurbelwellen-Starter-Generators zwar zur Realisierung des vom Fahrer durch Betätigen des Fahrpedals angeforderten Drehmoments benutzt, bei der Umsetzung der Fahrpedalstellung in ein Solldrehmoment wird aber lediglich das Verlustdrehmoment des Kurbelwellen-Starter-Generators berücksichtigt. Die Möglichkeit, durch den Kurbelwellen-Starter-Generator ein zusätzliches Drehmoment zu erzeugen, bleibt unberücksichtigt.
  • Aus der Druckschrift EP 0 901 930 A1 ist eine Regelung für ein Hybridfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einem Generator-Motor bekannt. Dabei wird abhängig von einer den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe und der Fahrzeuggeschwindigkeit ein Soll-Drehmoment bestimmt. Abhängig von dem Soll-Drehmoment wird einerseits ein Sollwert für den Drosselklappenwinkel der Brennkraftmaschine und andererseits ein Regelsignal für den Generator-Motor ermittelt. Bei der Umsetzung des Fahrerwunsches in den Drehmoment-Sollwert werden aber die charakteristischen Stärken oder Schwächen der einzelnen Antriebsaggregate nicht berücksichtigt.
    •
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ermitteln von Drehmoment-Sollwerten für Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsaggregaten anzugeben, durch das/die bei der Umsetzung einer den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe in Drehmoment-Sollwerte die charakteristischen Stärken und Schwächen der einzelnen Antriebsaggregate unmittelbar berücksichtigt werden.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
  • Bei Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsaggregaten werden Drehmoment-Sollwerte für jedes der Antriebsaggregate in getrennten Auswertezweigen abhängig von einer den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe und Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs bestimmt. Dabei werden im jeweiligen Auswertezweig die spezifischen Stärken und Schwächen des entsprechenden Antriebsaggregats unmittelbar berücksichtigt, so dass der aus der Summe der Einzel-Drehmoment-Sollwerte resultierende Gesamt-Drehmoment-Sollwert stets das unter den momentan vorliegenden Betriebsbedingungen des Kraftfahrzeugs maximal mögliche Drehmoment darstellt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eines der Antriebsaggregate als Elektromotor ausgebildet, wobei der Drehmoment-Sollwert für den Elektromotor aus einem Drehmomentfaktor für den Elektromotor und der Drehzahl ermittelt wird und der Drehmomentfaktor für den Elektromotor aus der den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe abhängig vom Fahrertyp und/oder vom Ladezustand einer Fahrzeugbatterie abgeleitet wird. Der Begriff Elektromotor ist hierbei und im folgenden allgemein zu verstehen und schließt auch Kurbelwellen-Starter-Generatoren ein, die vorzugsweise als Asynchronmaschine ausgebildet sind, aber auch als Synchronmaschine oder Gleichstrommotor ausgebildet sein können.
    •
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung der hierarchischen Struktur der Steuereinheiten eines Antriebsstrangs mit einer Brennkraftmaschine und einem Kurbelwellen-Starter-Generator und
  • 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Bestimmen der Drehmoment-Sollwerte.
  • Eine Antriebsstrangsteuerung weist die nachfolgend aufgeführten und beschriebenen Bestandteile auf (1). Der besseren Lesbarkeit halber wird im folgenden bei den einzelnen Schaltungs- oder Programmbestandteilen häufig auf die Bezeichnungen "Schaltung" oder "Block" verzichtet.
  • Einer zentralen Klassifikation und Kriterienbildung 1 werden Daten von symbolisch zu einem Block zusammengefassten Sensoren 2 über entsprechende Signalleitungen zugeführt. Die Signalleitungen können dabei auch als Datenbus, z. B. CAN-Bus, ausgeführt sein. In der zentralen Klassifikation und Kriterienbildung 1 werden abhängig von den Sensorsignalen und eventuell von weiteren Daten aus externen Signalquellen, wie z. B. über GPS, die Betriebssituation charakterisierende Aus gangssignale erzeugt. Im einzelnen kann die zentrale Klassifikation und Kriterienbildung 1 beispielsweise folgende Bestandteile aufweisen: eine Fahrertyp-Ermittlung, eine Umwelt- und Straßentyp-Lokalisation, eine Fahrmanöver- und Fahrsituationserkennung und einen Informationskanal, z. B. ein Funktelefon oder einen Satellitenempfänger. Die Ausgangssignale der vorstehend erwähnten Schaltungsbestandteile werden an eine Betriebsstrategie-Auswahl 3 und eine Pedalwertinterpretation 4 übermittelt. Diese empfängt außerdem Signale von einem Bremspedal 5 und einem Fahrpedal 6. Die Funktion und Wirkungsweise der Pedalwertinterpretation 4 wird in Verbindung mit der Beschreibung von 2 ausführlich erläutert. Die Betriebsstrategie-Auswahl 3 legt als zentraler "Entscheider" die Betriebsstrategie des gesamten Antriebsstrangs fest und leitet entsprechende Steuersignale an dezentrale Steuereinheiten elektronische Motorsteuerung (EMS) 7, ISG-Steuerung (ISGS) 8 und elektronische Getriebesteuerung (EGS) 9 weiter. Wird beispielsweise ein emissionsminimierter Fahrbetrieb festgelegt, so werden alle Steuereinheiten 7 bis 9 derart betrieben, dass der Ausstoß von Schadstoffen minimiert wird. Analog dazu werden in einem fahrleistungsorientierten Modus die Ausgangsgrößen aller Steuereinheiten 7 bis 9 derart eingestellt, dass bestmögliche Beschleunigung und ein schnelles Ansprechen des Antriebs auf den Fahrerwunsch (uneingeschränkte Antriebsart) gewährleistet sind. Informationen über Fahrmanöver, wie Kurvenfahrt oder Schubbetrieb können in der Betriebsstrategie-Auswahl 3 ebenfalls ausgewertet werden. Als Folge kann beispielsweise bei einer extremen Kurvenfahrt die Getriebeübersetzung fixiert (EGS) und der Lastwechsel im Antrieb gedämpft oder verlangsamt werden (EMS). Die dezentralen Steuereinheiten 7 bis 9 erzeugen Stellsignale, mit denen die einzelnen Aggregate-Brennkraftmaschine 10, ISG 11 und Getriebe 12 – oder auch weitere Bestandteile des Antriebsstrangs gesteuert werden.
  • Die Sensoren 2 liefern notwendige Signale sowohl für die zentrale Klassifikation und Kriterienbildung 1 als auch für die Pedalwertinterpretation 4 und die dezentralen Steuerungseinheiten 7 bis 9. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 aber nur die Signalverbindung zur zentralen Klassifikation und Kriterienbildung 1 dargestellt. Die Lokalisierung der Sensoren 2 bezüglich der Funktionsblöcke spielt eine untergeordnete Rolle, sofern eine Kommunikation zwischen der Sensorsignalaufbereitung in der jeweiligen Steuereinheit und der Informationssenke gewährleistet ist. Auch ist es bezüglich der Funktionsarchitektur unwesentlich, in welcher Steuereinheit welche Funktionseinheiten physikalisch vorhanden und zusammengefasst sind. So können die einzelnen Funktionsblöcke der zentralen Klassifikation und Kriterienbildung 1 ebenso wie die Fahrpedalinterpretation 4 ohne Auswirkung auf die Gesamtsteuerfunktion ebenso in eine der dezentralen Steuereinheiten 7 bis 9 integriert sein. Ebenso können auch einzelne Steuerfunktionen der dezentralen Steuereinheiten 7 bis 9 in einem übergeordneten Steuergerät, z. B. einem kombinierten Motor- und Getriebesteuergerät, zusammengefasst werden.
  • Aus 2 ist die Funktion des Blocks Pedalinterpretation 4 anhand eines Blockschaltbilds ersichtlich. Beispielhaft ist die Umsetzung eines Pedalwerts in Drehmoment-Sollwerte für ein Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsaggregaten in Form einer Brennkraftmaschine und eines Kurbelwellen-Starter-Generators als Sonderform eines Elektromotors dargestellt. Der Pedalwert gibt dabei die Stellung des Fahrpedals oder den auf das Fahrpedal ausgeübten Druck wieder und ist somit als Beispiel für eine den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe zu sehen. Die physikalische Umsetzung des Fahrerwunsches in eine charakteristische Größe ist für den Erfindungsgedanken unerheblich, so dass die den Fahrerwunsch charakterisierende Größe auch von einem Fahrgeschwindigkeitsregler vorgegeben werden kann. Die Drehmoment-Sollwerte können sowohl auf das Motordrehmoment als auch auf das Raddrehmoment, also das Drehmoment, das von den Antriebsrädern auf die Fahrbahn zu übertragen ist, bezogen werden. Betätigungen des Bremspedals können dann beispielsweise als gewünschtes negatives Raddrehmoment interpretiert werden.
  • In einem ersten Auswertezweig wird in einem Auswerte-Block B1 in Abhängigkeit von dem Pedalwert PV_AV und der Drehzahl N ein erster Drehmomentfaktor FAC_TQ_REQ_DRIV_ENG gebildet ( 2). Dieser erste Drehmomentfaktor stellt eine dimensionslose Größe mit einem Wertebereich zwischen 0 und 1 dar. Aus diesem ersten Drehmomentfaktor wird in einem Block B2 in Abhängigkeit von einem Maximaldrehmoment TQ_MAX und einem Minimaldrehmoment TQ_MIN ein erster Drehmoment-Sollwert TQ_REQ_ENG_RAW für die Brennkraftmaschine erzeugt. Im einfachsten Fall wird hierzu der erste Drehmomentfaktor FAC_TQ_REQ_DRIV_ENG mit der Differenz zwischen maximalem und minimalem Drehmoment multipliziert. Das maximale Drehmoment TQ_MAX und das minimale Drehmoment TQ_MIN stellen dabei wie alle anderen Größen in dem Blockschaltbild Rechengrößen dar und entsprechen dem maximalen bzw. minimalen Drehmoment, das an einer am Ausgang der Brennkraftmaschine liegenden Kupplung zur Verfügung gestellt werden kann.
  • Parallel zur Bestimmung des ersten Drehmoment-Sollwerts TQ_REQ_ENG_RAW für die Brennkraftmaschine wird in einem zweiten Auswertezweig in einem Auswerte-Block B3 in Abhängigkeit vom Pedalwert PV_AV, vom Fahrertyp und/oder vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie ein zweiter Drehmomentfaktor FAC_TQ_REQ_DRIV_CSG für den ISG gebildet. Auch dieser Drehmomentfaktor stellt eine dimensionslose Größe mit einem Wertebereich zwischen 0 und 1 dar. Neben dem Fahrertyp und dem Ladezustand der Batterie können auch weitere Systemgrößen, wie z. B. der Lastzustand oder der Motorbetriebszustand, bei der Festlegung des zweiten Drehmomentfaktors berücksichtigt werden. Entscheidend ist, dass die Stärken und Schwächen des jeweiligen Antriebsaggregats, in diesem Fall also des ISG, im Auswerteblock des zugehörigen Auswertezweiges möglichst umfassend berücksichtigt werden. Im Falle eines ISG sind dabei insbesondere die schnelle Ansprechzeit, aber auch die be grenzte Batteriekapazität zu beachten. Diesem Umstand kann beispielsweise dadurch Rechnung getragen werden, dass in der Auswertefunktion des Auswerte-Blocks B3 der Gradient des Pedalwerts PV_AV überproportional gewichtet wird und der Drehmomentfaktor mit Hilfe eines Integrals über den Pedalwert PV_AV auf den Wert 0 zurückgeführt wird. Eine mögliche Auswertefunktion für den Auswerte-Block B3 des Auswertezweiges für den ISG könnte somit lauten: f(t) = n·[a(Fahrertyp)·d/dt(PV_AV) + + b·PV_AV + + c (Ladezustand)·int(PV_AV)dt]mit
    a eine vom Fahrertyp abhängige Variable,
    b eine Konstante,
    c eine vom Ladezustand der Fahrzeugbatterie abhängige Variable und
    n ein Normierungsfaktor
  • In einem Block B4 wird abhängig vom zweiten Drehmomentfaktor FAC_TQ_REQ_DRIV_CSG und von der Drehzahl N ein zweiter Drehmoment-Sollwert TQ_REQ_CSG_RAW für den ISG erzeugt.
  • Die Drehmoment-Sollwerte für die einzelnen Antriebsaggregate können nun entweder unmittelbar an die entsprechenden dezentralen Steuereinheiten, im Ausführungsbeispiel also an die EMS 7 und die ISGS 8, weitergeleitet werden oder zunächst zu einem Gesamt-Drehmoment-Sollwert TQ_REQ_DRIV addiert werden und in der Betriebstrategie-Auswahl 3 weiterverarbeitet werden. Dieses bietet die zusätzliche Möglichkeit, die Drehmomentverteilung unter bestimmten Betriebsbedingungen abweichend von den ermittelten Einzel-Drehmoment-Sollwerten einzustellen, um z. B. den Betrieb der Brennkraftmaschine in einem ungünstigen Teillastbereich zu vermeiden.
  • Die Erfindung wurde beispielhaft für ein Kraftfahrzeug mit zwei Antriebsaggregaten in Form einer Brennkraftmaschine und eines Kurbelwellen-Starter-Generators dargestellt. Der Kurbelwellen-Starter-Generator, der einerseits die Funktion eines Anlassers mit nachgeschaltetem Getriebe und andererseits die Funktion einer davon gesonderten Lichtmaschine zur Ladung der Fahrzeugbatterie übernimmt, ist dabei lediglich als Sonderform eines Elektromotors anzusehen. Der Einsatz der Erfindung ist aber durch die Art der Antriebsaggregate in keiner Weise eingeschränkt. Ebenso ist die Erfindung auch für Kraftfahrzeuge mit mehr als zwei Antriebsaggregaten anwendbar.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Ermitteln von Drehmoment-Sollwerten für Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsaggregaten (10, 11), mit Mitteln zum Erfassen einer den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV) und mit Mitteln zum Erfassen von Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs, da durch gekennzeichnet, dass in getrennten Auswertezweigen für jedes der Antriebsaggregate (10, 11) ein Drehmoment-Sollwert (TQ-REQ_ENG_RAW, TQ_REQ_CSG_RAW) abhängig von der den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV) und Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Antriebsaggregate als Elektromotor (11) ausgebildet ist, wobei – der Drehmoment-Sollwert (TQ_REQ_CSG_RAW) für den Elektromotor (11) aus einem Drehmomentfaktor (FAC_TQ_REQ_DRIV_CSG) für den Elektromotor (11) und der Drehzahl (N) ermittelt wird und – der Drehmomentfaktor (FAC_TQ_REQ_DRIV_CSG) für den Elektromotor (11) aus der den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV) abhängig vom Fahrertyp und/oder vom Ladezustand einer Fahrzeugbatterie abgeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentfaktor (FAC_TQ_REQ_DRIV_CSG) für den Elektromotor (11) abhängig ist vom Gradienten der den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentfaktor (FAC_TQ_REQ_DRIV_CSG) für den Elektromotor (11) abhängig ist vom Integral über der den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV).
  5. Einrichtung zum Ermitteln von Drehmoment-Sollwerten für Antriebsaggregate von Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei An triebsaggregaten (10, 11), bei der für jedes der Antriebsaggregate (10, 11) Mittel zum Ermitteln eines Drehmoment-Sollwerts (TQ_REQ_ENG_RAW, TQ_REQ_CSG_RAW) für das entsprechende Antriebsaggregat (10, 11) abhängig von einer den Fahrerwunsch charakterisierenden Größe (PV_AV) und Betriebsgrößen des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind.
  6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmoment-Sollwerte (TQ_REQ_ENG_RAW, TQ_REQ_CSG_RAW) für die einzelnen Antriebsaggregate (10, 11) in voneinander getrennten Auswertezweigen ermittelt werden.
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