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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Momentenaufbaus während eines Übergangs von einer Phase ohne oder mit einer niedrigen Momentenanforderung zu einer Phase mit hoher Momentenanforderung bei einem Fahrzeug mit Hybridantrieb. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantrieb mit entsprechenden Steuerungsmitteln zur Steuerung des Momentenaufbaus.
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Starke Drehmomentsprünge in instationären Betriebsphasen können als unangenehm empfundene Schwingungen im Antriebsstrang erzeugen. Dies gilt insbesondere bei Übergängen aus einer Phase ohne Momentenanforderung (Schubphase) oder mit einer nur geringen Momentenanforderung in eine Phase, in welcher schlagartig eine hohe Momentenanforderung durch den Fahrer vorgegeben wird. Eine hohe Änderungsgeschwindigkeit des verbrennungsmotorischen Moments kann eine Schwingungsanregung für den nachgeschalteten Triebstrang darstellen. Wird beispielsweise die bei einem Beschleunigungsvorgang erzeugte Momentenänderung in voller Höhe auf den Triebstrang übertragen, führt dies häufig zu einem unkomfortablen Fahrverhalten, insbesondere dann, wenn die Eigenfrequenzen des Triebstranges angeregt werden.
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Um Schwingungsanregungen zu vermeiden und einen möglichst hohen Fahrkomfort zu erreichen, ist bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor bekannt, in den Motorsteuerungen zum Teil sehr umfangreiche Funktionen zur Lastschlagdämpfung („Antiruckelfunktionen“) zu implementieren, die durch schnelle Momenteneingriffe einerseits die Anregung des Systems begrenzen und andererseits auftretenden Schwingungen durch gezielte Reduzierung von Schwingungsamplituden begegnen. Grundsätzlich erfolgt dabei der Momentenaufbau durch eine Erhöhung der Zylinderfüllung des Verbrennungsmotors, das heißt durch Öffnung einer im Ansaugrohr angeordneten Drosselklappe, wobei das verbrennungsmotorische Moment sigmoidal zunimmt. Wird diese Momentenänderung ohne Beeinflussung der Änderungsgeschwindigkeit zugelassen, können die unerwünschten Triebstrangschwingungen entstehen. Daher ist bekannt, während des verbrennungsmotorischen Momentenaufbaus bei einem Ottomotor temporär den Zündwinkel spät zu verstellen, um eine kurzzeitige Verzögerung des Momentenaufbaus zu bewirken. Grundsätzlich kann bei qualitätsgeregelten Verbrennungsverfahren - insbesondere bei Dieselmotoren - der gleiche Effekt auch durch eine temporäre Verringerung der zugeführten Kraftstoffmasse erzielt werden. Bei Otto-Motoren ist diese Maßnahme aufgrund der begrenzten Abmagerungsfähigkeit nur begrenzt einsetzbar. Nachteilig an der Zündwinkelspätverstellung ist der erhöhte Kraftstoffverbrauch, der mit einer verschleppten Energiefreisetzung im verbrennungsmotorischen Arbeitsprozess sowie den damit verbundenen Anstiegen der Abgas- und Kühlmittelverluste und den dadurch verursachten Wirkungsgradeinbußen einhergeht.
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DE 100 35 521 A1 beschreibt ein Verfahren zur Reduzierungen von Lastwechselschwingungen im Antriebsstrang eine Fahrzeugs bei einer Änderung eines Nutzmonents, bei dem die Periodendauer einer Lastwechselschwingung bestimmt wird und während des zunehmenden verbrennungsmotorischen Moments ein zusätzlicher Momentenimpuls aufgebracht wird, der eine zur Lastwechselschwingung gegenphasige Schwingung verursacht. Nach Hochfahren des Motors kann ein weiterer Momentenimpuls aufgebracht werden. Der zusätzliche Momentenimpuls ist insbesondere ein elektromotorisches Moment eines Startergenerators oder Anlassers.
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Bei dem in
EP 1 186 461 A1 vorgestellten Verfahren zur Unterdrückung von Vibrationen wird nach Anforderung eines positiven Lastwechsels aber vor dem Hochfahren des verbrennungsmotorischen Drehmoments demselben ein kurzer elektromotorischer Impuls eines Startergenerators aufgeprägt.
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Es sind ferner Hybridantriebe bekannt, bei denen mindestens zwei Antriebseinheiten miteinander kombiniert werden, die auf unterschiedliche Energiequellen zurückgreifen, um die Leistung für den Fahrzeugantrieb bereitzustellen. Besonders vorteilhaft ergänzen sich die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors, der durch die Verbrennung von Benzin- oder Dieselkraftstoffen kinetische Energie erzeugt, und einer Elektromaschine, die elektrische Energie in Bewegungsenergie umsetzt, weswegen heutige Hybridfahrzeuge überwiegend mit einer solchen Kombination ausgestattet sind. Es lassen sich serielle oder parallele Hybridkonzepte unterscheiden, wobei auch Mischformen bekannt sind. Bei den so genannten seriellen Hybridkonzepten erfolgt der Fahrzeugantrieb ausschließlich über den Elektromotor, während der Verbrennungsmotor über einen separaten Generator den elektrischen Strom für die Aufladung eines, den E-Motor speisenden Energiespeichers beziehungsweise für die direkte Speisung des Elektromotors erzeugt. Demgegenüber werden heute in PKW-Anwendungen häufig Hybridkonzepte eingesetzt, bei denen der Fahrzeugantrieb sowohl für den Verbrennungsmotor als auch durch die E-Maschine dargestellt werden kann. In solchen Parallelkonzepten wird etwa der Elektromotor typischerweise in Betriebspunkten mit höheren Fahrzeuglasten unterstützend zum Verbrennungsmotor zugeschaltet.
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Zum Zwecke der Verbrauchssenkung wird in Hybridfahrzeugen jeweils diejenige Antriebsquelle verwendet, die im gegebenen Drehzahl-Last-Bereich den besseren Wirkungsgrad aufweist. Dementsprechend wird grundsätzlich angestrebt, den Verbrennungsmotor im Leerlaufbetrieb, in dem dieser einen besonders geringen Wirkungsgrad aufweist, möglichst selten oder auch gar nicht zu betreiben. Hierzu ist bekannt, das Hybridfahrzeug mit einer Start-Stopp-Automatik auszustatten, die eine Abschaltautomatik umfasst, welche insbesondere in Stillstandsphasen eine automatische Abschaltung des Verbrennungsmotors bewirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Lastschlagdämpfung in Hybridfahrzeugen zur Verfügung zu stellen, das gegenüber den bekannten Verfahren für Verbrennungsmotoren einen verminderten Kraftstoffverbrauch aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie ein Hybridfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass während eines Übergangs von einer Phase ohne oder mit einer niedrigen Momentenanforderung zu einer Phase mit hoher Momentenanforderung wenigstens zeitweise einem zunehmenden verbrennungsmotorischen Moment des Verbrennungsmotors ein elektromotorisches Moment der zumindest einen elektrischen Maschine aufgeprägt wird. Damit ein aus der Summe des verbrennungsmotorischen und des elektromotorischen Moments resultierendes Gesamtmoment eine nicht konstante Änderungsgeschwindigkeit erhält, ist erfindungsgemäß weiter vorgesehen, dass die Stärke des aufgeprägten elektromotorischen Moments während des Übergangs in einer nichtlinearen Weise verändert wird, wobei ein Verlauf des elektromotorischen Moments während des zunehmenden verbrennungsmotorischen Moments zumindest einen Abschnitt mit zunehmendem und zumindest einen Abschnitt mit abnehmendem Moment aufweist. Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist, dass der für das elektromotorische Moment aufzubringende Energiebedarf sich mit einem besseren Wirkungsgrad darstellen lässt, als die herkömmliche temporäre Zündwinkelspätverstellung. Somit lässt sich die erfindungsgemäße Lastschlagdämpfung mit einem gegenüber bekannten Vorgehensweisen verminderten Kraftstoffverbrauch realisieren. Im vorliegenden Rahmen wird unter dem Begriff elektromotorisches Moment grundsätzlich sowohl ein positives Moment verstanden, wenn die E-Maschine motorisch betrieben wird, als auch ein negatives Moment (Bremsmoment), wenn die E-Maschine generatorisch betrieben wird. In diesem Zusammenhang bietet das erfindungsgemäße Verfahren die vorteilhafte Möglichkeit, ein positives elektromotorisches Moment aufzuprägen, das heißt die E-Maschine motorisch zu betreiben, wodurch der Momentenaufbau gegenüber dem reinen verbrennungsmotorischen Aufbau schneller darstellbar ist.
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Gemäß dem Verfahren weist ein Verlauf des aufgeprägten elektromagnetischen Moments mindestens einen Abschnitt mit zunehmenden Moment und zumindest einen Abschnitt mit abnehmenden Moment auf, ist also beispielweise glocken-förming ausgestaltet. Besonders vorteilhaft kann der Verlauf auch wellenförmig mit zumindest zwei Wellenbergen, insbesondere mit genau zwei Wellenbergen ausgestaltet sein. Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Verlauf des aufgeprägten elektromotorischen Moments ein lokales Minimum aufweist, bei dem das Moment insbesondere nahe null ist, vorzugsweise gleich null ist. Alle diese Ausführungen führen dazu, dass bei einem bevorzugt im Wesentlichen sigmoidal verlaufenden Anstieg des verbrennungsmotorischen Moments (hervorgerufen durch die zunehmende Zylinderfüllung) das resultierende Gesamtmoment nicht mit konstanter Geschwindigkeit (das heißt nicht linear) zunimmt und eine Schwingungsanregung des Antriebsstrangs unterdrückt.
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Ein besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Momentenaufbau zumindest zeitweise, bevorzugt vollständig ohne eine Zündwinkelspätverstellung durchgeführt werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, den Momentenaufbau mit einem Zündwinkel durchzuführen, der im Bereich von einem im Wesentlichen wirkungsgradoptimalen Zündwinkel ± 5° Kurbelwellenwinkel, insbesondere ± 2° KW liegt. Besonders bevorzugt wird während des gesamten Momentenaufbaus der im Wesentlichen wirkungsgradoptimierte Zündwinkel eingestellt. Geringe Zündwinkelvariationen können aber zum Zwecke des Ausgleichs von Momentenfluktuationen vorgesehen sein.
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Es ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dem verbrennungsmotorischen Moment während des Momentenaufbaus ausschließlich positive Momente der E-Maschine zu überlagern, die E-Maschine also nur motorisch zu betreiben. Dies hat den Vorteil, den Momentenaufbau insgesamt zu beschleunigen. Zudem führt die Aufprägung negativer Momente durch generatorischen Betrieb der E-Maschine dazu, dass die Zwischenspeicherung der dabei erzeugten elektrischen Energie mit zusätzlichen Energiewandlungsverlusten behaftet ist und somit den Gesamtwirkungsgrad vermindert. In gewissen Situationen, insbesondere für dynamische Korrekturen zur Einhaltung eines vorgegebenen Sollmomentenverlaufs, kann es aber erforderlich sein, die E-Maschine kurzzeitig auch generatorisch zu betreiben. Aus Wirkungsgradgründen ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die für den Generatorbetrieb während des Momentenaufbaus erforderliche Antriebsenergie maximal 40 %, insbesondere maximal 25 % und bevorzugt höchstens 10 % der verbrennungsmotorisch erzeugten mechanischen Energie beträgt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Betriebssituationen eingesetzt werden, in denen ein schneller Momentenaufbau gewünscht ist. Dies sind beispielsweise Beschleunigungsphasen, bei denen insbesondere aus einer Schubphase heraus eine Volllastanforderung vorliegt. Das Verfahren kann vorteilhaft aber auch bei Schaltvorgängen, insbesondere bei automatischen Schaltgetrieben, insbesondere Wandlerautomaten, Direktschaltgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben, eingesetzt werden, um während und nach dem Schaltvorgang entsprechende schwingungsfreie Verläufe für den Momentenaufbau zu erzielen.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb, das Steuerungsmittel zur Steuerung des erfindungsgemäßen Momentenaufbaus gemäß vorstehender Beschreibung aufweist. Die Steuerungsmittel umfassen insbesondere einen Programmalgorithmus zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere zur Ansteuerung einer Leistungselektronik der zumindest einen E-Maschine, wobei der Algorithmus insbesondere in einem allgemeinen Motorsteuergerät gespeichert ist.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit und
- 2 zeitliche Verläufe verschiedener Betriebsparameter während eines Momentenaufbaus mit Lastschlagdämpfung gemäß einem bekannten und dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In 1 ist mit 10 insgesamt eine parallele Hybridantriebseinheit eines im Einzelnen nicht weiter dargestellten Hybridfahrzeugs bezeichnet. Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt wahlweise oder gleichzeitig durch einen konventionellen Verbrennungsmotor 12 sowie zumindest eine elektrische Maschine (E-Maschine) 14, die beide auf die gleiche Welle wirken (Einwellen-Hybridantrieb), insbesondere auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12. Die Anbindung der E-Maschine 14 an die Motorkurbelwelle kann auf verschiedene Weise erfolgen. So kann die E-Maschine 14 direkt oder über eine Kupplung mit der Kurbelwelle verbunden sein oder über einen Riemenantrieb, einen Zahnriemen, ein Getriebe oder eine andere kraft- und/oder formschlüssige Verbindung. Verbrennungsmotor 12 und E-Maschine 14 sind über ein Getriebe 16, das ein manuell betätigtes Handschaltgetriebe oder ein Automatikgetriebe sein kann, mit einem angedeuteten Triebstrang 18 verbunden. Die Entkopplung der Antriebswellen des Verbrennungsmotors 12 beziehungsweise der E-Maschine 14 vom Getriebe 16 erfolgt über eine Kupplung 20, die durch Betätigung eines nicht dargestellten Kupplungspedals durch den Fahrer geöffnet werden kann und bei Nicht-Betätigung geschlossen ist. Zwischen Verbrennungsmotor 12 und E-Maschine 14 kann optional noch eine zusätzliche Kupplung angeordnet sein, welche eine Abkopplung des Verbrennungsmotors 12 vom Antriebsstrang 18 beziehungsweise von der E-Maschine 14 erlaubt, wodurch sich grundsätzlich der Vorteil ergibt, dass bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 12 seine mechanischen Reibungswiderstände nicht mitgeschleppt werden müssen. Der Triebstrang 18 umfasst ausgehend von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 neben der Kupplung 20 und dem Getriebe 16 (beziehungsweise Kennungswandler), einen Achsantrieb, Antriebswellen und Räder und lässt sich physikalisch als eine Feder mit entsprechenden Feder- und Dämpfungseigenschaften auffassen, welche insbesondere eine Eigenschwingungsfrequenz aufweist.
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Die E-Maschine 14, die beispielsweise ein Drehstrom-Asynchronmotor oder -Synchronmotor ist, kann wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben werden. Im motorischen Betrieb treibt die E-Maschine 14 den Triebstrang 18 unter Verbrauch von elektrischer Energie (Strom) an. Diese bezieht die E-Maschine 14 aus einem Energiespeicher 22, der beispielsweise eine Batterie (wie Blei/Säure-, Nickel-Metall-Hydrid-, Lithiumionenbatterien), bevorzugt aber ein Kondensatorspeicher sein kann. Kombinationen aus Batterie und Kondensatorspeicher sind ebenfalls möglich. Kondensatorspeicher haben den Vorteil, hohe Spitzenströme in sehr kurzer Zeit darstellen, aber auch speichern zu können. Zusätzlich kann der Motorbetrieb der E-Maschine 14 den laufenden Verbrennungsmotor 12 unterstützen. Im generatorischen Betrieb hingegen wird die E-Maschine 14 durch den Verbrennungsmotor 12 beziehungsweise einen Schub des Fahrzeuges angetrieben und wandelt die kinetische Energie in elektrische Energie um und füllt dabei den Energiespeicher 22. Die Umschaltung der E-Maschine 14 zwischen Motor- und Generatorbetrieb erfolgt durch eine Leistungselektronik 24, die gleichzeitig eine möglicherweise erforderliche Umrichtung zwischen Gleich- und Wechselstrom vornimmt.
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Gemäß dem dargestellten Konzept erfolgt der Fahrzeugantrieb überwiegend durch den Verbrennungsmotor 12, der durch die als Startergenerator ausgelegte E-Maschine 14 gestartet wird. Die E-Maschine 14 übernimmt zudem eine Boostfunktion, indem sie in Hochlastsituationen, insbesondere bei Beschleunigungen des Fahrzeugs, unterstützend zum Fahrzeugantrieb zugeschaltet wird (motorischer Betrieb). Andererseits hat die E-Maschine 14 in Fahrsituationen, bei denen ein Überschuss kinetischer Energie des Fahrzeugs vorliegt, eine so genannte Rekuperationsfunktion, indem sie im generatorischen Betrieb die Bewegungsenergie in kinetische Energie zur Ladung des Energiespeichers 22 umwandelt und somit gleichzeitig ein Bremsmoment bereitstellt. Eine in diesem Zusammenhang besonders geeignete E-Maschine 14 weist eine Leistung von höchstens 40 kW, insbesondere von höchstens 20 kW, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 15 kW, speziell von etwa 13 kW auf.
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Der Verbrennungsmotor 12 weist beispielsweise vier Zylinder 26 auf und kann ein (fremdgezündeter) Ottomotor oder ein (selbstzündender) Dieselmotor sein. Eine Luftzufuhr des Verbrennungsmotors 12 erfolgt über ein Luftansaugrohr 28, in dem gemäß dem hier dargestellten Beispiel eines Ottomotors eine stellbare Drosselklappe 30 zur Regulierung des Luftmassenstroms in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 12 angeordnet ist. Ein dem Verbrennungsmotor 12 zugeordnetes Kraftstoffzufuhrsystem, beispielsweise eine Direkt- oder Saugrohreinspritzanlage, ist in 1 nicht dargestellt.
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Die Steuerung des Betriebs des Hybridantriebs 10 erfolgt durch ein Motorsteuergerät 32. Zu diesem Zweck gehen verschiedene Betriebsparameter, insbesondere eine vom Fahrer in Form eines Fahrpedalwertes eines Fahrpedals 34 angeforderte Last L sowie eine Motordrehzahl n, die beispielsweise durch einen an der Motorkurbelwelle angeordneten Drehzahlsensor erfasst wird, in das Motorsteuergerät 32 ein, welches hieraus die Koordination von E-Maschine 14 und Verbrennungsmotor 12 sowie deren Betrieb steuert. Insbesondere steuert das Motorsteuergerät 32 die Drosselklappe 30, das Kraftstoffzufuhrsystem und die Zündanlage des Verbrennungsmotors 12 sowie die Leistungselektronik 24 der E-Maschine 14. Zur Steuerung eines Momentenaufbaus in Situationen, in denen ausgehend von einer niedrigen Last- oder Null-Lastanforderung schlagartig eine Hoch- oder Volllastanforderung vorliegt, umfasst das Motorsteuergerät 32 ferner eine Momentenaufbau-Steuerung 36, die insbesondere einen in dem Steuergerät 32 implementierten Programmalgorithmus umfasst.
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Die Funktion der Momentenaufbau-Steuerung 36 wird nachfolgend anhand von 2 im Vergleich zu einem bekannten Verfahren erläutert. Die Fahrsituation gemäß 2 geht von einem zunächst geringen angeforderten Moment aus, ausgedrückt durch einen geringen Fahrpedalweg des Fahrpedals 34, das heißt einen geringen Pedalwert PW. Dementsprechend wird in dieser Phase niedriger Momentenanforderung eine geringe relative Zylinderfüllung ZF eingestellt. Zu diesem Zweck wird die Drosselklappe 30 angedrosselt (kleiner Ansaugquerschnitt). Zwischen einem Zeitpunkt t0 und t4 wird das Fahrpedal 34 bis zu einem maximalen Pedalwert PW betätigt, das heißt, eine volle Lastanforderung liegt zum Zeitpunkt t4 vor. Entsprechend dieser Fahrerwunschanforderung ändert sich die relative Zylinderfüllung ZF des Verbrennungsmotors 12. Der Aufbau der Zylinderfüllung ZF stellt im Verfahrensablauf den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt und damit die zeitbestimmende Größe dar, da das zwischen Drosselklappe 30 und Einlassventil des Motors 12 befindliche Saugrohrvolumen zunächst gefüllt und die Luftmasse entsprechend beschleunigt werden muss. Aus diesem Grund tritt die Zunahme der Zylinderfüllung ZF mit einer gewissen Verzögerung nach Öffnung der Drosselklappe ein. Da zur Erzielung eines spontanen Ansprechverhaltens ein zunächst möglichst schneller Füllungs- und damit Momentenaufbau gewünscht ist, erfolgt die Ansteuerung der Drosselklappe 30 mit hoher beziehungsweise maximaler Geschwindigkeit.
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Gemäß dem herkömmlichen Verfahren setzt der Momentenaufbau des verbrennungsmotorischen Moments M_VM' entsprechend dem Verlauf der Zylinderfüllung ZF mit einer zeitlichen Verzögerung ein. Anschließend erfolgt eine kontinuierliche, im Wesentlichen lineare Momentensteigerung bis zum Erreichen des angeforderten Wertes (hier Volllastmoment). Wird diese Momentenänderung ohne weitere Eingriffe zugelassen, können die oben beschriebenen unerwünschten Schwingungen des Triebstranges 18 entstehen. Daher werden - wie in 2 dargestellt - zum Zwecke eines schnellen Ansprechverhaltens zunächst möglichst hohe Momentengradienten über die Zylinderfüllung ZF realisiert. Ab einem Zeitpunkt t1 wird zur Unterdrückung der Triebstrangschwingungen die Geschwindigkeit der Momentenzunahme bis zum Zeitpunkt t2 verzögert, wodurch eine langsamere restliche Vorspannung der Triebstrangfeder erreicht und somit eine Schwingungsanregung weitgehend unterdrückt wird. Da diese Vorgänge typischerweise innerhalb von wenigen 100 ms ablaufen müssen, sind entsprechend schnelle Momenteneingriffe notwendig. Diese lassen sich somit nicht über die relativ träge Zylinderfüllung ZF darstellen. Geeignete Maßnahmen zum schnellen Momentenabbau werden gemäß dem Stand der Technik über die schnelleren Pfade der Beeinflussung des Zündwinkels und/oder der Einspritzkraftstoffmasse durchgeführt. Dabei kommt beim OttoMotor aufgrund seiner begrenzten Abmagerungsfähigkeit und des auch beim magerläufigen Otto-Motoren aufgrund der hohen Massenströme in der Regel erforderlichen stöchiometrischen Betriebs praktisch nur die Zündwinkelverstellung - wie vorliegend dargestellt - in Frage.
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Gemäß Stand der Technik wird daher der Zündwinkel ZW' ab dem Zeitpunkt t1 kurzfristig in Richtung spät verstellt (Kurve ZW'). Dabei wird unter einer „Zündwinkelverstellung“ stets eine Abweichung des eingestellten Zündwinkels gegenüber einem wirkungsgradoptimalen Zündwinkel ZW_op, der seinerseits betriebspunktabhängig ist, verstanden. Während der zunehmenden Verzögerung des Zündwinkels ZW' zwischen t1 und t2 erfolgt eine zunehmende Verminderung des Motorwirkungsgrades und somit ein verzögerter Momentenaufbau (Kurve M_VM'). Die mit gestrichelter Linie dargestellten Verläufe des Zündwinkels ZW' und des verbrennungsmotorischen Drehmoments M_VM' stellen die hypothetischen Verläufe ohne zusätzliche Zündwinkelspätverstellung dar. Das verbrennungsmotorische Moment M_VM' gemäß Stand der Technik entspricht gleichzeitig dem Gesamtantriebsmoment. Ab einem Zeitpunkt t2 wird die Zündwinkelspätverstellung wieder zurückgenommen und durch den gleichzeitigen Aufbau der Zylinderfüllung ZF auf den vorgespannten Triebstrang 18 wieder ein höheres Moment M_VM' aufgeprägt, so dass auch an den Rädern wieder das maximal mögliche Antriebsmoment anliegt. Ab dem Zeitpunkt t3 erfolgt der restliche Momentenaufbau allein über den Füllungspfad ZF.
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Um den mit der Zündwinkelspätverstellung einhergehenden Kraftstoffmehrverbrauch zu reduzieren, wird erfindungsgemäß eine andere Vorgehensweise gewählt, die nachfolgend erläutert wird. Erfindungsgemäß wird nämlich ein elektromotorisches Moment M_EM zusätzlich zu dem verbrennungsmotorischen Moment M_VM dem Triebstrang 18 beziehungsweise der Kurbelwelle aufgeprägt. Dabei ist von Vorteil, dass die E-Maschine 14 praktisch eine stufenlose Einstellung des Moments M_EM (positiv wie negativ) im gesamten Betriebsbereich mit sehr hoher Dynamik erlaubt. Innerhalb weniger 10 ms kann die E-Maschine 14 auf ihr maximales Drehmoment gefahren werden. Durch den kombinierten Betrieb von Verbrennungsmotor 12 und E-Maschine 14 ergibt sich ein Verlauf des Gesamtmoments M, welcher durch Momentenaddition des elektromotorischen und verbrennungsmotorischen Moments M_EM, M_VM resultiert. Dabei wird die E-Maschine 14 so angesteuert, dass das elektromotorische Moment M_EM zumindest einen zunehmenden und zumindest einen abnehmenden Abschnitt aufweist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das elektromotorische Moment M_EM derart auf- und abgesteuert, dass sich ein Zeitabschnitt ergibt, in dem das E-Maschinenmoment nahe oder gleich null ist. Gemäß 2 ist dies etwa zum Zeitpunkt t2 der Fall. An dieser Stelle weist der Verlauf M_EM somit ein lokales Minimum auf. Das resultierende Gesamtmoment M weist somit einen Verlauf auf, der im Wesentlichen einem Doppel-S entspricht. Entsprechend der Darstellung in 2 wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das verbrennungsmotorische Moment M_VM beginnend ab dem Zeitpunkt t0 langsamer gegenüber dem bekannten Verfahren aufgesteuert, wodurch sich eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs ergibt.
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Vom Zeitpunkt t0 bis t1 wird jedoch das elektromotorische Moment M_EM zunächst rasch aufgesteuert, um ein schnelles Ansprechen des Fahrzeugs darzustellen. Dabei kann das elektromotorische Moment M_EM sogar schneller als das verbrennungsmotorische Moment M_VM gemäß Stand der Technik aufgesteuert werden, so dass sich hier ein schnelleres Ansprechverhalten ergibt. Im Zeitabschnitt t1 bis t2 wird das elektromotorische Moment M_EM bis auf Null reduziert, um ein „weiches Anlegen“ des Triebstranges 18 zu erreichen. Zum Zeitpunkt t2 entspricht das verbrennungsmotorische Moment M_VM gemäß der vorliegenden Erfindung etwa dem bekannten Verfahren. Da im Unterschied zum bekannten Verfahren jedoch der Zündwinkel ZW entsprechend dem wirkungsgradoptimalen Zündwinkel ZW_op eingestellt wird, ergibt sich ein deutlich verminderter Verbrauch. Ab dem Zeitpunkt t2 wird das elektromotorische Moment M_EM wieder aufgesteuert, um das Antriebsmoment wieder schnell entsprechend dem Fahrerwunsch aufzubauen. Zusätzlich zum verbrennungsmotorischen Momentenaufbau über die Zylinderfüllung ZF unterstützt in bevorzugter Ausführung jetzt zur Dynamiksteigerung wieder die E-Maschine 14, bis das maximale Moment erreicht ist. Ist der dynamische Momentenaufbau des Verbrennungsmotors hier ausreichend schnell, kann in dieser Phase gegebenenfalls auch auf ein elektromotorischen Moment verzichtet werden, bei nur sehr geringen Einbußen. In Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit der E-Maschine 14 kann der temporäre Momentenabbau des Gesamtmoments M auch innerhalb einer kürzeren Zeitspanne als in 2 dargestellt erfolgen. Hierdurch lässt sich das Dynamikverhalten weiter verbessern. Des Weiteren können auch bei Bedarf höhere Momente als durch den reinen verbrennungsmotorischen Antrieb erzielt werden.
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Im dargestellten Beispiel werden nur positive elektromotorische Momente M_EM auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 aufgebracht, das heißt, die elektrische Maschine 14 wird während des Momentenaufbaus zwischen t0 und t4 ausschließlich motorisch betrieben. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, die E-Maschine auch kurzzeitig generatorisch zu betreiben, wobei aus Wirkungsgradgründen der Generatorbetrieb eine gewisse Energieschwelle nicht überschreiten sollte. Die Aufbringung des elektromotorischen Moments M_EM erfolgt typischerweise über eine Dauer von etwa 200 bis 800 ms und wird bevorzugt aus dem Kondensatorspeicher 22 bereitgestellt. In der Regel sind Energiespeicher stets ausreichend geladen, um die für die Unterstützung des Momentenaufbaus nur kurzzeitig erforderliche Energie bereitstellen. Kann dies zur Durchführung der erfindungsgemäßen Lastschlagdämpfung aufgrund der Größe des Energiespeichers und/oder der Betriebsstrategie des Hybridfahrzeugs nicht immer sichergestellt werden, ist bevorzugt vorgesehen, einen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 22 über die Motorsteuerung 32 oder ein zusätzliches Steuergerät stets auf einem entsprechenden Mindestladezustand zu halten. Sollte dies einmal nicht möglich sein, kann gegebenenfalls die Lastschlagdämpfung zur Sicherstellung des gewünschten Komfortverhaltens auch über die konventionelle Funktion mit Zündwinkeleingriffen wie ausgeführt dargestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hybridantrieb
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Elektromotor
- 16
- Getriebe
- 18
- Triebstrang
- 20
- Kupplung
- 22
- Energiespeicher
- 24
- Leistungselektronik
- 26
- Zylinder
- 28
- Luftansaugrohr
- 30
- Drosselklappe
- 32
- Motorsteuergerät
- 34
- Fahrpedal
- 36
- Momentenaufbau-Steuerung
- PW
- Pedalwert des Fahrpedals
- ZF
- relative Zylinderfüllung
- ZW
- Zündwinkel
- ZW'
- Zündwinkel gemäß Stand der Technik
- ZW_op
- wirkungsgradoptimaler Zündwinkel
- M_VM
- verbrennungsmotorisches Moment
- M_VM'
- verbrennungsmotorisches Moment gemäß Stand der Technik
- M_EM
- elektromotorisches Moment
- M
- Gesamtmoment