DE102005060858A1

DE102005060858A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102005060858A1
Application number: DE102005060858A
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Falkenstein; Thomas Huber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2005-12-20
Publication date: 2007-06-28
Also published as: WO2007071464A1; US8037955B2; EP1966021A1; EP1966021B1; US20090090572A1; DE502006009283D1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs mit wenigstens einer ersten und einer zweiten antriebsverbundenen Antriebsmaschine (18, 20), bei dem ein Istdrehmoment (trq) wenigstens einer der Antriebsmaschinen (18, 20) durch einen Führungsformer (10) beeinflusst wird, indem aus einem Summen-Solldrehmoment (trqDes) ein erstes Solldrehmoment (trqLeadEng) für einen langsamen und ein zweites Solldrehmoment (trqDesEng) für einen schnellen Beeinflussungspfad für die erste Antriebsmaschine (18) und ein Solldrehmoment (trqDesElm) für einen schnellen Beeinflussungspfad der zweiten Antriebsmaschine (20) erzeugt wird.
Es wird vorgeschlagen, dass aus dem ungefilterten Summen-Solldrehmoment (trqDes) das Vorhalte-Sollmoment (trqLeadEng) zur Beeinflussung des langsamen Beeinflussungspfads der ersten Antriebsmaschine (18) gewonnen wird, bevor das Summen-Solldrehmoment (trqDes) in dem Führungsformer (10) verarbeitet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Reduzierung von Emissionen und Kraftstoffverbrauch führte in letzter Zeit zur Weiterentwicklung von Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge. Ziel ist, den Verbrennungsmotor im Bereich günstiger Wirkungsgrade zu betreiben, im Stillstand des Fahrzeuges bzw. bei geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten abzuschalten und elektrisch zu Fahren sowie Bremsenergie durch Rekuperation zu nutzen. Z.B. erfolgt bei Parallelhybriden eine Addition der Drehmomente von Verbrennungsmotor und einer oder mehrerer Elektromaschinen. Die Elektromaschinen sind z.B. als Startergeneratoren mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden.
Schnelle Laständerungen oder Schaltvorgänge können ein Ruckeln des Fahrzeuges anregen, bei dem typischerweise die Motordrehmasse mit der Getriebedrehmasse gegen die reduzierte Fahrzeugmasse schwingt. Daneben sind noch weitere Schwingungsformen möglich. Bekannte Verfahren zur Minderung von Ruckelschwingungen basieren darauf, die Anregung des Triebstranges durch schnelle Laständerungen zu vermeiden. Dazu wird das vom Fahrer über das Fahrpedal angeforderte Drehmoment bei schnellen Änderungen mittels Führungsformer tiefpassgefiltert oder dessen Änderungsgeschwindigkeit begrenzt. Damit verzögert sich der Drehmomentenaufbau bzw. Drehmomentenabbau.
Zusätzlich erfolgen Maßnahmen beim Nulldurchgang des Antriebsmomentes, z.B. beim Übergang vom Schub- in den Zugbetrieb. Der damit verbundene Nulldurchgang des Reaktionsmomentes erzeugt ein Kippen der Motor-Getriebeeinheit in den Lagerungen. Daneben werden im Antriebsstrang vorhandene mechanische Spiele bzw. Lose durchlaufen. Aus Komfortgründen soll dieser Übergang "weich" erfolgen, was durch Gradientenbegrenzung des Antriebsmomentes während seines Nulldurchgangs erreicht wird. Auch dies ist Aufgabe des Führungsformers.

Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Stand der Technik in 1 dargestellt. Bei Hybridantrieben ergeben mehrere Aggregate, meist ein Verbrennungsmotor und eine oder mehrere Elektromaschinen, zusammen das Antriebsmoment und sind vom Führungsformer 10' entsprechend zu koordinieren. Beim Parallelhybrid mit Kurbelwellenstartergenerator (das Schwungrad des Verbrennungsmotors ist mit der Elektromaschine, d.h. dem Kurbelwellenstartergenerator, gekoppelt), wird ein Kippen der Motor-Getriebeeinheit vom Nulldurchgang des Summenmomentes trq von Verbrennungsmotor und Elektromaschine hervorgerufen. Auch mechanische Lose werden hierbei durchlaufen. Somit könnte der Führungsformer 10' das Summen-Solldrehmoment trqDes noch vor der eigentlichen Betriebsstrategie filtern, vgl. 1. Die Aufteilung des gefilterten Summen-Solldrehmomentes trqDesFlt auf die Solldrehmomente trqLeadEng, trqDesEng von Verbrennungsmotor und trqDesElm der Elektromaschine würde dann unter energetischen und Emissions-Gesichtspunkten im Betriebsstrategie-Block 12' erfolgen.

Moderne Ottomotoren mit Saugrohreinspritzung besitzen meist eine elektronische Drosselklappe zur Luftmassenstromregulierung. Das Fahrpedal ist von der elektronischen Drosselklappe mechanisch entkoppelt. Die endliche Einstellgeschwindigkeit des Drosselklappenstellgliedes und dynamische Füllungseffekte im Saugrohr lassen eine hochdynamische Einstellung eines vorgegebenen Luftmassenstromes und des dadurch erzeugten Verbrennungsmotordrehmomentes nicht zu. Ein Eingriff in den Zündwinkel und eine damit verbundene Reduzierung des Verbrennungsmotordrehmomentes kann dagegen nahezu verzögerungsfrei erfolgen. Für die Drehmomentansteuerung sind somit zwei Pfade vorhanden. Jedem dieser beiden Pfade kann ein zugeordnetes Solldrehmoment vorgegeben werden.

Das in 1 dargestellte Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng für den Verbrennungsmotor wirkt auf den langsamen Luftpfad des Verbrennungsmotors. Der Luftmassenstrom wird entsprechend eingestellt. Bei optimalem Zündwinkel würde der Verbrennungsmotor ein als Basismoment bezeichnetes Drehmoment trqBs erzeugen. Im stationären Betrieb entspricht das Basismoment trqBs näherungsweise dem Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng. Im instationären Betrieb wirken dynamische Füllungseffekte im Saugrohr, die Übertragung vom Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng auf das Basismoment trqBs lässt sich näherungsweise mittels Reihenschaltung eines Totzeitgliedes (T0) und eines Verzögerungsglieds erster Ordnung (PT1) beschreiben.

Das zweite in 1 dargestellte Sollmoment trqDesEng für den Verbrennungsmotor wirkt auf den schnellen Zündwinkelpfad. Mittels Spätverstellung des Zündwinkels gegenüber dem optimalen Zündwinkel wird der Wirkungsgrad des Motors verschlechtert, das Istmoment trqEng des Verbrennungsmotors wird gegenüber dem Basismoment trqBs verringert.

Im Modell nach 1 sind die Zusammenhänge vereinfacht dargestellt. Das Sollmoment für den Verbrennungsmotor trqDesEng wird auf einen Bereich zwischen dem Basismoment trqBs und einem minimalen Basismoment trqBsMin begrenzt und ergibt das Istmoment trqEng des Verbrennungsmotors. Die Zeitverzögerung beim Zündwinkeleingriff ist gering und wird im Modell vernachlässigt. Das Basismoment trqBs entspricht dabei dem Istmoment trqEng des Verbrennungsmotors, das sich bei optimalem Zündwinkel ergibt. Das minimale Basismoment trqBsMin ist kleiner als das Basismoment und entspricht dem Istmoment trqEng im Falle einer maximalen Zündwinkelspätverstellung.

Auch beim Dieselmotor, insbesondere mit Turboaufladung, kann die Drehmomentansteuerung in einen langsamen Pfad mit einem Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng und einen schnellen Pfad mit einem Sollmoment trqDesEng aufgeteilt werden, vgl. DE 196 30 213 C1 .

Die Motorsteuerung eines modernen Verbrennungsmotors kann das momentane Istdrehmoment trqEng sowie das Basismoment trqBs anhand von gemessenen oder abgeschätzten Größen ermitteln, beim Benzinmotor mit Saugrohreinspritzung, z.B. aus Motordrehzahl, Saugrohrdruck, Zündzeitpunkt und Luftzahl λ.

Die Drehmomentansteuerung von modernen Elektromaschinen weist eine sehr viel höhere Dynamik im Vergleich mit dem langsamen Pfad der Drehmomentansteuerung eines Verbrennungsmotors auf. Im Modell nach 1 wird die Verzögerung in der Drehmomentansteuerung der Elektromaschine vernachlässigt, das Istmoment trqElm ergibt sich aus dem Sollmoment trqDesElm durch Limitierung auf die Momentengrenzen trqElmMax und trqElmMin. Die Momentengrenzen der Elektromaschine werden anhand der momentanen Betriebszustände der Elektromaschine, eines oder mehrerer elektrischer Energiespeicher und eines oder mehrerer elektrischer Bordnetze ermittelt.

Das in 1 dargestellte Verfahren der Führungsformung funktioniert, solange beide Aggregate ein ähnliches Verhalten in der Dynamik der Drehmomentansteuerung aufweisen. Dies ist aufgrund der hohen Dynamik der Elektromaschine der Fall, wenn das Moment des Verbrennungsmotors über den schnellen Pfad trqDesEng beeinflusst wird.

Wird das das Moment des Verbrennungsmotors vom langsamen Pfad bestimmt, z.B. bei schnell ansteigenden Sollmomenten und verzögert ansteigendem Basismoment trqBs, welches das Istmoment trqEng begrenzt (d.h. trqDesEng> trqBs), so ergeben sich folgende Probleme:

1. Die Dynamik des Istmomentes trqEng und damit des Summenistmomentes trq wird gering aufgrund der Reihenschaltung zweier Verzögerungen, nämlich die Filterung im Führungsformer 10' und der langsame Pfad im Verbrennungsmotor (Saugrohrdynamik, Turboloch). Die Dynamik des langsamen Pfades hängt sehr stark vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors ab, z.B. Drehmoment, Drehzahl, Saugrohrdruck usw., so dass eine Berücksichtigung/Kompensation im Betriebsstrategie-Block 12' nur bedingt möglich wäre.
2. Aufgrund unterschiedlicher Dynamik in der Drehmomentansteuerung beider Aggregate weicht das Summenistmoment trq im instationären Betrieb stark vom gefilterten Summen-Solldrehmoment trqDesFlt ab. Zudem variiert die Abweichung je nach momentan gewählter Momentenaufteilung (Betriebsstrategie). Eine Limitierung des Gradienten von trqDesFlt beim Nulldurchgang führt dann nicht zur Limitierung des Gradienten von trq bei dessen Nulldurchgang, was sich negativ auf den Fahrkomfort auswirkt.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in einem Kraftfahrzeugantrieb mit wenigstens zwei Antriebsmaschinen eine genaue Formung des Summen-Istmomentes, insbesondere beim Nulldurchgang, auch bei stark variierender Dynamik in der Momentenansteuerung der einen Antriebsmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors, so dass der Fahrkomfort erhöht ist. Daneben wird durch geeigneten Einsatz der anderen Antriebsmaschine, insbesondere einer Elektromaschine, eine hohe Momentendynamik des Antriebs erreicht, wobei Zündwinkeleingriffe minimiert werden, die neben Wirkungsgradverlusten bei hoher Last zu Temperaturspitzen im Katalysator des Fahrzeugs führen und dessen Lebensdauer beeinträchtigen können.

Erfindungsgemäß wird das ungefilterte Summen-Solldrehmoment als Basis für die Aufteilung auf die Aggregate (Betriebsstrategie-Block) genutzt. Die Aufteilung liefert das Vorhalte-Sollmoment für den langsamen Pfad des Verbrennungsmotors. Damit wird das Vorhalte-Sollmoment nicht zusätzlich durch den Führungsformer verzögert, was eine hohe Dynamik des Antriebs ermöglicht. Aus dem ungefilterten Summen-Solldrehmoment wird das Vorhalte-Sollmoment zur Beeinflussung des langsamen Beeinflussungspfads der ersten Antriebsmaschine gewonnen, bevor das Summen-Solldrehmoment in dem Führungsformer verarbeitet wird. Der langsame Beeinflussungspfad ist bei einem Verbrennungsmotor der Luftpfad, während der schnelle Beeinflussungspfad eine Zündwinkelverstellung verursacht. Die Elektromaschine als zweite Antriebsmaschine weist einen schnellen Beeinflussungspfad auf, da sie grundsätzlich eine hohe Dynamik aufweist.

In einem günstigen Verfahrensschritt werden dem Führungsformer als Eingangsgrößen ein ungefiltertes Solldrehmoment der zweiten Antriebsmaschine und das ungefilterte Vorhalte-Solldrehmoment der ersten Antriebsmaschine zugeführt

Der Führungsformer ermittelt in einem günstigen Verfahrensschritt unter Berücksichtigung des von der einen Antriebsmaschine, insbesondere dem Verbrennungsmotor, gemeldeten momentanen Basismomentes das Solldrehmoment für den schnellen (Zündwinkel-)Pfad des Verbrennungsmotors und das Solldrehmoment für die Elektromaschine. Aufgrund der hohen Dynamik des schnellen (Zündwinkel-)Pfades und der Elektromaschine kann das Summen-Istmoment auch im instationären Betrieb genau eingestellt werden. Der Verlauf des Summen-Istmoments, insbesondere der Gradient beim Nulldurchgang, lässt sich genau vorgeben, verbunden mit geringen Lastwechselreaktionen und hohem Fahrkomfort.

Vereinfacht wird das Verfahren, wenn das ungefilterte Vorhalte-Solldrehmoment der ersten Antriebsmaschine den Führungsformer unmodifiziert verlässt. Eine entsprechende Modifikation kann jedoch vorteilhaft sein, um z.B. Zündwinkeleingriffe bei einem Nulldurchgang des Summendrehmoments zu minimieren.

In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt ermittelt der Führungsformer unter Berücksichtigung eines von der ersten Antriebsmaschine gemeldeten momentanen Basismoments das Solldrehmoment für den schnellen Pfad der ersten Antriebsmaschine und das Solldrehmoment der zweiten Antriebsmaschine.

In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt wird, falls kein schneller Eingriff, insbesondere keine Zündwinkelverstellung, bei der ersten Antriebsmaschine erforderlich ist, das zweite Solldrehmoment für die erste Antriebsmaschine (schneller Pfad) gleich dem Basismoment gesetzt wird.

Alternativ ergibt sich, falls ein schneller Eingriff bei der ersten Antriebsmaschine erforderlich ist, das zweite Solldrehmoment für die erste Antriebsmaschine als Summe von Basismoment und einem Differenzmoment, das charakteristisch für einen Einfluss des schnellen Beeinflussungspfads ist.

In einem weiteren günstigen Verfahrensschritt gibt der Führungsformer die Solldrehmomente so vor, dass ein Gradient des Istdrehmoments innerhalb von zulässigen Schwellen liegt. Durch die Begrenzung des Gradienten kann eine Schwingungsanregung des Triebstrangs durch schnelle Laständerung vermieden werden.

Vorzugsweise werden im Bereich eines Nulldurchgangs des Istdrehmoments die Schwellen zur Begrenzung des Gradienten klein gewählt. Damit kann ein komfortabler, weicher Übergang z.B. von einem Schubbetrieb in einen Zugbetrieb erreicht werden.

In einem günstigen Verfahrensschritt kann das Solldrehmoment für die zweite Antriebsmaschine so gewählt werden, dass das zweite Solldrehmoment der ersten Antriebsmaschine gleich dem Basismoment wird. Dies ist günstigerweise dann der Fall, wenn ein Eingriff auf dem schnellen Beeinflussungspfad der ersten Maschine, insbesondere ein Zündwinkeleingriff, vermieden werden soll und keine Momentenbegrenzung der zweiten Antriebsmaschine vorliegt.

Liegt eine Momentenbegrenzung der zweiten Antriebsmaschine vor, kann günstigerweise zusätzlich eine Beeinflussung der ersten Antriebsmaschine auf dem schnellen Beeinflussungspfad (zweites Solldrehmoment) erfolgen. Ein Zündwinkeleingriff kann auch ohne Momentenbegrenzung der zweiten Antriebsmaschine sinnvoll sein, wenn an dieser ein Drehmoment beschränkt werden soll, um etwa bei einer Elektromaschine Stromanstiegsgeschwindigkeiten eines Energiespeichers zu begrenzen und so dessen Lebensdauer zu erhöhen.

Zeichnungen
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Ansprüchen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit aus einem nachfolgend anhand von Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Im Folgenden zeigen:
1 eine bekanntes Schema eines Führungsformers einer Hybridantriebsteuerung;
2 eine Schema eines bevorzugten Führungsformers einer Hybridantriebsteuerung nach der Erfindung;
3 einen Ablauf einer Berechnung eines Gradientenlimits trqLimGrad
4 einen weiteren Berechnungsablauf; und
5 Simulationsergebnisse einer Berechnung mit einem erfindungsgemäßen Führungsformer.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In den 2 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt.
Ein Verbrennungsmotor 18, z.B. ein Ottomotor, ist beispielhaft mit Saugrohreinspritzung, elektronischem Gaspedal (E-Gas, elektronische Drosselklappe) und Katalysator versehen. Das Schwungrad des Verbrennungsmotors ist mit einer Elektromaschine 20 gekoppelt (Kurbelwellenstartergenerator), die Istdrehmomente trqEng von Verbrennungsmotor 18 und trqElm Elektromaschine 20 addieren sich zum Istdrehmoment trq des gesamten Antriebs, d.h. zum Summendrehmoment von Verbrennungsmotor 18 und Elektromaschine 20.
Ein Betriebsstrategie-Block 12 teilt das vom Fahrer bzw. von Komfortfunktionen angeforderte Summen-Solldrehmoment trqDes auf das Vorhalte-Solldrehmoment trqLeadEng für den Verbrennungsmotor 18 und das ungefilterte Solldrehmoment trqDesElmUnFlt der Elektromaschine 20 unter energetischen und Emissions-Gesichtspunkten auf (2).
Im Ausführungsbeispiel erfolgt aus Gründen der Übersichtlichkeit keine Modifikation des Vorhalte-Solldrehmoments trqLeadEng im Block eines bevorzugten Führungsformers 10. Eine entsprechende Modifikation kann vorteilhaft sein, z.B. um Zündwinkeleingriffe beim Nulldurchgang des Summdrehmomentes trq zu minimieren.
Das Basismoment trqBs folgt dem Vorhalte-Solldrehmoment trqLeadEng aufgrund der Saugrohrdynamik (modelliert als Totzeitglied und Verzögerungsglied erster Ordnung PT1) verzögert und wird dem Führungsformer 10 übermittelt. Der Führungsformer 10 beeinflusst die Solldrehmomente trqDesEng und trqDesElm. Ist kein Zündwinkeleingriff erforderlich, so wird das Solldrehmoment trqDesEng für den Verbrennungsmotor 18 auf das Basismoment trqBs gesetzt: trqDesEng = trqBs
Das Istmoment trqEng des Verbrennungsmotors 18 entspricht dann näherungsweise dem Basismoment trqBs und damit dem Sollmoment: trqEng = trqDesEng = trqBs.
Aufgrund der hohen Dynamik der Elektromaschine 20 entspricht das Istmoment trqElm näherungsweise dem Sollmoment trqDesElm, falls die Elektromaschine 20 sich nicht an den Momentengrenzen befindet: trqElm = trqDesElm
Für das Istdrehmoment trq = trqEng + trgElm des gesamten Antriebs gilt dann näherungsweise: trq = trqDesEng + trqDesElm = trqBs + trqDesElm (1)
Ist ein Zündwinkeleingriff erforderlich, wird das Statusbit stIARls=true gesetzt, das Solldrehmoment trqDesEng des Verbrennungsmotors 18 ergibt sich aus der Summe von Basismoment trqBs und einem Differenzmoment trqDecIARls (negativ), das den Einfluss der Zündwinkelspätverstellung kennzeichnet: trqDesEng = trqBs + trqDecIARls
Aufgrund der hohen Dynamik des Zündwinkeleingriffes entspricht das Istmoment trqEng des Verbrennungsmotors 18 näherungsweise dem Solldrehmoment trqDesEng: trqEng = trqDesEng = trqBs + trqDecIARls
Für das Istdrehmoment trq = trqEng + trgElm des gesamten Antriebs gilt dann: trq = trqDesEng + trqDesElm = trqBs + trqDecIARls + trqDesElm (2)
Der Führungsformer 10 gibt die Solldrehmomente so vor, dass für den Gradienten, d.h. die zeitliche Ableitung des Istdrehmoments trq gilt: –trqLimGrad < d/dt(trq) < trqLimGrad (3)
Mit d/dt(trq) = d/dt(trqDesEng + trqDesElm) (4).
Der Führungsformer 10 des Ausführungsbeispiels versucht zunächst einen Zündwinkeleingriff zu vermeiden und das Solldrehmoment trqDesElm für die Elektromaschine 20 entsprechend zu wählen. In diesem Fall gilt für Gl. (3), (4) trqDesEng = trqBs
Ist dies aufgrund einer Momentenbegrenzung trqElmMin der Elektromaschine 20 nicht möglich, erfolgt zusätzlich ein Zündwinkeleingriff, dabei gilt für Gl. (3), (4): trqDesEng = trqBs + trqDecIARls trqDesElm = trqElmMin
Alternativ kann sinnvoll sein, Zündwinkeleingriffe zu nutzen, obwohl sich die Elektromaschine 20 noch nicht an der Momentenbegrenzung befindet, z.B. um die Drehmomentgradienten an der Elektromaschine 20 und damit aus Lebensdauergründen die Stromanstiegsgeschwindigkeiten eines elektrischen Energiespeichers zu limitieren.
Das Gradientenlimit trqLimGrad wird im Bereich des Nulldurchganges des Istdrehmoments trq klein gewählt, um einen weichen Übergang z.B. vom Schub- in den Zugbetrieb zu erhalten.
Die 3 und 4 zeigen ein Beispiel für eine Realisierung. In 3 ist die Berechnung des Gradientenlimits trqLimGrad dargestellt. Die Größe trqLimPrblGrad ergibt sich durch einen parabelförmigen Zusammenhang aus dem Istdrehmoment trq: trqLimPrblGrad = CoefA·trq2 + CoefBmit trq = trqDesEng + trqDesElm,trqLimPrblGrad nimmt somit bei trq=0 den Wert von CoefB an und wird bei trq>0 oder bei trq<0 entsprechend größer.
Das Gradientenlimit trqLimGrad ergibt sich aus trqLimPrblGrad durch Minimumbildung mit der Größe trqLimMaxGrad und ist somit auch bei stark positivem oder stark negativem Istdrehmoment trq auf den Wert von trqLimMaxGrad begrenzt. Dies führt zu einer im gesamten Momentenbereich wirkenden Gradientenbegrenzung des Istdrehmoments trq, um die Schwingungsanregung des Triebstranges durch schnelle Laständerungen zu vermeiden.
Die Größen CoefA, CoejB und trqLimMaxGrad sind Parameter, die durch entsprechende Bedatung eine Anpassung an einen bestimmten Fahrzeugtyp erlauben.
Die Realisierung des Algorithmus erfolgt durch Diskretisierung. Aus dem Gradientenlimit trqLimGrad ergeben sich durch Multiplikation mit der Größe dT, die die Abtastzeit (d.h. Abtastperiodendauer, Zeit zwischen zwei Berechnungszyklen) kennzeichnet, die erlaubten Änderungen trqDeltaMax und trqDeIltaMin für das Summen- Istmoment trq zwischen zwei Abtastungen.
Das Sollmoment trqDesElm für die Elektromaschine 20 ergibt sich aus der Größe trqDes_Elm_IARls. Der Sollwert für die Größe trqDes_Elm_IARls ist das von der Betriebsstrategie angeforderte, ungefilterte Solldrehmoment trqDesElmUnFlt für die Elektromaschine 20 (vgl. 2).
Im stationären Betrieb stellt sich damit trqDesElm = trqDes_Elm_IARls = trqDesElmUnFltein, d.h. die Elektromaschine 20 erzeugt das von der Betriebsstrategie vorgegebene Solldrehmoment, es erfolgt kein Zündwinkeleingriff.
Dabei sind Änderungen der Größe trqDes_Elm_IARls so gewählt, dass die zuvor berechneten erlaubten Änderungen des Summen-Istmoments trq eingehalten werden. Dazu wird, wie in 4 dargestellt, zunächst die Änderung trqBsDelta des Basismoments trqBs zwischen zwei Abtastungen ermittelt (4). Die Größe trqBsDelta wird von den erlaubten Änderungen trqDeltaMax und trqDeltaMin für das Summen-Istmoment trq subtrahiert. Dadurch ergeben sich die erlaubten Änderungen für die Größe trqDes_Elm_IARls.
Unterschreitet die Größe trqDes_Elm_IARls die untere Momentenbrgrenzung trqElmMin der Elektromaschine 20, wird zusätzlich eine Zündwinkelspätverstellung ZW2 über das Differenzmoment trqDecIARls realisiert.
Die untere Grenze der Größe trqDes_Elm_IARls ergibt sich daher aus der unteren Momentenbegrenzung trqElmMin der Elektromaschine 20 und der maximalen Zündwinkelspätverstellung ZW1. Die obere Grenze der Größe trqDes_Elm_IARls ergibt sich aus der oberen Momentenbegrenzung trqElmMax der Elektromaschine 20.
Weiterhin wird aus trqLeadEng ein Wert trqLeadEng_out erzeugt.
Wie bereits dargestellt, versucht der Algorithmus des Ausführungsbeispiels zunächst, das Moment trqDes_Elm_IARls mit der Elektromaschine 20 einzustellen. Gelingt das infolge einer Momentenbegrenzung trqElmMin der Elektromaschine 20 nicht, wird zusätzlich eine Zündwinkelspätvertellung ZW2 über das Differenzmoment trqDecIARls realisiert: trqDecIARls = trqDes_Elm_IARls-MAX(trqDes_Elm_IARls, trqElmMin)
Bei trqDecIARls < 0 wird das Zündwinkel-Statusbit stIARls=true gesetzt, für trqDecIARls = 0 gilt stIARls=false.
Die 5 zeigt Simulationsergebnisse für einen Sprung im ungefilterten Summen-Solldrehmoment trqDes von –30 Nm auf 100 Nm zum Zeitpunkt t = 4,5 Sekunden (vgl. 2). Basierend darauf erzeugt die Betriebsstrategie 12 bzw. Aufteilung in diesem Beispiel einen Sprung im Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng von –10 Nm auf 90 Nm, sowie einen Sprung im ungefilterten Solldrehmoment trqDesElmUnFlt der Elektromaschine 20 von –20 Nm auf 10 Nm zum Zeitpunkt 4,5 sec.
Die Übertragung von dem Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng auf das Basismoment trqBs ist mittels Reihenschaltung eines Totzeitglieds und eines Verzögerungsglieds erster Ordnung (PT1) beschrieben, das Basismoment trqBs (Kurve A) folgt dem Vorhalte-Sollmoment entsprechend verzögert. Der Führungsformer 10 erhöht sofort nach dem Sprung das Sollmoment trqDesElm (Kurve C), was zu einem schnellen Ansprechen des Istmomentes trq (Kurve D) auf den Fahrerwunsch (Summen-Solldrehmoment trqDes) führt. Dies erfolgt bereits zu einem Zeitpunkt, zu dem das Basismoment trqBs infolge der Totzeit noch keine Reaktion zeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren verbessert somit das Ansprechverhalten des Hybridfahrzeugs gegenüber einem vergleichbaren, nicht hybridisierten Serienfahrzeug.
Als Folge der starken Gradientenlimitierung mittels trqLimGrad im Bereich des Nulldurchganges ergibt sich ein weicher Übergang vom Schubbetrieb (trq<0) in den Zugbetrieb (trq>0), zunächst verbunden mit einer Reduzierung des Sollmomentes trqDesEim. Die Momentenbegrenzung trqElmMin der Elektromaschine 20 beträgt –25 Nm, der Stellbereich ist nicht ausreichend für die alleinige Formung des Nulldurchganges mit der Elektromaschine 20. Aus diesem Grund erfolgt ein temporärer Zündwinkeleingriff (stIARls=true) (Kurve E), die Differenz zwischen Basismoment trqBs (Kurve A) und Sollmoment trqDesEng (Kurve B) des Verbrennungsmotors 18 während des Zündwinkeleingriffes entspricht dem Differenzmoment trqDecIARls.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine genaue Formung des Istmomentes trq auch bei stark variierender Dynamik des langsamen Pfades (der Übertragung vom Vorhalte-Sollmoment trqLeadEng auf das Basismoment trqBs), die vom Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 18 (Drehmoment, Drehzahl, Saugrohrdruck usw.) abhängt.
Mit dem Einsatz der Elektromaschine 20 zur Führungsformung werden Zündwinkeleingriffe minimiert, die neben Wirkungsgradverlusten bei hoher Last zu Temperaturspitzen im Katalysator führen und dessen Lebensdauer beeinträchtigen können.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs mit wenigstens einer ersten und einer zweiten antriebsverbundenen Antriebsmaschine (18, 20), bei dem ein Istdrehmoment (trq) wenigstens einer der Antriebsmaschinen (18, 20) durch einen Führungsformer (10) beeinflusst wird, indem aus einem Summen-Solldrehmoment (trqDes) ein erstes Solldrehmoment (trqLeadEng) für einen langsamen und ein zweites Solldrehmoment (trqDesEng) für einen schnellen Beeinflussungspfad für die erste Antriebsmaschine (18) und ein Solldrehmoment (trqDesElm) für einen schnellen Beeinflussungspfad der zweiten Antriebsmaschine (20) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ungefilterten Summen-Solldrehmoment (trqDes) das Vorhalte-Sollmoment (trqLeadEng) zur Beeinflussung des langsamen Beeinflussungspfads der ersten Antriebsmaschine (18) gewonnen wird, bevor das Summen-Solldrehmoment (trqDes) in dem Führungsformer (10) verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Führungsformer (10) als Eingangsgrößen ein ungefiltertes Solldrehmoment (trqDesElmUnFlt) der zweiten Antriebsmaschine (20) und das ungefilterte Vorhalte-Solldrehmoment (trqLeadEng) der ersten Antriebsmaschine (18) zugeführt wird
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ungefilterte Vorhalte-Solldrehmoment (trqLeadEng) der ersten Antriebsmaschine (18) den Führungsformer (10) unmodifiziert verlässt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ungefilterte Vorhalte-Solldrehmoment (trqLeadEng) der ersten Antriebsmaschine (18) den Führungsformer (10) modifiziert verlässt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsformer (10) unter Berücksichtigung eines von der einen Antriebsmaschine (18) gemeldeten momentanen Basismoments (trqBs) das Solldrehmoment (trqDesEng) für den schnellen Pfad der ersten Antriebsmaschine (18) und das Solldrehmoment (trqDesElm) der zweiten Antriebsmaschine (20) ermittelt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, falls kein schneller Eingriff bei der ersten Antriebsmaschine (18) erforderlich ist, das zweite Solldrehmoment (trqDesEng) für die erste Antriebsmaschine (18) gleich dem Basismoment (trqBs) gesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, falls ein schneller Eingriff bei der ersten Antriebsmaschine (18) erforderlich ist, das zweite Solldrehmoment (trqDesEng) für die erste Antriebsmaschine (18) sich als Summe von Basismoment (trqBs) und einem Differenzmoment (trqIARls) ergibt, das charakteristisch für einen Einfluss des schnellen Beeinflussungspfads ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsformer (10) die Solldrehmomente (trqDesEng, trqDesElm) so vorgibt, dass ein Gradient des Istdrehmoments (trq) innerhalb von zulässigen Schwellen liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich eines Nulldurchgangs des Istdrehmoments (trq) die Schwellen zur Begrenzung des Gradienten klein gewählt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment (trqDesElm) für die zweite Antriebsmaschine (20) so gewählt wird, dass das zweite Solldrehmoment (trqDesEng) der ersten Antriebsmaschine (18) gleich dem Basismoment (trqBs) wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Momentenbegrenzung der zweiten Antriebsmaschine (20) zusätzlich eine Beeinflussung der ersten Antriebsmaschine (18) auf dem schnellen Beeinflussungspfad erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündwinkeleingriff ohne Momentenbegrenzung der zweiten Antriebsmaschine (20) erfolgt.