DE102006016133A1 - Betriebsarten- und Momentenkoordination bei Hybrid-Kraftfahrzeugantrieben - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die als Antriebsaggregate mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine aufweist, deren Drehmomente in Abhängigkeit verschiedener Betriebsarten zum Generieren eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs verwendet werden, und mit mindestens einem mindestens ein Antriebsaggregat in mindestens einer Betriebsart steuernden Signalfluss, wobei ein einziger Signalfluss mindestens eines der Antriebsaggregate in sämtlichen Betriebsarten durch Vorgabe von mindestens einer Drehmomentgrenze steuert.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die als Antriebsaggregate mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine aufweist, deren Drehmomente in Abhängigkeit verschiedener Betriebsarten zum Generieren eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs verwendet werden und mit mindestens einem, mindestens ein Antriebsaggregat mindestens in einer Betriebsart steuernden Signalfluss.
- Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. So gibt es Verfahren, welche für unterschiedliche Betriebsarten jeweils einen Signalfluss verwenden. Die
DE 101 60 819 B4 beschreibt zum Beispiel eine Steuerung des Schleppbetriebes von Fahrzeugantrieben, bei denen ein Fahrer zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi wählen kann. Der Signalfluss stellt eine Steuergröße dar, welche den Antriebsaggregaten jeweils ein Drehmoment in Abhängigkeit von einem Antriebssolldrehmoment vorgibt. Dabei werden in den unterschiedlichen Signalflüssen Parameter, wie zum Beispiel der Ladezustand eines elektrischen Speichers, unterschiedlich berücksichtigt. Bei einem Wechsel von einer Betriebsart in die andere, zum Beispiel bei einem Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb, kann es passieren, dass beim Öffnen einer Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine der Verbrennungsmotor durch den plötzlichen Verlust eines Gegenmoments „hoch dreht" und dadurch zum einen unnötige Verluste im Verbrennungsmotor bewirkt und zum anderen von einem Fahrer als unangenehm empfunden wird. Um einen kontinuierlichen „sanften" Übergang zwischen den Betriebsarten zu schaffen, werden aufwändige Funktionalitäten eingesetzt, die durch Umschalten der Betriebsart hervorgerufene Unstetigkeiten filtern oder verrampen. - Erfindungsgemäß steuert ein einziger Signalfluss mindestens eines der Antriebsaggregate in sämtlichen Betriebsarten durch Vorgabe von mindestens einer Drehmomentgrenze. Durch die Verwendung eines einzigen Signalflusses werden zum einen Ressourcen in einem Steuergerät des Fahrzeugs nur gering beansprucht und zum anderen entfallen die Nachteile, welche bei einem Umschalten von einer Betriebsart in die andere beziehungsweise von einem Signalfluss in einen anderen entstehen. Durch die Verwendung eines einzigen Signalflusses wird ermöglicht, dass eine Betriebsart in die andere direkt übergeht. Die Verwendung eines einzigen Signalflusses wird durch die Vorgabe der mindestens einen Drehmomentgrenze ermöglicht.
- Vorteilhafterweise wird die Antriebsvorrichtung in den Betriebsarten Hybridbetrieb, Boostbetrieb, Rekuperationsbetrieb, Elektrobetrieb, Verbrennungsmotorbetrieb oder Segelbetrieb betrieben. Im Hybridbetrieb werden Verbrennungsmotor und Elektromaschine gleichzeitig betrieben, wobei die Elektromaschine überwiegend generatorisch beansprucht wird. Im Boostbetrieb wird zusätzlich zu einem Drehmoment des Verbrennungsmotors ein Drehmoment der elektrischen Maschine zugeschaltet, wodurch eine hohe Beschleunigung ermöglicht wird. Im Rekuperationsbetrieb wird das generatorische Potential der Elektromaschine ausgenutzt. Im Elektrobetrieb wird allein die Elektromaschine und im Verbrennungsmotorbetrieb allein der Verbrennungsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet. Im Segelbetrieb (oder auch Rollbetrieb genannt) übertragen weder der Verbrennungsmotor noch die Elektromaschine ein Drehmoment auf die Antriebsräder des Fahrzeugs.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Drehmomentgrenze zum Wechsel mindestens einer Betriebsart verändert. Somit wird nicht ein Signalfluss gewechselt, sondern durch das Ändern einer Größe in einem Signalfluss eine andere Betriebsart ermöglicht.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromaschine ein elektrischer Speicher zuordenbar, und im Hybridbetrieb der Elektromaschine wird ein Sollmoment in Abhängigkeit einer Ladesteuerung vorgegeben. In den meisten Betriebspunkten ist das Sollmoment negativ, was zu einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine führt, und somit ein Aufladen eines elektrischen Speichers ermöglicht.
- Vorteilhafterweise ist die Ladesteuerung von dem Gesamtwirkungsgrad des Antriebs und/oder Abgasemissionen der Antriebsvorrichtung und/oder einer Wunschleistung eines elektrischen Systems des Fahrzeugs abhängig. Durch die Ladesteuerung wird die generatorische Leistung der Elektromaschine erhöht, beziehungsweise das Sollmoment weiter in den negativen Drehmomentenbereich geschoben, wenn dadurch günstigere Gesamtwirkungsgrade der gesamten Antriebsvorrichtung erreicht werden und günstige Auswirkungen auf die Abgasemissionen entstehen. Außerdem sorgt die Ladesteuerung dafür, dass im Mittel die Wunschleistung des elektrischen Systems des Fahrzeugs erfüllt wird.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Elektromaschine eine obere und/oder eine untere Drehmomentgrenze vorgegeben.
- Vorteilhafterweise wird mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit von dem Ladezustand des der Elektromaschine zugeordneten elektrischen Speichers vorgegeben. So kann zum Beispiel die obere Drehmomentgrenze der elektrischen Maschine so gewählt werden, dass von der Elektromaschine nicht mehr Drehmoment gefordert wird, als mit dem Ladezustand des elektrischen Speichers möglich ist oder sinnvoll wäre. Ebenso kann die untere Drehmomentgrenze der Elektromaschine so gewählt werden, dass im generatorischen Betrieb der elektrische Speicher nicht überladen wird, zum Beispiel im Rekaperationsbetrieb.
- Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit der Elektromaschinentemperatur vorgegeben wird. Dadurch wird verhindert, dass die Elektromaschine sowohl im generatorischen als auch im motorischen Betrieb überhitzt.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dem Verbrennungsmotor eine obere Drehmomentgrenze für den Boostbetrieb vorgegeben. Wird durch ein vom Fahrer gefordertes Antriebssolldrehmoment die obere Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors überschritten, so leistet der Verbrennungsmotor ein Drehmoment bis zu der vorgegebenen Drehmomentgrenze und die Elektromaschine leistet das fehlende Drehmoment. Dadurch wird zum Beispiel ein direkter Übergang von Hybridbetrieb in den Boostbetrieb ermöglicht.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dem Verbrennungsmotor eine untere Drehmomentgrenze für den Rekuperationsbetrieb vorgegeben. Betätigt der Fahrer das Fahrpedal nicht, so entsteht ein negatives Antriebssolldrehmoment, darüber hinaus kann dieses Antriebssolldrehmoment durch Betätigen des Bremspedals weiter in den negativen Bereich verschoben werden. Wird durch ein so vorgegebenes Antriebssolldrehmoment die untere Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors unterschritten, so wird das noch fehlende Drehmoment des Verbrennungsmotors durch ein Drehmoment der Elektromaschine (im generatorischen Betrieb) ersetzt. Somit ist auch ein direkter Übergang vom Hybridbetrieb in den Rekuperationsbetrieb möglich.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird mindestens eine Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors zum Einschränken eines Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors vorgegeben. Zum Beispiel kann ein Betrieb des Verbrennungsmotors bei geringen Drehmomenten im Rahmen einer Heizstrategie für einen Katalysator sinnvoll sein. Dies lässt sich durch entsprechende Vorgaben für die obere und/oder die untere Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors realisieren.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird im Boostbetrieb die obere Drehmomentgrenze der Elektromaschine rampenförmig reduziert. Durch den Boostbetrieb wird der elektrische Speicher stark belastet und der Ladezustand nimmt ab. Um eine zu starke Entladung zu vermeiden, kann zum Beispiel die zeitliche Dauer eines einzelnen Boostvorgangs durch rampenförmige Reduzierung des Boostdrehmoments bis auf den Wert Null begrenzt werden. Somit kann auch eine Reproduzierbarkeit des Boostvorgangs erreicht werden.
- Vorteilhafterweise werden für einen Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb oder in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors auf das Drehmoment von mindestens einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Nebenaggregat verändert. Durch Einstellen beider Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors auf denselben Wert, wird dem Verbrennungsmotor automatisch ein Solldrehmoment vorgegeben, unabhängig von einem Antriebssolldrehmoment. Soll der Verbrennungsmotor mitsamt seinen Nebenaggregaten kein Drehmoment leisten, so muss berücksichtigt werden, dass die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Nebenaggregate, wie zum Beispiel Lichtmaschine oder Klimakompressor, ein (negatives) Drehmoment auf die Antriebsvorrichtung ausüben. Da im Elektrobetrieb und im Segelbetrieb kein Drehmo ment vom Verbrennungsmotor mit samt seinen Nebenaggregaten geleistet werden soll, muss das Drehmoment des Verbrennungsmotors dem Wert des von den Nebenaggregaten geforderten Drehmoments entsprechen.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eingesetzt. Diese dient dazu, den Verbrennungsmotor von der Elektromaschine bei Bedarf mechanisch zu trennen.
- Vorteilhafterweise wird die Trennkupplung für den Elektrobetrieb und/oder den Segelbetrieb geöffnet. Dadurch wird der Verbrennungsmotor mechanisch von der übrigen Antriebsvorrichtung getrennt.
- Vorteilhafterweise werden die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors für den Elektrobetrieb und für den Segelbetrieb bei geöffneter Trennkupplung und abgeschaltetem Verbrennungsmotor auf den Wert Null verändert. Bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor wird zum Beispiel Kraftstoff gespart.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden für einen Wechsel in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine auf den Wert des Drehmoments von mindestens einem der Elektromaschine zugeordneten Nebenaggregat verändert. Wie beim Verbrennungsmotor wird auch hier die Elektromaschine zusammen mit den ihr zugehörigen Nebenaggregaten drehmomentfrei durch Vorgabe von Drehmomentgrenzen der Elektromaschine eingestellt. Dadurch wirken weder positive noch negative Drehmomente auf Antriebsräder des Fahrzeugs, wodurch das Fahrzeug frei rollt beziehungsweise segelt.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zwischen Elektromaschine und einem Getriebe des Fahrzeugs eine Anfahrkupplung ein gesetzt, wobei das Getriebe mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden ist.
- Wird die Anfahrkupplung für den Segelbetrieb vorteilhafterweise geöffnet, so wird die Elektromaschine und der Verbrennungsmotor von dem Getriebe mechanisch entkoppelt.
- Vorteilhafterweise werden dann die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine für den Segelbetrieb auf den Wert Null verändert. Somit sind im Segelbetrieb sowohl Elektromaschine als auch Verbrennungsmotor zum Sparen von Energie ausgeschaltet.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden sämtliche Drehmomentgrenzen stetig verändert. Sprunghafte Drehmomentänderungen würden zum Beispiel den Fahrkomfort durch plötzliches Ändern eines Geräuschpegels der Antriebsvorrichtung oder durch Ruckeln oder Schwingungen in der Antriebsvorrichtung stark einschränken.
- Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen
-
1 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination im Hybridbetrieb, -
2 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination im Boostbetrieb, -
3 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination im Rekuperationsbetrieb, -
4 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination beim Übergang vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb. - Die
1 zeigt einen Teil eines Signalflusses1 , welcher für den Hybridbetrieb einer Antriebsvorrichtung2 erforderlich ist. Die Antriebsvorrichtung besteht dabei aus einem Verbrennungsmotor3 , welcher über eine Trennkupplung4 mit einer Elektromaschine5 wirkverbindbar ist, wobei die Elektromaschine5 über eine Anfahrkupplung6 mit einem Getriebe7 wirkverbindbar ist. Bei Doppelkupplungsgetrieben stellt die Anfahrkupplung6 eine der beiden Kupplungen am Getriebeeingang dar. Bei Automatikgetrieben kann an die Stelle der Anfahrkuppelung6 ein Drehmomentwandler, eventuell mit Wandlerschaltkupplung treten. Das Getriebe7 ist mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden. - An einem Eingang
8 eines Addierers9 liegt ein Fahrerwunschmoment10 (trqDes) an. An einem weiteren Eingang11 des Addierers9 wird dem Addierer9 ein am Ausgang12 eines Addierers13 vorliegendes Summendrehmoment14 zugeführt, welches aus einem am Eingang15 des Addierers13 anliegenden angeforderten Drehmoment16 von Nebenaggregaten, welche direkt mit der Elektromaschine5 gekoppelt sind, und einem am Eingang17 anliegenden angeforderten Drehmoment18 von Nebenaggregaten, welche direkt mit dem Verbrennungsmotor3 gekoppelt sind, besteht. Der Addierer9 weist an einem Ausgang19 eine Verbindung20 zu einem Eingang21 eines Subtrahierers22 auf. Außerdem führt von der Verbindung20 eine weitere Verbindung23 zu einem Eingang24 einer Ladesteuerung25 . An einem weiteren Eingang26 wird der Ladesteuerung25 die Drehzahl27 der Elektromaschine5 zugeführt. An einem weiteren Eingang28 wird der Ladesteuerung25 eine Wunschleistung29 eines elektrischen Systems zugeführt. Von einem Ausgang30 der Ladesteuerung25 führt eine Verbindung31 zu einem Eingang32 eines Limitierers33 . An einem weiteren Eingang34 wird dem Limitierer33 eine weitere Größe35 zugeführt. Von einem Ausgang36 des Limitierers33 führt eine Verbindung37 zu einem Eingang38 eines weiteren Limitierers39 , von dem von einem Ausgang40 eine Verbindung41 zu einem Eingang42 einer Steuereinheit43 führt, welche über eine Verbindung44 mit der Elektromaschine5 kommuniziert. - Von der Verbindung
37 führt eine weitere Verbindung45 zu einem Eingang46 des Subtrahierers22 , wobei hier der über die Verbindung45 übermittelte Wert dem Subtrahierer als Subtrahent zugeführt wird. Von einem Ausgang47 des Subtrahierers22 führt eine Verbindung48 zu einem Eingang49 eines Limitierers50 . An einem Eingang51 werden dem Limitierer50 weitere Größen52 und52' zugeführt. Von einem Ausgang53 des Limitierers50 wird eine Verbindung54 zu einem Eingang55 einer Steuereinheit56 , welche über eine Verbindung57 mit dem Verbrennungsmotor3 kommuniziert. - Im Hybridbetrieb sind die Trennkupplung
4 und die Anfahrkupplung6 geschlossen, sodass sich die Drehmomente des Verbrennungsmotors3 und der Verbrennungsmaschine5 zu einem Summendrehmoment an der Anfahrkupplung6 addieren und über das Getriebe7 in Richtung Abtrieb weitergeleitet werden. Dabei sollen der Verbrennungsmotor3 und die Elektromaschine5 zusammen das am Ausgang19 des Addierers9 vorliegende Summensolldrehmoment, bestehend aus dem Wunschdrehmoment10 des Fahrers und den Drehmomenten16 und18 der Nebenaggregate, erzeugen. Die Ladesteuerung25 ermittelt in Abhängigkeit von dem Summensolldrehmoment, der Drehzahl27 der Elektromaschine5 und der mittleren elektrischen Wunschleistung29 ein unlimitiertes Solldrehmoment für die Elektromaschine5 , welches am Ausgang30 der Ladesteuerung25 vorliegt. Die Ladesteuerung hat die Aufgabe, die generatorische Leistung der Elektromaschine5 zu erhöhen, wenn dadurch günstigere Gesamtwirkungsgrade der Antriebsvorrichtung2 erreicht werden und günstige Auswirkungen auf Abgasemissionen entstehen, bei schlechten Randbedingungen entsprechend abzusenken und im Mittel die Wunschleistung29 des elektrischen Systems zu erfüllen. In den meisten Betriebspunkten ist das ermittelte Solldrehmoment für die Elektromaschine5 negativ, was zu einem generatorischen Be trieb der Elektromaschine5 führt. Das unlimitierte Sollmoment für die Elektromaschine5 wird durch den Limitierer33 limitiert. Dieser erhält als Größe35 momentane Betriebsgrenzen der Elektromaschine5 , welche zum Beispiel von einem Ladezustand eines der Elektromaschine5 zugeordneten elektrischen Speichers und/oder von der Betriebstemperatur der Elektromaschine5 abhängig ist. Im Hybridbetrieb entspricht das so limitierte Solldrehmoment dem Solldrehmoment der Elektromaschine5 . - Das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors
3 ergibt sich aus dem Summensolldrehmoment, von dem im Subtrahierer22 das Solldrehmoment der elektrischen Maschine5 abgezogen wird. Zusätzlich wird das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors3 im Limitierer50 durch die untere Drehmomentgrenze52 und die obere Drehmomentgrenze52' des Verbrennungsmotors3 limitiert. - Im Hybridbetrieb gibt die Ladesteuerung
25 das Solldrehmoment für die Elektromaschine5 vor und hat damit eine höhere Priorität als das Fahrerwunschdrehmoment10 . Das heißt, ein zu hohes Fahrerwunschdrehmoment10 wird infolge der Limitierung durch den Limitierer50 , nicht umgesetzt. - Der in
1 dargestellte Signalfluss1 gilt für einen quasi stationären Betrieb. Maßnahmen zum Dynamikausgleich, das heißt eine Ansteuerung der Elektromaschine5 , um zum Beispiel ein Turboloch eines Verbrennungsmotors auszugleichen, sind nicht dargestellt. - Die
2 zeigt eine Erweiterung des Signalflusses1 der1 , um einen Boostbetrieb zu ermöglichen. Bei diesem erhält das Fahrerwunschdrehmoment10 eine höhere Priorität als die Ladesteuerung. Hierbei führt vom Ausgang47 des Subtrahierers22 die Verbindung48 zu einem Eingang58 eines Elements59 , von dem eine weitere Verbindung60 zu einem Eingang61 eines weiteren Elements62 führt. Von der Verbindung48 und der Verbindung60 führen je weils eine Verbindung63 und64 zu einem Subtrahierer65 , wobei der von der Verbindung60 kommende Wert von dem Wert, welcher von der Verbindung48 kommt, abgezogen wird. Von einem Ausgang66 des Subtrahierers65 führt eine Verbindung67 zu einem Abregelelement68 . Von diesem führt eine weitere Verbindung69 zu einem Eingang70 eines Addierers71 , welcher an einem weiteren Eingang72 die Verbindung37 aufweist. An einem weiteren Eingang73 wird dem Element59 die obere Drehmomentgrenze52' des Verbrennungsmotors3 zugeführt. Das Element59 leitet den kleineren Wert seiner beiden Eingänge58 und73 über die Verbindung60 weiter. Die untere Drehmomentgrenze52 des Verbrennungsmotors3 wird an einem Eingang74 dem Element62 zugeführt, von dem eine Verbindung75 zu der Steuereinheit56 führt. Das Element62 leitet den größeren Wert seiner beiden Eingänge61 und74 über die Verbindung75 weiter. Von einem Ausgang76 des Addierers71 führt eine Verbindung zu dem Eingang38 des Limitierers39 . An einem Eingang78 des Limitierers39 wird dem Limitierer39 eine untere79 und eine obere79' Drehmomentgrenze für die Elektromaschine5 zugeführt. - Bei einer Vorgabe eines sehr hohen Fahrerwunschdrehmoments
10 gelangt das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors3 an die obere Drehmomentgrenze52' . Ist ein am Eingang58 des Elementes59 anliegendes unbegrenztes Sollmoment für den Verbrennungsmotor größer als die obere Drehmomentgrenze52' , wird die Limitierung durch das Element59 aktiv. Ein über die Verbindung60 weitergeleitetes begrenztes Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor entspricht dann der oberen Drehmomentgrenze52' . Am Ausgang des Subtrahierens65 entsteht dabei ein Boostmoment, welches einen Wert größer oder gleich Null annimmt und der Differenz aus dem unbegrenzten Solldrehmoment und dem begrenzten Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor entspricht. Durch die Verbindung67 und69 wird dem Solldrehmoment der Elektromaschine5 vom Addierer71 das Boostmoment zusätzlich aufgeschaltet. Durch den Limitierer39 wird das neue Solldrehmoment der Elektromaschine5 durch die untere Drehmomentgrenze79 und die obere Drehmomentgrenze79' limitiert. Im Boostbetrieb wird das von der Ladesteuerung geforderte Solldrehmoment nicht eingehalten, da das zusätzliche Boostmoment wirkt. Der begrenzte Energieinhalt des in1 genannten elektrischen Speichers nimmt im Allgemeinen dadurch ab. Um eine zu starke Entladung zu vermeiden beziehungsweise um eine Reproduzierbarkeit des Boostvorgangs zu erreichen, ist durch das Abregelelement68 eine Abregelung des Boostbetriebs vorgesehen, die das Boostdrehmoment beeinflusst. Zum Beispiel kann durch das Abregelelement68 die zeitliche Dauer eines einzelnen Boostvorgangs durch rampenförmige Reduzierung des Boostmoments bis auf den Wert Null begrenzt werden. Somit kann der begrenzte Energieinhalt des elektrischen Speichers auf mehrere Boostvorgänge aufgeteilt werden. - Der in
2 dargestellte Signalfluss1 ermöglicht somit einen kontinuierlichen Übergang vom Hybridbetrieb in den Boostbetrieb, ohne dass weitere Maßnahmen zur Vermeidung von Unschädlichkeiten erforderlich sind. -
3 zeigt den Signalfluss1 aus2 mit einer Erweiterung zum Ermöglichen eines Rekuperationsbetriebs. Dazu ist ein weiterer Querpfad zwischen Verbrennungsmotor-Solldrehmoment und Elektromaschinensolldrehmoment vorgesehen. Von der Verbindung60 und von der Verbindung75 führen jeweils eine Verbindung80 und81 zu einem Substrahierer82 , von dem eine Verbindung83 zu einem Abregelelement84 führt, von welchem eine Verbindung85 zu einem Eingang86 eines Addierers87 führt, wobei an einem weiteren Eingang88 dem Addierer87 die Verbindung77 zugeordnet ist. Von einem Ausgang89 des Addierers87 führt dabei eine Verbindung90 zu dem Eingang38 des Limitierers39 . - Betätigt der Fahrer das Fahrpedal nicht, so entsteht ein negatives Fahrerwunschdrehmoment, welches durch Betätigen des Bremspedals weiter in negative Richtung verschoben werden kann. Wird dabei die vorgegebene untere Drehmomentgrenze
52 des Verbrennungsmotors unterschritten, wird der Elektromaschine5 ein Rekuperationsdrehmoment aufgeschaltet. Dieses entsteht bei aktiver Limitierung des Solldrehmoments des Verbrennungsmotors3 durch das Element62 . Die untere Drehmomentgrenze52 des Verbrennungsmotors3 kann das Schleppmoment oder das minimale Moment des Verbrennungsmotors3 bei Einspritzbetrieb kennzeichnen, je nachdem ob Schubabschaltung erlaubt beziehungsweise möglich ist. Auch im Rekuperationsbetrieb wird das von der Ladesteuerung eingestellt Solldrehmoment der Elektromaschine5 nicht eingehalten. Durch das Abregelelement84 wird das Rekuperationsmoment limitiert, wenn zum Beispiel der Ladezustand des elektrischen Speichers zu hoch ist. Ähnlich wie beim Boostbetrieb erfolgt auch hier ein kontinuierlicher Übergang vom Hybridbetrieb in den Rekuperationsbetrieb. - Die Querpfade für Boostbetrieb und Rekuperationsbetrieb lassen sich außerdem dazu nutzen, um mögliche Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors einzuschränken. Zum Beispiel kann ein Betrieb des Verbrennungsmotors
3 bei geringen Drehmomenten im Rahmen einer Heizstrategie für einen Katalysator sinnvoll sein. Die lässt sich durch entsprechende Einschränkung der Drehmomentgrenzen52 und52' des Verbrennungsmotors3 erreichen. Vorzugsweise werden dabei sprungförmige Änderungen der Drehmomentgrenzen vermieden. Die Abregelungen durch die Abregelelemente68 und84 sind den eingeschränkten Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors3 entsprechend anzupassen. - Um den Elektrobetrieb zu ermöglichen, muss die Trennkupplung
4 geöffnet werden. Der Verbrennungsmotor ist abgeschaltet und somit sind auch die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Nebenag gregate im Stillstand, wodurch das Drehmoment18 der Nebenaggregate den Wert Null hat. Der Signalfluss wird mit den Drehmomentgrenzen52 und52' weiter berechnet, wobei diese jeweils den Wert Null aufweisen. Der Einfluss der Ladestrategie kompensiert sich bei der Berechnung. Die Berechnung des Solldrehmoments der Elektromaschine5 durch die Ladesteuerung25 kann dabei entfallen, um Rechenzeit zu sparen. Dabei kann zum Beispiel der am Ausgang der Ladesteuerung25 anliegende Solldrehmomentwert der Elektromaschine5 auf Null gesetzt werden. Die Abregelungselemente68 und84 sind entweder deaktiviert oder werden dazu benutzt, das Antreiben und das Verzögern beim Elektrobetrieb zu limitieren. - Im Segelbetrieb ist die Anfahrkupplung
6 geöffnet, der Verbrennungsmotor3 und die Elektromaschine5 sind im Stillstand. Der Signalfluss1 wird mit den Drehmomentgrenzen52 ,52' ,79 und79' gleich Null weiterberechnet. - Alternativ kann für den Segelbetrieb die Trennkupplung
4 geöffnet werden, wodurch der Verbrennungsmotor abgekoppelt wird. Werden die Drehmomentgrenzen79 und79' der Elektromaschine5 auf den Wert des Drehmoments16 der mit der Elektromaschine5 gekoppelten Nebenaggregate verändert, so erzeugt die Elektromaschine das von den Nebenaggregaten benötigte Drehmoment und der Abtrieb ist momentenfrei, unabhängig vom Fahrerwunschdrehmoment10 . Die Berechnung des Solldrehmoments der Elektromaschine5 durch die Ladestrategie25 kann bei Bedarf entfallen, um Rechenzeit zu sparen. Dabei wird der Wert des am Ausgang der Ladesteuerung25 anliegenden Solldrehmoments der Elektromaschine5 auf Null gesetzt. -
4 zeigt beispielhaft den Übergang vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb. Dabei sind über die Zeit aufgetragen der Verlauf der unteren Drehmomentgrenze52 und der oberen Drehmomentgrenze52' des Verbrennungsmotors3 sowie das Drehmoment18 der dem Verbrennungsmotor zugeordneten Nebenaggregate und ein Statusverlauf91 der Trennkupplung4 sowie ein Statusverlauf92 des Verbrennungsmotors3 . Beim Übergang vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb werden beide Drehmomentengrenzen52 und52' des Verbrennungsmotors3 von dem beim Hybridbetrieb gültigen Werten im linken Bereich93 des Diagramms dargestellt, im Übergangszustand94 , im mittleren Bereich des Diagramms dargestellt, rampenförmig auf den Wert des Drehmoments18 der dem Verbrennungsmotor3 zugeordneten Nebenaggregate gefahren. Der Verbrennungsmotor3 erzeugt dann eben jenes von den Nebenaggregaten benötigte Drehmoment. Die zwischen Verbrennungsmotor3 und Elektromaschine5 angeordnete Trennkupplung4 wird dabei drehmomentfrei und kann geöffnet werden. Dies wird dargestellt durch einen Sprung im Statusverlauf19 . Anschließend gelangen beim Abschalten des Verbrennungsmotors3 , wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors3 auf Null abfällt, dargestellt durch eine rampenförmige Änderung des Statusverlaufs92 , gelangen auch die direkt angekoppelten Nebenaggregate in den Stillstand. Somit gilt, dass sowohl Drehmoment18 der dem Verbrennungsmotor3 zugeordneten Nebenaggregate als auch die obere Drehmomentgrenze52' und die untere Drehmomentgrenze52 des Verbrennungsmotors3 den Wert Null aufweisen. - Ähnlich kann der Übergang zum Beispiel aus dem Hybridbetrieb zum Segelbetrieb erfolgen. Dabei werden die beiden Drehmomentgrenzen
52 und52' des Verbrennungsmotors3 rampenförmig auf den Wert des Drehmoments18 der dem Verbrennungsmotor3 zugeordneten Nebenaggregate gefahren, während die beiden Drehmomentgrenzen79 und79' der Elektromaschine5 rampenförmig auf den Wert des Drehmoments16 der der Elektromaschine5 zugeordneten Nebenaggregate gefahren werden. Dabei wird die Anfahrkupplung6 momentenfrei und kann geöffnet werden. Verbrennungsmotor3 und die Elektromaschine5 werden abgeschaltet, wobei dann im Stillstand gilt, dass sowohl das Drehmoment18 der dem Verbrennungsmotor3 zugeordneten Nebenaggregate als auch das Drehmoment16 der der Elektromaschine5 zugeordneten Nebenaggregate gleich Null ist. Ebenfalls sind die Drehmomentgrenzen52 und52' des Verbrennungsmotors3 und die Drehmomentgrenzen79 und79' der Elektromaschine5 gleich Null. Auch in der zweiten Variante des Segelbetriebs, mit einer geöffneten Trennkupplung4 , in der die Elektromaschine5 das von den direkt gekoppelten Nebenaggregaten benötigte Drehmoment erzeugt, erfolgt durch Verrampen der Drehmomentgrenzen52 und52' , entsprechend dem Übergang ins elektrische Fahren. Die Berechnung des Solldrehmoments der Elektromaschine5 durch die Ladesteuerung25 kann bei Bedarf entfallen, um Rechenzeit zu sparen. Dabei kann zum Beispiel das am Ausgang der Ladesteuerung25 anliegende Solldrehmoment der Elektromaschine5 gleich Null gesetzt werden.
Claims (21)
- Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die als Antriebsaggregate mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine aufweist, deren Drehmomente in Abhängigkeit verschiedener Betriebsarten zum Generieren eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs verwendet werden und mit mindestens einem, mindestens ein Antriebsaggregat in mindestens einer Betriebsart steuernden Signalfluss, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Signalfluss mindestens eines der Antriebsaggregate in sämtlichen Betriebsarten durch Vorgabe von mindestens einer Drehmomentgrenze steuert.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung in den Betriebsarten Hybridbetrieb, Boostbetrieb, Rekuperationsbetrieb, Elektrobetrieb, Verbrennungsmotorbetrieb oder Segelbetrieb betrieben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentgrenze zum Wechsel mindestens einer Betriebsart verändert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromaschine ein elektrischer Speicher zuordenbar ist und dass im Hybridbetrieb der Elektromaschine ein Sollmoment in Abhängigkeit einer Ladesteuerung für den elektrischen Speicher vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesteuerung von dem Gesamtwirkungsgrad des Antriebs und/oder Abgasemissionen der Antriebsvorrichtung und/oder einer Wunschleistung eines elektrischen Systems des Fahrzeugs abhängig ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromaschine eine obere und/oder eine untere Drehmomentgrenze vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit von dem Ladezustand des der Elektromaschine zugeordneten elektrischen Speichers vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit der Elektromaschinen-Temperatur vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor eine obere Drehmomentgrenze für den Boostbetrieb vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor eine untere Drehmomentgrenze für den Rekuperationsbetrieb vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors zum Einschränken eines Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors vorgegeben wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Boostbetrieb die obere Drehmomentgrenze der Elektromaschine rampenförmig reduziert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb oder in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors auf das Drehmoment von mindestens einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Nebenaggregat verändert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eingesetzt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung für den Elektrobetrieb und/oder den Segelbetrieb geöffnet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors für den Elektro- und für den Segelbetrieb auf den Wert Null verändert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Wechsel in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine auf den Wert des Drehmoments von mindestens einem der Elektromaschine zugeordneten Nebenaggregat verändert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Elektromaschine und einem Getriebe eine Anfahrkupplung eingesetzt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung für den Segelbetrieb geöffnet wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine für den Segelbetrieb auf den Wert Null verändert werden.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Drehmomentgrenzen stetig verändert werden.
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