DE102007016515A1

DE102007016515A1 - Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug

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Publication number: DE102007016515A1
Application number: DE102007016515A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Back; Harald Dr.-Ing. Braun; Norbert Dipl.-Ing. Ebner; Ralf Dipl.-Ing. Körber; Oliver Dipl.-Ing. Vollrath
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-09
Also published as: WO2008122392A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle (4) umfassenden Verbrennungsmotor (2) und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor (2), insbesondere der Kurbelwelle (4) gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor (3), wobei im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges anhand einer aus einem Kennlinienfeld (F(K0 bis Kn)) ermittelten Schubkennlinie (K1) ein das Schubverhalten des Kraftfahrzeuges repräsentierendes Gesamtschubdrehmoment (M_Sges) bestimmt wird und aus der Differenz von Gesamtschubdrehmoment (M_Sges) und momentanem minimalen Schubdrehmoment (_MinV) des Verbrennungsmotors (2) ein Schubrekuperationsmoment (M_SR) ermittelt wird, das am Elektromotor (2) eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle umfassenden Verbrennungsmotor und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor koppelbaren Elektromotor.
Ein derartiges Antriebssystem wird üblicherweise als Hybridantrieb bezeichnet. Bei der Entwicklung und Optimierung neuer Antriebssysteme von Kraftfahrzeugen werden insbesondere Emissionsverhalten, Verbrauch, Leistung und Fahrkomfort berücksichtigt. Dabei werden heutige Verbrennungsmotoren im Allgemeinen mit Motormanagementfunktionen ausgestattet, die verschiedene Betriebszustände einstellen können.
So ist beispielsweise zur Senkung des Verbrauchs und von Schadstoffemissionen als Betriebszustand ein Schubbetrieb einstellbar, wenn der Fahrer während der Fahrt den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Dabei wird im Schubbetrieb der Verbrennungsmotor durch die Trägheit des Kraftfahrzeuges angeschoben, wobei die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors nicht mehr benötigt wird. Durch Aktivierung einer so genannten Schubabschaltung im Schubbetrieb werden insbesondere oberhalb einer unteren Drehzahlgrenze, die oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegt, üblicherweise die Einspritzung und der Verbrennungsmotor abgeschaltet, wobei das Kraftfahrzeug durch die vom Verbrennungsmotor zu verrichtende Kompressionsarbeit sowie durch Reibungsverluste abgebremst wird. Eine Deaktivierung der Schubabschaltung erfolgt entweder zumindest mittelbar durch den Fahrer, z. B. indem dieser wieder Gas gibt, oder automatisch, z. B. wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors eine bestimmte Grenze unterschreitet. Daraufhin wird erneut Kraftstoff zugeführt und die Zündung zugeschaltet, so dass der Verbrennungsmotor wieder ein Antriebsmoment erzeugt.
Der Schubbetrieb ist als transienter und stark temperaturabhängiger Betriebszustand durch ein instationäres Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges gekennzeichnet. So werden die aus den plötzlichen Wechseln in den Schubbetrieb oder aus dem Schubbetrieb mit Schubabschaltung oder ohne Schubabschaltung resultierenden Drehmomentänderungen, Verzögerungen, Unregelmäßigkeiten und/oder Schwankungen im Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges zumeist als störend empfunden.
Zur Verminderung derartiger durch einen Schubbetrieb und/oder eine Schubabschaltung verursachten Beeinträchtigungen sind verschiedene Verfahren bekannt.
Aus der EP 1 108 128 B1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem beim Aktivieren und Deaktivieren der Schubabschaltung ein damit einhergehender Beschleunigungsruck durch Aufbringen eines Drehmoments einer elektrischen Maschine vermindert wird, wobei die ruckvermindernde Wirkung der elektrischen Maschine durch ein Aktivierungs- bzw. Deaktivierungssignal der Schubabschaltung gesteuert wird.
Dabei reicht allein die ruckvermindernde Wirkung der elektrischen Maschine durch Aufbringen eines Drehmoments ohne Berücksichtigung weiterer Einflussfaktoren, wie z. B. der Temperaturabhängigkeit, nicht für ein sich wiederholendes gleichmäßiges Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges im Schubbetrieb aus, so dass der Fahrkomfort und das Fahrempfinden weiterhin beeinträchtigt sein können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei welchem insbesondere im Schubbetrieb ein Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges ohne wesentliche Beeinträchtigungen des Fahrkomforts und des Fahrempfindens ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle umfassenden Verbrennungsmotor und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor, insbesondere dessen Kurbelwelle gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor wird im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges anhand einer aus einer Kennlinie oder aus einem Kennfeld ermittelten Schubkennlinie ein das Schubverhalten des Kraftfahrzeuges repräsentierendes Gesamtschubdrehmoment bestimmt. Aus der Differenz von Gesamtschubdrehmoment und zumindest momentanen Schubdrehmoment des Verbrennungsmotors wird ein Schubrekuperationsmoment ermittelt, das am Elektromotor eingestellt wird. Durch das Einstellen und Auf bringen eines Schubrekuperationsmoments des Elektromotors, das anhand der das Schubverhalten des Kraftfahrzeuges repräsentierenden Schubkennlinie gebildet wird und abwechselnd positive und negative Werte aufweisen kann und somit als bremsendes oder antreibendes Moment auf eine Kurbelwelle aufgebracht wird, wird ein stets gleiches und somit ein reproduzierbares Schubverhalten des Kraftfahrzeuges erreicht. Unter dem momentanen Schubdrehmoment des Verbrennungsmotors wird insbesondere das minimale Istdrehmoment des Verbrennungsmotors bei geringer oder keiner Einspritzung im Schubbetrieb verstanden, wenn der Verbrennungsmotor bremst und nicht antreibt. Insbesondere werden durch Schaltwechsel, z. B. Aktivierung oder Deaktivierung einer Schubabschaltung sowie Zu- und Abschaltung des Schubbetriebs, verursachte Schwankungen und/oder Schwingungen des Antriebsmoments, insbesondere im Schubbetrieb des Schubmoments, zuverlässig unterdrückt oder zumindest weitgehend vermindert. Durch die erfindungsgemäße Schubrekuperation mit einer drehzahlabhängigen Kennlinienführung des Drehmoments des Elektromotors ist es möglich, dass das Gesamtschubdrehmoment am Kraftfahrzeug im Schubbetrieb immer gleichmäßig und damit reproduzierbar ausgeführt wird. Hierdurch wird ein ruhiges Fahrverhalten des Fahrzeuges erzielt. Darüber hinaus sind durch ein derartig einstellbares gleichmäßiges Fahrverhalten im Schubbetrieb und insbesondere im Schubbetrieb mit Schubabschaltung der Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen reduziert.
Das Verfahren ist bevorzugt in einem oder in mehreren Steuergeräten, insbesondere in einem bereits vorhandenen Steuergerät, z. B. einem Motorsteuergerät und/oder einem Bremssteuergerät, oder in einem Regler, insbesondere einem bereits vorhandenen Regler, z. B. einem Leerlaufregler, implementiert.
Zweckmäßigerweise wird das Gesamtschubdrehmoment dann ermittelt, wenn das Kraftfahrzeug sich im Schubbetrieb befindet und insbesondere wenn der Verbrennungsmotor zumindest eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl überschritten hat und eine den Verbrennungsmotor und das Getriebe verbindende Wandlerüberbrückungskupplung bei Erreichen einer vorgegebenen Motordrehzahl geschlossen wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Gesamtschubdrehmoment erst dann ermittelt und zur Einstellung und Kompensation genutzt wird, wenn das Kraftfahrzeug sich im Schubbetrieb befindet.
Vorzugsweise wird das Kennlinienfeld aus einer Anzahl von Schubkennlinien gebildet, die jeweils als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie in Abhängigkeit vom gewählten Automatikprogramm, von einer Steigung, einer Motordrehzahl, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Längs-, einer Querbeschleunigung und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors, des Elektromotors und/oder einer Batterie bestimmt wird. Durch die Berücksichtigung von das Gesamtschubdrehmoment beeinflussenden Faktoren, wie Automatikprogramm, Steigung, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder verschiedenen Temperaturen ist gegenüber einem herkömmlichen, im Wesentlichen die Drehmoment- und/oder Drehzahlschwankungen berücksichtigenden Betriebs- und Steuerungsverfahren weitgehend eine Reproduzierbarkeit des Schubverhaltens des Kraftfahrzeuges und damit ein ruhiges Fahrverhalten im Schubbetrieb ermöglicht. Dabei werden beispielsweise anhand des gewählten Automatikprogramms, z. B. "Sport", "Komfort" oder "Standard", entsprechende Schubkennlinien ermittelt. Dabei wird z. B. für ein Fahren im Automatikprogramm "Sport" anhand der zugehörigen Schubkennlinie ein höheres negatives oder positives Schubdrehmoment berücksichtigt, so dass der Fahrer beim sportlichen Fahren ein Verzögern bzw. ein Beschleunigen des Kraftfahrzeuges deutlich spürt. Demgegenüber werden im Automatikprogramm "Komfort" oder "Standard" entsprechend geringere Schubdrehmomente eingestellt, so dass sich das Kraftfahrzeug entsprechend ruhiger und komfortabler verhält. Durch Berücksichtigung verschiedener Temperaturen, wie der Temperatur des Verbrennungsmotors, des Elektromotors und/oder der Batterie, wird in der jeweiligen Schubkennlinie sichergestellt, dass beispielsweise der Elektromotor bei einer zu niedrigen Temperatur des Verbrennungsmotors, wenn dieser noch kalt ist, keine starke Belastung durch eine Momentenaufbringung durch den Elektromotor auf den Verbrennungsmotor ausführt. Sind alternativ oder zusätzlich die Temperatur des Elektromotors und/oder der Batterie zu hoch, so unterbleibt eine Einstellung des zusätzlichen Schubrekuperationsmoments am Elektromotor, um Nachfolgeschäden, z. B. durch eine zu hohe Belastung des Elektromotors bzw. der Batterie, zu vermeiden. Darüber hinaus können verschiedene Schubkennlinien vom gewählten Gang abhängig sein. Zur Berücksichtigung von aus unterschiedlichen Steigungen der Fahrbahn resultierenden verschiedenen negativen Schleppmomenten werden die Schubkennlinien in Abhängigkeit von der Steigung, die beispielsweise mittels eines Beschleunigungs- und/oder Neigungssensors bestimmt wird, ermittelt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird bei einer aktivierten Schubabschaltung ein daraus resultierendes Schubabschaltungsdrehmoment bei der Bestimmung der Schubkennlinie berücksichtigt. Hierdurch können insbesondere aus der Schubabschaltung resultierende Drehmomentänderungen kompensiert werden.
Im Schaltbereich der Deaktivierung oder Aktivierung der Schubabschaltung wird zweckmäßigerweise anstelle des Schubab schaltungsdrehmoments das momentane Schubdrehmoment des Verbrennungsmotors (= minimales Istdrehmoment des im Schubbetrieb bremsenden Verbrennungsmotors) bei der Bestimmung der Schubkennlinie berücksichtigt, da sich das Istdrehmoment des Verbrennungsmotors nicht sprunghaft, sondern weitgehend kontinuierlich oder stetig mit einem so genannten PT1-Verhalten ändert, so dass durch die Aktivierung bzw. Deaktivierung der Schubabschaltung verursachte sprunghafte Drehmomentänderungen kompensiert werden können.
Zweckmäßigerweise wird der Schaltbereich der Deaktivierung oder Aktivierung der Schubabschaltung durch Setzen eines Anforderungssignals für eine Schubabschaltung, z. B. aus einer Diagnose, identifiziert. Das Anforderungssignal für die Aktivierung oder Deaktivierung der Schubabschaltung kann in Abhängigkeit vom Ladezustand einer Batterie, von einer Steigung, von einer Motordrehzahl des Verbrennungsmotors und/oder vom angeforderten Schubabschaltungsdrehmoment gebildet werden. Dabei hängt die Ermittlung des Anforderungssignals für die Schubabschaltung maßgeblich vom angeforderten oder momentanen Schubdrehmoment ab, wobei bei der Ermittlung des Anforderungssignals zu dessen Änderung bevorzugt die weiteren Fahr- und Betriebsgrößen berücksichtigt werden, wie Ladezustand der Batterie, Steigung (= Bergauffahrt), Regelparameter eines rekuperativen Bremssystems des Elektromotors und/oder Kompensationsparameter bei Eingriff eines Abstandsregeltempomat, wenn beispielsweise das Schubabschaltungsdrehmoment nicht mehr kompensierbar ist. Durch eine derartige Anpassung des Anforderungssignals steht mehr Schubrekuperationsmoment zur Verfügung.
Wird nach dem oben beschriebenen Verfahren ein Schubrekuperationsmoment für den Elektromotor ermittelt, das zweckmäßiger weise oberhalb eines effektiven Minimaldrehmoment des Elektromotors liegt, wird dieser vorzugsweise zugeschaltet, wobei das ermittelte Schubrekuperationsmoment als Solldrehmoment für den Elektromotor eingestellt wird. Das Schubrekuperationsmoment wird auch bei bereits eingeschaltetem Elektromotor als Solldrehmoment eingestellt. Im Detail wird bei eingeschaltetem Elektromotor als dessen Solldrehmoment zweckmäßigerweise eine Differenz aus ermitteltem Schubrekuperationsmoment und momentanem Istdrehmoment des Elektromotors eingestellt.
Der Elektromotor ist insbesondere eine rotierende elektrische Maschine, welche sowohl als elektrischer Motor als auch als elektrische Bremse und/oder Generator betrieben werden kann. Darüber hinaus kann eine in herkömmlicher Weise aus einem eingestellten und aufgebrachten Bremsmoment gewonnene Bremsenergie durch den auch als Generator betreibbaren Elektromotor beispielsweise in einer Batterie gespeichert werden oder zur Versorgung anderer elektrischer Verbraucher verwendet werden.
Der Elektromotor kann indirekt über ein automatisiertes Handgetriebe oder ein Automatikgetriebe mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt oder koppelbar sein. Alternativ kann der Elektromotor auch direkt gekoppelt oder koppelbar sein, z. B. wenn der Läufer des Elektromotors – ähnlich einem Schwungrad – direkt auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder auf einer koppelbaren Verlängerung dieser Kurbelwelle angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch ein Steuergerät zur Steuerung eines Antriebssystems mit einem Verbrennungsmotor und einem an diesen koppelbaren oder gekoppelten Elektromotor, und
2 ein schematisches Diagramm eines Drehmomentverlaufs als Funktion der Drehzahl für mögliche Ausführungsbeispiele einer Schubkennlinie zur Ermittlung eines Schubrekuperationsmoments im Schubbetrieb eines Kraftfahrzeuges.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein als Hybridantrieb ausgebildetes Antriebssystem 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt, das einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3 umfasst. Der Elektromotor 3 ist mit einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden oder verbindbar und kann diese antreiben, d. h. positive oder negative Drehmomente auf sie ausüben. Zur Gewinnung von Rekuperationsenergie ist der Elektromotor 3 mit einer Batterie 5 verbunden. Je nach Art und Aufbau des Hybridantriebs, z. B. Mischhybrid, Parallelhybrid oder Starter-Generator-System, ist der Elektromotor 3 direkt oder indirekt über ein Getriebe 6, z. B. ein automatisiertes Handgetriebe oder ein Automatikgetriebe, mit der Kurbelwelle 4 koppelbar. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Elektromotor 3 direkt mit der Kurbelwelle 4 koppelbar.
Zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebssystems 1 ist ein elektronisches Steuergerät 7 vorgesehen. Das Steuergerät 7 kann ein bereits vorhandenes Steuergerät, z. B. Bremssteuergerät oder Motorsteuergerät, sein, in welches das nachfolgend beschriebene Verfahren implementiert ist. Darüber hinaus können weitere Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren, z. B. zur Fahrstabilität, Motorsteuerung und/oder Bremssteuerung, im Steuergerät 7 implementiert sein. Mittels des Steuergeräts 7 sind sowohl der Verbrennungsmotor 2 als auch der Elektromotor 3 oder bevorzugt nur der Elektromotor 3 steuer- und/oder regelbar.
Im Betrieb des Kraftfahrzeuges kann durch Wegnahme einer Beschleunigungsanforderung, indem beispielsweise der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal 8 nimmt und dieses nicht mehr betätigt, oder indem eine automatische Fahrantriebssteuerung, beispielsweise ein so genannter Tempomat, keine Beschleunigung, sondern eine Geschwindigkeitsreduzierung anfordert, oder indem ein Distanzhalter zur automatischen Einhaltung einer Distanz eine Geschwindigkeitsreduzierung anfordert, für das Kraftfahrzeug als Betriebszustand ein Schubbetrieb eingestellt werden, in welchem das Kraftfahrzeug durch dessen Trägheit angeschoben wird und die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 nicht mehr benötigt wird.
Zur Steuerung des Antriebssystems 1 in einem solchen Schubbetrieb dienen dem Steuergerät 7 zumindest folgende Parameter, Werte und/oder Kenngrößen: ein Aufspannungswert A eines Pedalwertgebers 9 des Fahrpedals 8 und eine aus dem Aufspannungswert A abgeleitete Drehmomentanforderung M, eine Drehzahl n eines Drehzahlgebers 10, Temperaturwerte T_V, T_E und T_B von Temperatursensoren 11 bis 13 des Verbrennungsmotors 2, des Elektromotors 3 bzw. der Batterie 5, ein Ladezustandswert L eines Ladezustands SOC der Batterie 5, ein Neigungswert N eines Neigungssensors 14, ein Programmwert P eines mittels eines Schalters 15 gewählten Automatikprogramms des Getriebes 6, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, eine Stellung S_zu einer Wandlerüberbrückungskupplung 16 und/oder eine Längs- bzw. Querbeschleunigung a_L, a_Q des Kraftfahrzeuges sowie momentane minimale Istdrehmomente M_minV und M_minE des Verbrennungsmotors 2 bzw. des Elektromotors 3 des im Schubbetrieb fahrenden Kraftfahrzeuges (die im Weiteren Schubdrehmomente M_minV, M_minE genannt werden).
Die Wandlerüberbrückungskupplung 16 ist bei Drehzahlen n kleiner einer Schließdrehzahl n_S geöffnet und oberhalb dieser Schließdrehzahl n_S geschlossen. Die Schließdrehzahl n_S kann für die verschiedenen Gangstufen des Getriebes 6 verschieden, aber immer größer als die Leerlaufdrehzahl n_L sein. Ebenso kann ein Hin und Her-Schalten der Wandlerüberbrückungskupplung 16 durch eine Hysterese vermieden werden.
Im Schubbetrieb wird in Abhängigkeit vom Wert der dem Steuergerät 7 zugeführten Kenngrößen, insbesondere in Abhängigkeit vom Überschreiten der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl n_L und vom Überschreiten der Schließdrehzahl n_S und somit dem Schließen bzw. einer geschlossenen Stellung S_zu der Wandlerüberbrückungskupplung 16 das nachfolgend beschriebene Verfahren zur Einstellung eines Schubrekuperationsmoment M_SR ausgeführt.
Dabei wird gemäß der vorliegenden Erfindung mittels des Steuergeräts 7 anhand einer aus einem Kennlinienfeld F(K0 bis Kn) ermittelten Schubkennlinie K1 ein das Schubverhalten des Kraftfahrzeuges repräsentierendes Gesamtschubdrehmoment M_Sges ermittelt. Aus der Differenz des Gesamtschubdrehmoments M_Sges und dem momentanen minimalen Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2, der im Schubbetrieb bremsend wirkt, wird ein Schubrekuperationsmoment M_SR gebildet, welches mittels des Steuergeräts 7 am Elektromotor 3 eingestellt wird.
D. h. der Verbrennungsmotor 2 wird noch mit einem minimalen Schubdrehmoment M_minV betrieben. Zusätzlich wird das ermittelte Schubrekuperationsmoment M_SR am Elektromotor 3 eingestellt, welches zu einem Einschalten des Elektromotors 3 führt bzw. welches bei eingeschaltetem Elektromotor 3 als Solldrehmoment M_SollE eingestellt wird, wobei daraus resultierende positive oder negative Drehmomentwerte auf die Kurbelwelle 4 zur Schubrekuperation aufgebracht werden. Durch ein derartiges kennliniengeführtes, zusätzlich auf die Kurbelwelle 4 aufgebrachtes Schubrekuperationsmoment M_SR des Elektromotors 3 werden Drehmomentschwankungen M des Verbrennungsmotors 2 im Schubbetrieb kompensiert, wodurch wiederholt ein weitgehend gleiches Schubfahrverhalten am Kraftfahrzeug eingestellt werden kann.
Um darüber hinaus die weiteren, das Schubverhalten des Kraftfahrzeuges beeinflussenden Kenngrößen zu berücksichtigen, wird die betreffende Schubkennlinie K1 aus dem Kennlinienfeld F(K0 bis Kn) in Abhängigkeit vom gewählten Automatikprogramm P, von der ermittelten Steigung N, der Motordrehzahl n des Verbrennungsmotors 2, der Fahrzeuggeschwindigkeit v, der Temperaturen T_V, T_E, T_B, der Längsbeschleunigung a_L und/oder der Querbeschleunigung a_Q für eine drehzahlabhängige Kennlinienführung des Schubrekuperationsmoments M_SR des Elektromotors 3 bestimmt. Die Berücksichtigung dieser Abhängigkeiten durch eine ermittelte Schubkennlinie K1 bei der Bestimmung des einzustellenden Schubrekuperationsmoments M_SR dient insbesondere einem verbesserten Fahrkomfort und/oder der Fahrzeugsicherheit und/oder der Fahrzeugstabilität.
So wird beispielsweise zur Fahrzeugsicherheit bei einer zu hohen Motortemperatur T_E des Elektromotors 3 das Schubrekuperationsmoment M_SR nicht aufgeschaltet, um eine zu hohe Belas tung des Elektromotors 3 zu vermeiden. Auch bei einer zu hohen Batterietemperatur T_B bzw. bei einem zu hohen Ladezustand SOC der Batterie 5 oder noch kaltem Verbrennungsmotor 2, d. h. dessen Motortemperatur T_V ist niedrig, unterbleibt eine Aufbringung des Schubrekuperationsmoments M_SR.
Zur Berücksichtigung eines angeforderten oder eingestellten Fahrkomforts, beispielsweise bei einer sportlich eingestellten Fahrweise mittels eines entsprechend eingestellten Automatikprogramms P werden bei der ermittelten Schubkennlinie K1 gegenüber einer Schubkennlinie im Komfortprogramm höhere negative bzw. positive Drehmomentwerte für ein sportliches Fahren vorgegeben, so dass der Fahrer auch im erfindungsgemäßen kennliniengeführten Schubbetrieb ein Verzögern bzw. Beschleunigen des Kraftfahrzeuges spürt.
Kommt es im Schubbetrieb ferner zu einer Aktivierung oder Deaktivierung der Schubabschaltung SAS, d. h. in Abhängigkeit vom Überschreiten einer oberhalb der Leerlaufdrehzahl n_L vorgegebenen unteren Drehzahl n_S (= Schließdrehzahl n_S zum Schließen der Wandlerüberbrückungskupplung 16) wird die Schubabschaltung SAS aktiviert bzw. deaktiviert und die Einspritzung und Zündung des Verbrennungsmotors 2 werden ausgeschaltet, so wird vor und im Schaltbereich der Aktivierung das momentane minimale Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 zur Bestimmung der Schubkennlinie K1 berücksichtigt. Zur Identifizierung des Schaltbereichs der Aktivierung bzw. Deaktivierung der Schubabschaltung SAS wird das Setzen eines Anforderungssignals S_a überwacht. Alternativ oder zusätzlich kann das Anforderungssignal S_a in Abhängigkeit vom Ladezustand SOC der Batterie 5, von der Steigung N, von der Motordrehzahl n des Verbrennungsmotors 2 und/oder vom Wert eines angeforderten Schubabschaltungsmoment M_SAS automatisch gebil det werden. Das angeforderte Schubabschaltungsmoment M_SAS ist dabei ein vom minimalen Schub- oder Istdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 und vom Bremsvermögen des Verbrennungsmotors 2 und der Trägheit des Kraftfahrzeuges abhängiges Drehmoment M, das beispielsweise mittels des Steuergeräts 7 anhand der Kenngrößen und Parameter ermittelt wird. Nach Aktivierung und somit bei aktivierter Schubabschaltung SAS wird als Drehmomentabhängigkeit das die Schubabschaltung SAS repräsentierende Schubabschaltungsdrehmoment M_SAS bei der Ermittlung der Schubkennlinie K1 berücksichtigt.
Ist nun im Schubbetrieb anhand der ermittelten Kenngrößen und/oder Parameter eine aktuelle Schubkennlinie K1 bestimmt worden, so wird in Abhängigkeit zumindest vom momentanen minimalen Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 anhand der ermittelten Schubkennlinie K1 und dem aus dieser ermittelten Gesamtschubdrehmoment M_Sges ein entsprechendes Schubrekuperationsmoment M_SR bestimmt, das bei ausgeschaltetem Elektromotor 3 als Solldrehmoment M_SollE eingestellt wird. Dabei greift der durch das Solldrehmoment M_SollE geführte Elektromotor 3 mit zugehörigen positiven oder negativen Drehmomentwerten entsprechend der ermittelten Schubkennlinie K1 auf die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 ein, so dass stets ein gleiches und sich wiederholendes Schubverhalten des Kraftfahrzeuges ermöglicht wird. Dabei bilden das minimale Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 und das Schubrekuperationsmoment M_SR des Elektromotors 3 und gegebenenfalls das bei einer aktivierten Schubabschaltung SAS auftretende Schubabschaltungsdrehmoment M_SAS das Gesamtschubdrehmoment M_Sges, das durch die Schubkennlinie K1 drehzahlabhängig vorgegeben wird.
2 zeigt ein Beispiel für ein schematisches Diagramm mit mehreren Drehmomentverläufen V1 bis V4 als Funktion der Drehzahl n und verschiedene Beispiele für eine Schubkennlinie K0 bis Kn eines Kennlinienfeldes F(K0 bis Kn).
Dabei stellt der Drehmomentverlauf V1 ein Maximaldrehmoment M_max des Kraftfahrzeuges dar, das aus dem Maximaldrehmoment M_maxV des Verbrennungsmotors 2 und dem Maximaldrehmoment M_maxE des Elektromotors 3 gebildet ist und das das Gesamtdrehmoment M_ges des Kraftfahrzeuges auf einen oberen Wert im Fahrbetrieb, also ohne Schub, begrenzt.
Der Drehmomentverlauf V2 stellt den drehzahlabhängigen Verlauf des Maximaldrehmoments M_maxV des Verbrennungsmotors 2 ohne ein eingreifendes Drehmoment vom Elektromotor 3 dar.
Die Drehmomentverläufe V3 und V3' stellen jeweils den drehzahlabhängigen Verlauf eines Minimaldrehmoments M_min des Kraftfahrzeuges dar, der dem minimalen Schubdrehmoments M_minV des Verbrennungsmotors 2 ohne ein eingreifendes Drehmoment vom Elektromotor 3 im Schubbetrieb ohne Schubabschaltung SAS bzw. mit Schubabschaltung SAS entspricht. Ein Pfeil P1 repräsentiert das im Drehmomentverlauf V3' berücksichtigte Schubabschaltungsmoment M_SAS bei aktivierter Schubabschaltung SAS.
Die Drehmomentverläufe V4 und V4' stellen jeweils den drehzahlabhängigen Verlauf eines Minimaldrehmoments M_min des Kraftfahrzeuges im Schubbetrieb mit bzw. ohne aktivierte Schubabschaltung SAS dar. Das Minimaldrehmoment M_min ist aus dem minimalen Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 und dem Minimaldrehmoment M_minE des Elektromotors 3 und bei eingeschalteter Schubabschaltung SAS aus dem Schubabschaltungsmoment M_SAS drehzahlabhängig gebildet und auf einen unte ren Wert im Schubbetrieb begrenzt. Ein Pfeil P2 repräsentiert das im Drehmomentverlauf V4 berücksichtigte Schubabschaltungsmoment M_SAS bei aktivierter Schubabschaltung SAS.
Die Differenz aus einem Drehmoment des Drehmomentverlaufs V2 und einem korrespondierenden Drehmoment des Drehmomentverlaufs V3 beschreibt das durch die am Fahrpedal 8 anstehende Aufspannung A für die jeweilige Drehzahl n. Diese Aufspannung A wird durch das bei Vollgasstellung des Fahrpedals 8 zu erzielende Maximaldrehmoment M_maxV des Verbrennungsmotors 2 und das bei nichtbetätigten Fahrpedal 8 zu erzielende minimale Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 begrenzt.
Ein Pfeil P3 repräsentiert die geschlossene Stellung S_zu der Wandlerüberbrückungskupplung 16 bei Überschreiten der Schließdrehzahl n_S, welche vom Drehmoment, der Fahrzeuggeschwindigkeit und anderen Größen abhängen kann.
Ein Pfeil P4 repräsentiert eine in Abhängigkeit vom gesetzten Anforderungssignal S_a aktivierte Schubabschaltung SAS bei Überschreiten der Schließdrehzahl n_S.
Der Drehmomentverlauf V5 stellt beispielhaft eine anhand des oben beschrieben Verfahrens aus einem Kennlinienfeld F(K0 bis Kn) ermittelte Schubkennlinie K1 dar, welche drehzahlabhängig als Gesamtschubdrehmoment M_Sges das minimale Schubdrehmoment M_minV des Verbrennungsmotors 2 im Schubbetrieb, gegebenenfalls bei aktivierter Schubabschaltung SAS das daraus resultierende Schubabschaltungsdrehmoment M_SAS und das Schubrekuperationsmoment M_SR des Elektromotors 3 umfasst. Dabei sind beispielhaft drei mögliche Schubkennlinien K0, K1 und Kn des Kennlinienfeldes F(K0 bis Kn) dargestellt.
Dabei wird, wie oben unter 1 näher beschrieben, die den Elektromotor 3 führende Schubkennlinie K1 aus dem Kennlinienfeld F(K0 bis Kn) mittels des Steuergeräts 7 anhand der erfassten und/oder ermittelten Kenngrößen und Parameter bestimmt und zur Ermittlung des Schubrekuperationsmoments M_SR für die jeweilige Drehzahl n herangezogen, wobei das ermittelte Schubrekuperationsmoment M_SR auf ein vorgegebenes effektives Minimaldrehmoment M_effminE des Elektromotors 3 begrenzt wird.
Darüber hinaus kann gegebenenfalls drehzahlabhängig ein Rekuperationsbremsmoment M_BR von einem nicht näher dargestellten rekuperativen Bremssystem des Elektromotors 3 berücksichtigt werden.

1: Antriebssystem
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
4: Kurbelwelle
5: Batterie
6: Getriebe
7: Steuergerät
8: Fahrpedal
9: Fahrpedalgeber
10: Drehzahlsensor
11: Temperatursensor für Verbrennungsmotor
12: Temperatursensor für Elektromotor
13: Temperatursensor für Batterie
14: Neigungssensor
15: Schalter zur Auswahl eines Automatikprogramms
16: Wandlerüberbrückungskupplung
A: Aufspannung am Fahrpedal
a_L: Längsbeschleunigung
a_Q: Querbeschleunigung
K0 bis Kn: Schubkennlinien
F(K0 bis Kn): Kennlinienfeld der Schubkennlinien
M_BR: Rekuperationsbremsmoment des Elektromotors
M_SeffminE: effektives Minimaldrehmoment des Elektromotors
M_min: minimales Gesamtdrehmoment des Kraftfahrzeuges
M_max: maximales Gesamtdrehmoment des Kraftfahrzeuges
M_maxE: maximales Drehmoment (maximales Istdrehmoment im Fahrbetrieb) des Elektromotors
M_maxV: maximales Drehmoment (maximales Istdrehmoment im Fahrbetrieb) des Verbrennungsmotors
M_minE: minimales Schubdrehmoment (minimales Istdrehmoment im Schubbetrieb) des Elektromotors
M_minV: minimales Schubdrehmoment (minimales Istdrehmoment im Schubbetrieb) des Verbrennungsmotors
M_SAS: Schubabschaltungsdrehmoment
M_Sges: Gesamtschubdrehmoment
M_SollE: Solldrehmoment des Elektromotors
M_SR: Schubrekuperationsmoment
N: Steigung
n: Drehzahl
n_L: Leerlaufdrehzahl
n_S: Schließdrehzahl
P: Automatikprogramm
P1 bis P4: Pfeile
S_a: Anforderungssignal für Schubabschaltung
S_zu: Stellung der Wandlerüberbrückungskupplung
SAS: Schubabschaltung
SOC: Ladezustand der Batterie
V1 bis V4: Kurvenverläufe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1108128 B1 [0006]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle (4) umfassenden Verbrennungsmotor (2) und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor (2), insbesondere der Kurbelwelle (4) gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor (3), wobei im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges anhand einer aus einem Kennlinienfeld (F(K0 bis Kn)) ermittelten Schubkennlinie (K1) ein das Schubverhalten des Kraftfahrzeuges repräsentierendes Gesamtschubdrehmoment (M_Sges) bestimmt wird und aus der Differenz von Gesamtschubdrehmoment (M_Sges) und momentanem minimalen Schubdrehmoment (M_minV) des Verbrennungsmotors (2) ein Schubrekuperationsmoment (M_SR) ermittelt wird, das am Elektromotor (2) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesamtschubdrehmoment (M_Sges) ermittelt wird, wenn der Verbrennungsmotor (2) zumindest eine Leerlaufdrehzahl (n_L) überschritten hat und eine den Verbrennungsmotor (2) und ein Getriebe (6) verbindende Wandlerüberbrückungskupplung (16) bei Erreichen einer vorgegebenen Motordrehzahl (n_S) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennlinienfeld (F(K0 bis Kn)) aus einer Anzahl von Schubkennlinien (K0 bis Kn) gebildet wird, die jeweils als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie in Abhängigkeit vom gewählten Automatikprogramm (P), von einer Steigung (N), einer Motordrehzahl (n), einer Fahrzeuggeschwindigkeit (v), einer Längsbeschleunigung (a_L) und/oder einer Temperatur (T_V, T_E, T_B) des Verbrennungsmotors (2), des Elektromotors (3) und/oder einer Batterie (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer aktivierten Schubabschaltung (SAS) ein daraus resultierendes Schubabschaltungsdrehmoment (M_SAS) bei der Bestimmung der Schubkennlinie (K1) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Schaltbereich der Deaktivierung oder Aktivierung der Schubabschaltung (SAS) anstelle des Schubabschaltungsdrehmoments (M_SAS) das momentane Schubdrehmoment (M_minV) des Verbrennungsmotors (2) bei der Bestimmung der Schubkennlinie (K1) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltbereich der Deaktivierung oder Aktivierung der Schubabschaltung (SAS) durch Setzen eines Anforderungssignals (S_a) für eine Schubabschaltung (SAS) identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anforderungssignal (S_a) für die Schubabschaltung (SAS) in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) einer Batterie (5), von einer Steigung (N), von einer Motordrehzahl (n) des Verbrennungsmotors (2) und/oder vom angeforderten Schubabschaltungsdrehmoment (M_SAS) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Schubrekuperationsmoments (M_SR) und ausgeschaltetem Elektromotor (3) dieser zugeschaltet wird und das ermittelte Schubrekuperationsmoment (M_SR) als Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromotor (3) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines Schubrekuperationsmoments (M_SR) und eingeschaltetem Elektromotor (3) eine Differenz aus ermitteltem Schubrekuperationsmoment (M_SR) und momentanem Istdrehmoment (M_minE) des Elektromotors (3) als Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromotor (3) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Schubrekuperationsmoment (M_SR) auf ein vorgegebenes Minimaldrehmoment (M_effminE) des Elektromotors (3) begrenzt wird.