DE102007049253A1

DE102007049253A1 - Verfahren zur Regelung eines Leistungsverzweigungsgetriebes

Info

Publication number: DE102007049253A1
Application number: DE102007049253A
Authority: DE
Inventors: Felix Matthies
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2027-10-13
Also published as: WO2009047540A1; DE102007049253B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines leistungsverzweigten Getriebes, mit einem Verbrennungsmotor und wenigstens zwei mechanisch angekoppelten Elektromaschinen (E1, E2). Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes wird durch das Drehmoment und/oder die Drehzahl der Elektromaschinen (E1, E2) bestimmt. Die Steuerung von Drehmoment und/oder Drehzahl der Elektromaschinen (E1, E2) basiert auf der Festlegung einer führenden Elektromaschine. Anhand von Verbrauchs- und/oder Leistungskriterien wird eine Optimaldrehzahl des Verbrennungsmotors (Dz_Vm_opt) gebildet. Aus Fahrerwunsch und Drehzahl des Verbrennungsmotors (Dz_Vm_ist) wird ein Drehmoment (Dm_E1/E2_soll) und/oder ein Drehzahlsollwert für die führende Elektromaschine gebildet. Die Sollwertermittlung für die folgende Elektromaschine erfolgt nachfolgend mittels einer Leistungsbetrachtung.

Description

Vorbekannt sind Getriebe, welche mittels einer Kombination aus mechanischen Getriebeelementen und einer wenigstens teilelektrischen Übertragung des Leistungsflusses die Übersetzung zwischen dem Ein- und Ausgang eines Getriebes stufenlos regeln.
Ein Beispiel für ein derartiges Getriebe ist in der Schrift DE 103 14 234 B3 beschrieben. Es handelt sich hierbei um ein 4-Wellen-Leistungsverzweigungsgetriebe, welches an der Antriebsseite eine Verbrennungskraftmaschine aufweist und dessen Abtrieb über ein Planetengetriebe mit der Antriebsseite gekoppelt ist. Die Verbrennungskraftmaschine treibt dabei einen Planetenträger, auf dem drehbar ein dreistufiger Stufenplanet angeordnet ist. Eine erste Stufe treibt das Sonnenrad des Getriebeausgangs, eine zweite Stufe des Planetenträgers greift direkt in ein Sonnenrad ein, welches mit einer ersten Elektromaschine gekoppelt ist und eine dritte Stufe des Stufenplaneten greift über Zwischenräder in das Sonnenrad, welches mit einer zweiten Elektromaschine verbunden ist. Durch die Steuerung der Elektromaschinen wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes festgelegt. Durch die Festlegung der Drehzahl einer Elektromaschine und die feststehende Drehzahl des Abtriebes ergibt sich ein Übersetzungsverhältnis zwischen Verbrennungskraftmaschine und Abtrieb. Dieses Übersetzungsverhältnis lässt sich über die Wahl der Elektromaschinendrehzahl stufenlos einstellen. Wird keine der Elektromaschinen angetrieben oder abgebremst, so wird kein Abstützmoment seitens der Elektromaschinen erzeugt. Das einzige Widerstandsmoment auf den Stufenplaneten stammt damit vom Abtrieb, was einer Funktion Leerlauf ohne Leistungsübertragung vom Verbrennungsmotor entspricht. Bei Stillstand jeweils einer der Elektromaschinen stellt sich jeweils eine Standübersetzung ein. Es erfolgt hierbei keine Leistungsübertragung auf elektrischem Weg. In allen anderen Betriebspunkten des Getriebes arbeitet jeweils eine der Elektromaschinen als Generator und eine als Motor. Auf elektrischem Weg erfolgt so ein Leistungsfluss. Das Getriebe eignet sich gleichfalls für ein Hybridfahrzeug, wenn im elektrischen Leistungsfluss ein Energiespeicher angeordnet wird. Ohne Energiespeicher wird das Getriebe elektrisch ausgeglichen betrieben, wobei die abgegebene Leistung einer Elektromaschine gleich der aufgenommenen Leistung der jeweils anderen Elektromaschine ist.
Das Getriebe ist hinsichtlich seiner Übersetzung stufenlos elektrisch einstellbar und kann durch einen Energiespeicher im elektrischen Zweig mit Energiegewinnung bzw. der Abgabe von elektrischer Energie aus dem Speicher arbeiten, so dass das Getriebe für den Einsatz in einem Hybridfahrzeug die Funktionen der Rekuperation sowie des Boostens beim Beschleunigen erfüllen kann. Ein rein elektrisches Fahren ist bei Speisung der Elektromaschinen aus dem Energiespeicher ebenfalls möglich.
Die Steuerung für ein derartiges Getriebe ist aufgrund der komplexen Zusammenhänge aufwändig. Möglich ist die getrennte Regelung der Verbrennungskraftmaschine und der die Übersetzung steuernden Elektromaschinen. Eine getrennte Regelung der beiden Elektromaschinen und der Verbrennungskraftmaschine, welche über die Sollwertvorgaben eines Steuergerätes gesteuert wird, ist in der DE 103 33 931 A1 beschrieben. Bei dem dargestellten Leistungsverzweigungsgetriebe mit nachgeschaltetem Schaltgetriebe erfolgt aus einem Steuergerät eine Sollwertvorgabe hinsichtlich Drehmoment und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine für beide Elektromaschinen. Mit getrennten Regelkreisen wird der Sollwert für den jeweiligen Antrieb umgesetzt. Die Elektromaschinen werden dabei getrennt durch jeweils einen einzelnen Regler angesteuert, wobei eine Drehzahlregelung mit Bildung einer Regeldifferenz zum Sollwert durch Aufnahme des Drehzahlistwertes der Elektromaschine für jede der Elektromaschinen einzeln erfolgt. Die Steuerung der Elektromaschinen basiert dabei auf getrennten Regelkreisen, wobei die Steuerung über die Sollwertvorgabe im Steuergerät koordiniert wird. Die hohe Anzahl der bestehenden Freiheitsgrade des Getriebes bedingt eine sehr komplexe Regelung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen einfachen Regelalgorithmus bereitzustellen, der für ein leistungsverzweigendes Getriebe eine flexible Steuerung der Übersetzung über die Ansteuerung wenigstens zweier Elektromaschinen erlaubt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird ein leistungsbasierter Ansatz genutzt, wobei die Berechnung der Stellgrößen für die Elektromaschinen derart gekoppelt erfolgt, dass ausgehend von einer als führend festgelegten Elektromaschine eine Berechnung der Drehzahl und/oder des Drehmoments beider Elektromaschinen gemeinsam erfolgt.
In einfacher Weise werden elektrische und mechanische Stellgrößenbeschränkungen für die Berechnung der Sollwerte berücksichtigt.
Das Verfahren zur Steuerung eines leistungsverzweigenden Getriebes geht von einer Konfiguration aus, bei welcher ein Verbrennungsmotor und wenigstens zwei über Getriebestufen mechanisch angekoppelte Elektromaschinen vorhanden sind, wobei die Elektromaschinen im Leistungsfluss des Getriebes derart angeordnet sind, dass das Übersetzungsverhältnis des Getriebes durch das von der jeweiligen Elektromaschine aufgebrachte Drehmoment und/oder deren Drehzahl bestimmt wird und die Elektromaschinen über die Getriebeelemente miteinander gekoppelt sind. Mit der Festlegung der Drehzahl einer Elektromaschine und der Drehzahl des Abtriebes ist das Übersetzungsverhältnis des Getriebes bestimmt. Es kann sich dabei in vorteilhafter Weise um ein 4-Wellen-Leistungsverzweigungsgetriebe mit einer technischen Ausführung analog dem in der DE 103 14 234 B3 beschriebenen Getriebe handeln. Der Offenbarungsgehalt der DE 103 14 234 B3 wird hier explizit eingeschlossen. Das Steuerverfahren ist jedoch auch auf andere Leistungsverzweigungsgetriebe mit elektrischem und mechanischem Übertragungspfad der genannten Konfiguration anwendbar.
Die Steuerung des beschriebenen Getriebes erfolgt derart, dass auf Basis eines aktuellen Betriebsparameters der Elektromaschinen beispielsweise der Drehzahl für die Steuerung der Elektromaschinen eine der Elektromaschinen als für die Berechnung der Sollwerte führende Elektromaschine ausgewählt wird. Die Drehzahlsignale der Elektromaschinen liefern eine leicht messbare Information über den Betriebszustand der Maschinen. Elektromaschinen weisen in Bereichen mit kleinen Drehzahlen eine starke Änderung des Wirkungsgrades auf, wodurch Regelungssysteme mit Elektromaschinen bei kleinen Drehzahlen eine hohe Empfindlichkeit aufweisen. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Systems können die Maschinen ihre Drehrichtung wechseln. Findet bei einer Elektromaschine ein solcher Nulldurchgang statt, weist die andere Elektromaschine prinzipbedingt eine höhere Drehzahl auf. Es erweist sich als günstig, bei solchen Betriebspunkten die Maschine mit höherer Drehzahl als Führende zu verwenden, da das System auf Stellgrößenänderungen somit weniger empfindlich reagiert. Das Drehzahlsignal ist für die Auswahl der führenden Elektromaschine demzufolge besonders geeignet. Bestimmend für die Getriebesteuerung ist der Fahrerwunsch. Ausgehend von dem vom Fahrer gewünschten Drehmoment, welches beispielsweise mit der Stellung des Pedalwertgebers erfasst wird, erfolgt anhand von Verbrauchs- und/oder Leistungskriterien eine Ermittlung der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Hier kann beispielsweise aus dem Verbrauchskennfeld für den Motor ein Bestpunkt ausgewählt werden und der Verbrennungsmotor wird dann mit einer verbrauchsoptimalen Drehzahl angesteuert. Mit der vorgegebenen Drehzahl des Verbrennungsmotors wird ein Drehmoment- und/oder Drehzahlsollwert für die als führend festgelegte Elektromaschine gebildet, wobei die Sollwertermittlung für die folgende Elektromaschine mittels einer Leistungsbetrachtung unter Berücksichtigung des durch die Elektromaschinen im aktuellen Drehzahlbetriebspunkt lieferbaren Drehmomentes erfolgt.
Für einen elektrisch ausgeglichenen Betrieb wird im Regelverfahren ausgehend von der führenden Elektromaschine die von dieser abgegebene oder aufgenommene Leistung gleich der von der folgenden aufgenommenen oder abgegebenen Leistung gesetzt. Die Leistungswerte sind dabei hinsichtlich ihres Betrages gleich, aber wurden mit unterschiedlichen Vorzeichen berechnet.
Erfindungsgemäß vorteilhaft werden die Betriebsarten Boosten, Assisten, Rekuperieren und Laden über die Verstimmung des Leistungsgleichgewichtes der beiden Elektromaschinen realisiert. Bei der Betriebsart Boosten (Unterstützung des Verbrennungsmotors bei Volllast) und Assisten (Unterstützung des Verbrennungsmotors in Betriebsbereichen außerhalb der Volllast) erfolgt eine Energieentnahme aus dem Energiespeicher, während beim Rekuperieren (Rückgewinnung von Bremsenergie) und beim Energiespeicher laden ein Energiezufluss zum Energiespeicher stattfindet. In einfacher Weise kann mit der Verstimmung des Leistungsgleichgewichtes eine Sollwertsteuerung für diese Betriebsbereiche realisiert werden. Soll der Energiespeicher aufgeladen werden, so wird das Leistungsgleichgewicht der Elektromaschinen dahingehend verstimmt, dass ein positiver Leistungsüberschuss erzeugt wird. Die generatorisch betriebene Elektromaschine erzeugt dabei mehr Leistung, als von der motorisch betriebenen verbraucht wird. Dabei entsteht ein Generatormoment, welches zu einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses führen würde. Der Drehzahlregler für den Verbrennungsmotor versucht, diese Regeldifferenz abzubauen und vergrößert je nach Anwendungsfall den Drosselklappenwinkel oder die Einspritzmenge. Dieses kommt einer Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors gleich. Der Energieüberschuss wird dann dem Energiespeicher zugeführt. Im umgekehrten Fall, dass ein zusätzliches Antriebsmoment erzeugt werden soll, wird die Leistungsaufnahme der folgenden Elektromaschine größer gesetzt, als die Leistung, welche die führende Elektromaschine generiert. Die zusätzliche Energie wird dabei vom Energiespeicher abgenommen.
In einer einfachen Ausprägung des Auswahlalgorithmus der führenden Elektromaschine wird diese anhand des Drehzahlsignals bestimmt, wobei immer die Elektromaschine mit höherer Drehzahl als die Führende gewählt wird. Es wird damit vermieden, dass eine Elektromaschine im Nulldurchgang der Drehzahl bei Drehrichtungsumkehr die Basis für die Berechnung der Sollwerte bildet. In einer Weiterbildung des Verfahrens kann eine Umschaltung zwischen führender und folgender Elektromaschine erfolgen, wenn die führende Elektromaschine eine untere Drehzahlschwelle erreicht und die Drehzahl der folgenden Elektromaschine über dieser Schwelle liegt. Die Umschaltung erfolgt daher lediglich dann, wenn sich die führende Elektromaschine dem Drehzahlnullpunkt nähert.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet in vorteilhafter Weise eine Berücksichtigung der elektrischen und mechanischen Grenzen der Elektromaschinen. Ausgehend vom Drehzahlistwert und dem Drehmomentsollwert der führenden Elektromaschine wird deren abzugebende bzw. aufzunehmende mechanische Leistung berechnet und mit dem Wirkungsgrad der Elektromaschine in eine abzugebende bzw. aufzunehmende elektrische Leistung gewandelt. Anhand eines Schwellwertes der maximalen elektrischen Leistung bei der momentan anliegenden Drehzahl wird die elektrische Leistung bei Überschreiten des Schwellwertes auf deren Maximalwert begrenzt. Nachfolgend wird für die Betriebsart im elektrisch ausgeglichenen Betrieb ohne Energiespeicherung die aufzunehmende bzw. abzugebende elektrische Leistung der folgenden Elektromaschine gleich der abzugebenden bzw. aufzunehmenden elektrischen Leistung der führenden Elektromaschine gesetzt, wobei diese betragsmäßig gleich, jedoch deren Vorzeichen unterschiedlich ist und aus dem so ermittelten Sollwert der elektrischen Leistung und dem Drehzahlistwert der folgenden Elektromaschine das abzugebende Drehmoment berechnet wird, wobei auf Basis des elektromaschinenspezifisch festgelegten maximalen mechanischen Drehmoments unter Beachtung der Istdrehzahl der Elektromaschine eine Prüfung erfolgt, ob die folgende Elektromaschine das geforderte Drehmoment umsetzen kann und das Drehmoment bei Überschreitung des Grenzwertes auf das maximale Drehmoment begrenzt wird. Ausgehend vom max. Drehmoment erfolgt mit dem Drehzahlistwert der folgenden Elektromaschine eine Umrechnung in die geforderte elektrische Leistung der folgenden Elektromaschine. Die so berechnete Führungsgröße der elektrischen Leistung wird mit umgekehrten Vorzeichen (betragsmäßig identisch) gleichfalls als Sollwert der elektrischen Leistung der führenden Elektromaschine vorgegeben. Erfindungsgemäß wird damit der Vorteil erzielt, dass die Stellgrößenbeschränkungen der Elektromaschinen bei der Sollwertvorgabe berücksichtigt werden. Durch den Rechenpfad über beide Elektromaschinen, welche als Ausgangspunkt die führende Elektromaschine betrachtet und mit der Stellgrößenbeschränkung dieser und der Folgenden wieder auf die Führende zurückrechnet, wird sichergestellt, dass beide Elektromaschinen die geforderte abzugebende bzw. aufzunehmende Leistung umsetzen können. Gleichzeitig wird ein elektrisch ausgeglichener Betrieb realisiert.
In vorteilhafter Weiterbildung wird ausgehend von den elektrischen Leistungen der Elektromaschinen mit dem jeweiligen Istwert der Drehzahl das abzugebende bzw. aufzunehmende Drehmoment der jeweiligen Elektromaschine berechnet und mit einer geeigneten unterlagerten Regelung eingestellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Hierbei zeigt 1 einen Überblick über die Grundstruktur des Steuerverfahrens und 2 eine detaillierte Darstellung der Sollwertvorgabe für die Elektromaschinen.
1 zeigt die Grundstruktur des Regelungsverfahrens. Ausgehend vom Fahrerwunsch, der über das Signal eines Pedalwertgebers PWG gemessen wird und der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit v_Fzg wird in einem Leistungsinterpreter 1 ein gewünschtes Radmoment Dm_Rad_soll ermittelt. Gleichzeitig erfolgt über ein Verbrauchskennfeld die Vorgabe der unter dem Gesichtspunkt des Brennstoffverbrauchs als optimal ermittelten Drehzahl Dz_Vm_opt für den Verbrennungsmotor. Eine Regeleinrichtung, hier beispielsweise ein Drosselklappenregler 2, wird auf Basis der jeweiligen Optimaldrehzahl Dz_Vm_opt und der Messung der Ist-Drehzahl des Verbrennungsmotors Dz_Vm_ist zum Einregeln der gewünschten verbrauchsoptimalen Motordrehzahl Dz_Vm_opt genutzt, wobei hierfür die Stellung einer Drosselklappe Pos_Throttle geregelt wird. Alternativ könnte hier beispielsweise für einen Dieselmotor die Einspritzmenge berechnet und entsprechend eingestellt werden.
Parallel zur Sollwertvorgabe für den Verbrennungsmotor werden anhand der getriebespezifischen Zwangsbedingungen aus dem gewünschten Radmoment Dm_Rad_Soll und den Drehzahlen aller Getriebewellen in einer Vorsteuerung 4 die Vorsteuer-Sollwerte für die Elektromaschinen E1, E2 berechnet. Diese sind das durch die Vorsteuerung zu realisierende Drehmoment Dm_E1_v und Dm_E2_v der Elektromaschinen E1, E2. Eingangsgrößen der Vorsteuerung sind das gewünschte Radmoment Dm_Rad_soll, der Istdrehzahlwert des Rades Dz_Rad_ist sowie des Verbrennungsmotors Dz_Vm_ist und der Elektromaschinen Dz_E1_ist, Dz_E2_ist. Parallel zur Vorsteuerung werden in einem Drehzahlregler 3 aus der Istdrehzahl des Verbrennungsmotors Dz_Vm_ist und der verbrauchsoptimalen Motordrehzahl Dz_Vm_opt die Sollmomente der Elektromaschinen Dm_E1_Dr und Dm_E2_Dr ermittelt. Die Vorsteuerung realisiert dabei die Umsetzung des gewünschten Radmomentes während der Drehzahlregler die Differenz von Motorsoll- und Motoristdrehzahl ausgleicht. Die vom Drehzahlregler 3 und der Vorsteuerung 4 ermittelten Momente werden jeweils aufsummiert. Die Drehmomentsollwerte der Elektromaschinen Dm_E1_soll, Dm_E2_soll ergeben sich aus der Summation des Drehmomentenwertes aus Vorsteuerung und Drehzahlregler. (Dm_E1_soll = Dm_E1_Dr + Dm_E1_v; Dm_E2_soll = Dm_E2_Dr + Dm_E2_v) Der Sollwert des Drehmomentes für die jeweilige Elektromaschine Dm_E1_soll und Dm_E2_soll und die Drehzahlistwerte der Elektromaschinen Dz_E1_ist und Dz_E2_ist sind die Eingangsgrößen der Elektromaschinensteuerung 5, an deren Ausgang die angeforderte elektrische Leistung P_E1_gef und P_E2_gef zur Elektromaschinenregelung einer unterlagerten Regelung zur Bildung der Stellgrößen übergeben wird. Dies kann beispielsweise die Frequenz eines Umrichters für die Ansteuerung der Elektromaschinen E1, E2 sein. Die Elektromaschinensteuerung 5 ist detailliert in 2 beschrieben. Eingangsgrößen der Elektromaschinensteuerung 5 sind – wie zu 1 beschrieben – das Solldrehmoment Dm_E1_soll und Dm_E2_soll und die Drehzahlistwerte der Elektromaschinen Dz_E1_ist und Dz_E2_ist. Die Elektromaschinensteuerung 5 erzeugt an ihrem Ausgang die geforderten elektrischen Leistungen P_E1_gef und P_E2_gef bzw. aus diesen die geforderten Drehmomente der Elektromaschinen Dm_E1_gef und Dm_E2_gef. Mit Hilfe der Elektromaschinensteuerung 5 wird sowohl der ausgeglichene elektrische Betrieb, als auch der Betrieb in den Betriebsbereichen Rekuperation, Laden, Assisten und Boosten realisiert. Ausgangspunkt der Steuerung ist eine Leistungsbetrachtung für die Elektromaschinen im Kontext des Leistungsverzweigungsgetriebes. Mit Hilfe des Istdrehzahlsignals der Elektromaschinen Dz_E1_ist und Dz_E2_ist wird eine Elektromaschine E1 o. E2 als führende Elektromaschine ausgewählt. In einer einfachen Realisierung ist die führende Elektromaschine die mit der jeweils größeren Drehzahl. Die Berechnung der Sollwerte startet ausgehend vom gewünschten Drehmoment der führenden Elektromaschine. Wenn die führende Elektromaschine E1 ist, geht die Berechnung vom Dm_E1_soll und der Drehzahl Dz_E1_ist der führenden Elektromaschine E1 aus. Mit Kenntnis des Wirkungsgrades phi wird die gewünschte elektrische Leistung P_E1_w berechnet. Auf Basis der Drehzahl Dz_E1_ist und einem elektromaschinenspezifisch bekannten Grenzwert für die Elektromaschine bei dieser Drehzahl wird die gewünschte Leistung P_E1_w begrenzt. Ausgehend vom elektrisch ausgeglichenen Betrieb muss die elektrische Leistung der folgenden Elektromaschine betragsmäßig gleich, aber mit unterschiedlichen Vorzeichen behaftet sein. (P_E2_w = (–1) × (P_E1_w)). Somit wird die gewünschte Leistung der folgenden Elektromaschine aus dem hinsichtlich seiner möglichen Stellgröße begrenzten Wert der führenden Elektromaschine bestimmt. Aus der so ermittelten gewünschten Leistung der folgenden Elektromaschine ((–1) × (P_E1_w)) wird mit deren Istdrehzahl Dz_E2_ist das interne Drehmoment Dm_E2_int der folgenden Elektromaschine berechnet. Das Drehmoment wird mit der aktuellen Drehzahl Dz_E2_ist der folgenden Elektromaschine E2 anhand eines elektromaschinenspezifischen Grenzwertes bei Überschreiten dessen auf den vorgegebenen Maximalwert begrenzt. Es wird somit das Leistungsvermögen der zweiten Elektromaschine E2 bei deren Istdrehzahl in die Berechnung der Sollwerte eingebracht. Mit der Istdrehzahl der Elektromaschine Dz_E2_ist und dem Wirkungsgrad phi erfolgt die Berechnung der geforderten elektrischen Leistungsaufnahme P_E2_gef, welche mit umgekehrtem Vorzeichen als die geforderte elektrische Leistung P_E1_gef der führenden Elektromaschine als Sollwert vorgegeben wird. Die aufgenommene bzw. abgegebene Leistung P_E2_gef und P_E1_gef der Elektromaschinen ist durch die Berücksichtigung der Grenzwerte der jeweiligen Elektromaschinen E1, E2 bei deren jeweils aktueller Drehzahl durch die Elektromaschinen umsetzbar. Die Grenzwerte beider Elektromaschinen werden bei der Vorgabe der Sollwerte betrachtet. Alternativ wird für eine drehmomentbasierte Steuerung der Elektromaschinen aus der geforderten elektrischen Leistung P_E1_gef und P_E2_gef mit den jeweiligen Istdrehzahlen der Elektromaschinen deren gefordertes Drehmoment Dm_E1_gef und Dm_E2_gef ermittelt und einem unterlagerten Drehmomentenregler zur Regelung der Elektromaschinen übergeben.
Für den Fall, dass die Elektromaschine E2 als die Führende gewählt wird, erfolgt die Berechnung der Sollwerte analog. Die Berechnung verzweigt mittels der Stellung der Schalter S1–S4, welche so umgesteuert werden, dass die Berechnung analog zum oben beschriebenen Verfahren für die dann führende Elektromaschine durchgeführt wird.
In einer Erweiterung für einen Betrieb mit einem Energiespeicher wird das Verhältnis der geforderten elektrischen Leistungen P_E1_gef und P_E2_gef, welche beim elektrisch ausgeglichenen Betrieb betragsmäßig gleich sind, gezielt verstimmt. Ein Abführen elektrischer Energie zum Speicher bzw. ein Zuführen von Energie aus dem Speicher wird durch die dann unterschiedliche Sollwertvorgabe von P_E1_gef und P_E2_gef realisiert. Ein Energiemanagement 6 errechnet dabei wenigstens aus den Eingangsgrößen Dz_E1/2_ist und der Batteriespannung U_Batt die gewünschte elektrische Zusatzleistung, die als Leistungsbeitrag P_Add_1/2 der für den ausgeglichenen Betrieb geforderten Leistung P_E1/2_gef überlagert wird. Der Betrag der geforderten Zusatzleistung wird dabei von einem übergeordneten Energiemanagement berechnet.

1: Leistungsinterpreter
2: Drosselklappenregler
3: Drehzahlregler
4: Vorsteuerung
5: Elektromaschinensteuerung
6: Energiemanagement
S_1...4: Verzweigung der Berechnung
PWG: Signal Pedalwertgeber
v_Fzg: Fahrzeuggeschwindigkeit
Dm_Rad_soll: gewünschtes Radmoment
Dm_Rad_ist: Istwert des Radmomentes
Dz_Vm_opt: Optimaldrehzahl Verbrennungsmotor
Dz_Vm_ist: Istdrehzahl Verbrennungsmotor
E1, E2: Elektromaschinen
Dz_E1/2_ist: Istwert der Drehzahl der Elektromaschine E1 bzw. E2
Dz_E1/2_soll: Sollwert der Drehzahl der Elektromaschine E1 bzw. E2
Dm_E1/2_v: Drehmomentsollwert der Elektromaschinen aus der Vorsteuerung
Dm_E1/2_soll: Sollwert des Drehmoments der Elektromaschine E1 bzw. E2 am Eingang der Elektromaschinensteuerung 5
P_E1/2_w: gewünschte elektrische Leistungsaufnahme/-abgabe begrenzt auf Basis der Istdrehzahl und des elektromaschinenspezifischen Leistungsvermögens
Dm_E1/2_int: berechnetes, internes Drehmoment begrenzt auf Basis der Istdrehzahl und des elektromaschinenspezifischen Leistungsvermögens
P_E1/2_gef: geforderte abgegebene/aufgenommene el. Leistung der Elektromaschine am Ausgang der Elektromaschinensteuerung
Dm_E1/2_gef: gefordertes Drehmoment der Elektromaschinen am Ausgang der Elektromaschinensteuerung
U_Batt: Batteriespannung
P_Add_1/2: Leistungsbeitrag
Pos_Throttle: Drosselklappenposition
Dz_Rad_ist: Istdrehzahl des Rades
phi: Wirkungsgrad

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10314234 B3 [0002, 0008, 0008]
- DE 10333931 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines leistungsverzweigenden Getriebes, welches einen Verbrennungsmotor und wenigstens zwei über Getriebestufen mechanisch angekoppelte Elektromaschinen (E1, E2) aufweist, welche derart im Leistungsfluss des Getriebes angeordnet sind, dass das Übersetzungsverhältnis des Getriebes durch das von der jeweiligen Elektromaschine (E1, E2) aufgebrachte Drehmoment und/oder deren Drehzahl bestimmt wird und die Elektromaschinen (E1, E2) über die Getriebeelemente gekoppelt sind, wobei die Steuerung von Drehmoment und/oder Drehzahl der Elektromaschinen (E1, E2) mit folgenden Verfahrensschritten erfolgt: – auf Basis wenigstens eines aktuellen Betriebsparameters der Elektromaschinen, wie beispielsweise der Drehzahl (Dz_E1/E2_ist) wird für die Steuerung der Elektromaschinen (E1, E2) eine als führende Elektromaschine (E1/E2) ausgewählt – ausgehend von dem vom Fahrer gewünschten Drehmoment erfolgt anhand von Verbrauchs- und/oder Leistungskriterien eine Ermittlung der optimalen Drehzahl des Verbrennungsmotors (Dz_Vm_opt) – basierend auf dem Fahrerwunsch und der Drehzahl des Verbrennungsmotors (Dz_Vm_ist) wird ein Drehmoment-(Dm_E1/2_soll) und/oder ein Drehzahlsollwert für die als führend festgelegte Elektromaschine gebildet, wobei die Sollwertermittlung für die folgende Elektromaschine mittels einer Leistungsbetrachtung unter Berücksichtigung der durch die Elektromaschinen lieferbaren Drehzahl bzw. des Drehmomentes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den elektrisch ausgeglichenen Betrieb, bei dem kein Energiespeicher ge- oder entladen wird, die von der führenden Elektromaschine abgegebene Leistung gleich der von der folgenden aufgenommenen ist oder für den Fall der Leistungsaufnahme der führenden Elektromaschine die von der führenden Elektromaschine aufgenommene Leistung gleich der von der folgenden abgegebenen Leistung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb der Elektromaschinen mit einem zwischengeschalteten Energiespeicher die von diesem aufgenommene bzw. von diesem angeforderte Leistung für die ausgeglichene elektrische Leistungsbilanz mit betrachtet wird und somit die Betriebsarten Boosten und Rekuperieren über die Verstimmung des Leistungsgleichgewichtes der beiden Elektromaschinen realisiert werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die führende Elektromaschine auf Basis von deren Drehzahlistsignal (Dz_E1/2_ist) ausgewählt wird, wobei jeweils die mit höherer Drehzahl betriebene Elektromaschine (E1/2) als führende gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umschaltung zwischen führender und folgender Elektromaschine erfolgt, wenn die führende Elektromaschine eine untere Drehzahlschwelle erreicht und die Drehzahl der folgenden Elektromaschine über dieser Schwelle liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – aus dem über einen Pedalwertgeber (PWG) ermittelten Fahrerwunsch und der Fahrzeuggeschwindigkeit (v_Fzg) wird eine Optimaldrehzahl (Dz_Vm_opt) für den Verbrennungsmotor und ein gewünschtes Radmoment (Dm_Rad_soll) ermittelt – mit der Drehzahl des Verbrennungsmotors (Dz_Vm_ist) und der Optimaldrehzahl (Dz_Vm_opt) als Sollwert wird eine Drehzahlregeleinrichtung für die Verbrennungskraftmaschine beaufschlagt – der Drehmomentsollwert (Dm_E1/2_soll) wird aus einem Anteil der Vorsteuerung, welche die Istdrehzahlen der Verbrennungskraftmaschine (Dz_Vm_ist) und der Elektromaschinen (Dz_E1/2_ist) und das anliegende Radmoment (Dm_Rad_ist) auswertet und aus einem Anteil eines Drehzahlreglers (3), der aus der jeweiligen Optimaldrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (Dz_Vm_opt) und deren Istdrehzahl (Dz_Vm_ist) auswertet, gebildet – eine Elektromaschinensteuerung (5) ermittelt dabei aus den Drehmomentsollwerten (Dm_E1/2_soll) und den Drehzahlistwerten der Elektromaschinen (Dz_E1/2_ist) die geforderte abzugebende bzw. aufzunehmende Leistung (P_E1/2_gef).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Auswahl von einer der Elektromaschinen (E1, E2) auf Basis des Drehzahlvergleiches der Istdrehzahlen (Dz_E1_ist, Dz_E2_ist) – ausgehend vom Drehmomentsollwert (Dz_E1/2_soll) der führenden Elektromaschine und deren Drehzahlistsignal (Dz_E1/2_ist) wird deren abzugebende bzw. aufzunehmende mechanische Leistung berechnet und mit dem Wirkungsgrad der Elektromaschine in eine gewünschte, abzugebende bzw. aufzunehmende elektrische Leistung (P_E1_w) gewandelt – anhand eines elektromaschinenspezifischen Grenzwertes des Leistungsvermögens der Elektromaschine bei der momentanen Istdrehzahl (Dz_E1/2_ist) erfolgt eine Leistungsbeschränkung der durch die Elektromaschine umsetzbaren Leistung, wobei die elektrische Leistung bei Überschreiten des Grenzwertes begrenzt wird – nachfolgend wird für den elektrisch ausgeglichenen Betrieb ohne Energiespeicherung die aufzunehmende bzw. abzugebende elektrische Leistung der folgenden Elektromaschine gleich der abzugebenden bzw. aufzunehmenden elektrischen Leistung der führenden Elektromaschine jedoch mit unterschiedlichem Vorzeichen gesetzt – aus der gewünschten elektrischen Leistung der folgenden Elektromaschine wird ein internes Drehmoment berechnet (Dm_E1/2_int) berechnet, welches mit einem elektromaschinenspezifischen Grenzwert des Leistungsvermögens der Elektromaschine bei der momentanen Istdrehzahl (Dz_E1/2_ist) auf das maximal abgebbare bzw. aufnehmbare Drehmoment bei Überschreitung des Grenzwertes begrenzt wird – das so begrenzte interne Drehmoment (Dm_E1/2_int) wird nachfolgend mit dem Drehzahlistwert der folgenden Elektromaschine (Dz_E1/2_ist) in die geforderte elektrische Leistung der folgenden Elektromaschine umgerechnet und mit umgekehrten Vorzeichen betragsmäßig identisch als Sollwert der geforderten elektrischen Leistung (P_E1/2_gef) vorgegeben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Sollwert für die jeweils geforderte elektrische Leistung (P_E1/2_gef) der Elektromaschinen (E1, E2) und der Istdrehzahl der jeweiligen Elektromaschine (E1, E2) das abzugebende bzw. aufzunehmende Drehmoment (Dm_E1/2_gef) der jeweiligen Elektromaschine berechnet wird.