DE102008002623B4

DE102008002623B4 - Verfahren und Steuergerät zur Überwachung und Begrenzung des Drehmoments in einem Antriebsstrang eines Straßenkraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102008002623B4
Application number: DE102008002623.9A
Authority: DE
Inventors: Robert Gwinner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: DE102008002623A1; CN101463767B; FR2925597A1; CN101463767A; FR2925597B1; US20090167227A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung und Begrenzung der Leistung oder des Drehmoments (M_ist_12) eines Antriebsmotors (12) in einem Antriebsstrang (10; 50) eines Straßenkraftfahrzeuges mit den Schritten:- (32) Ermitteln eines zulässigen Maximalwerts (M_zul) der Leistung oder des Drehmomentes in Abhängigkeit von einem Signal eines Fahrerwunschgebers (24),- (30) Ermitteln eines Istwertes (M_ist_12) der Leistung oder des Drehmoments,- (34) Vergleichen des Istwerts (M_ist_12) mit dem Maximalwert (M_zul) und (42) Auslösen einer die Leistung oder das Drehmoment begrenzenden Maßnahme in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, wobei wiederholt- (34) eine Differenz (dM) aus dem Istwert (M_ist_12) und dem Maximalwert (M_zul) gebildet wird,- (36) eine Summe von Werten einer Funktion der Differenz (dM) gebildet wird,- (38) ein Wert der Summe mit einem Schwellenwert (SW) verglichen wird, und- (42) die Maßnahme dann eingeleitet wird, wenn der Wert der Summe größer als der Schwellenwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Differenz (dM) durch eine Gewichtung der Differenz (dM) mit wenigstens einer Drehzahl (n) eines Antriebsmotors (12) des Antriebsstrangs (10) gebildet wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Steuergerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7. Ein ähnliches Verfahren und ein ähnliches Steuergerät ist jeweils aus der DE 195 36 038 A1 bekannt.
Bei modernen Verbrennungsmotoren sind leistungsbestimmende Stellglieder wie eine Drosselklappe nicht mehr mechanisch an einen Fahrerwunschgeber gekoppelt. Eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer wird heute in der Regel von einem Fahrerwunschgeber in ein elektrisches Signal umgewandelt, aus dem das Steuergerät eine oder mehrere Stellgrößen für ein oder mehrere leistungsbestimmende Stellglieder bestimmt. Fehlfunktionen in der Signalverarbeitungskette zwischen dem Fahrerwunschgeber und den Stellgliedern könnten daher dazu führen, dass der Verbrennungsmotor mehr Drehmoment erzeugt als vom Fahrer gewünscht wird. Um dies zu verhindern, sieht der bekannte Gegenstand vor, einen zulässigen Maximalwert der Leistung oder des Drehmomentes in Abhängigkeit von einem Signal eines Fahrerwunschgebers zu ermitteln, einen Istwert der Leistung oder des Drehmoments zu ermitteln, den Istwert mit dem Maximalwert zu vergleichen und eine die Leistung oder das Drehmoment begrenzende Maßnahme in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis auszulösen.
Bei dem bekannten Gegenstand wird eine Begrenzung des im Antriebsstrang wirksamen Drehmoments dann eingeleitet, wenn der Istwert des Drehmoments den aus dem Fahrerwunsch bestimmten Maximalwert überschreitet. Alternativ wird eine Begrenzung dann eingeleitet, wenn ein Istwert der durch den Antriebsstrang übertragenen Leistung einen entsprechenden, aus dem Fahrerwunsch bestimmten Maximalwert überschreitet. Eine Weiterbildung beider Alternativen sieht vor, die Begrenzung dann einzuleiten, wenn die Überschreitung des Maximalwerts länger als eine vorgegebene Zeit anhält.
Zur Begrenzung des Drehmoments kommen im Prinzip Beschränkungen der Luftzufuhr zu den Brennräumen des Verbrennungsmotors, Beschränkungen der Kraftstoffzufuhr und Verschlechterungen des Zündwinkelwirkungsgrades in Frage. Dabei wird unter dem Zündwinkelwirkungsgrad der Quotient aus dem Drehmoment bei einem bestimmten Zündwinkel und dem Drehmoment bei einem für die Drehmomententwicklung optimalen Zündwinkel verstanden. Überschreitet der Istwert des Drehmoments einen aus dem Fahrerwunsch abgeleiteten maximal zulässigen Wert, könnte das Straßenkraftfahrzeug unerwünscht beschleunigen oder stärker als gewünscht beschleunigen, was zu gefährlichen Fahrsituationen führen könnte.
Üblicherweise wird dann, wenn ein solches Überschreiten festgestellt wird, eine als Luftmassenstellglied dienende Drosselklappe stromlos geschaltet. Die Drosselklappe wird dann durch mechanische Rückstellkräfte in eine Minimal-Öffnungsposition gefahren, in der der Verbrennungsmotor mit stark verringertem Drehmoment weiterläuft. Ein Abstellen des Verbrennungsmotors wird jedoch vermieden, damit zum Beispiel Funktionen wie eine Lenk- oder Bremskraft-Unterstützung, die einen laufenden Verbrennungsmotor erfordern, weiter zur Verfügung stehen.
Wegen der Sicherheitsrelevanz muss die Überwachung und Begrenzung auf der einen Seite vergleichsweise empfindlich reagieren. Auf der anderen Seite sind fehlerhaft ausgelöste Begrenzungen zu vermeiden, da sie die Fahrbarkeit des Straßenkraftfahrzeugs stark beschränken und selbst, zum Beispiel bei einem Überholvorgang, zu kritischen Fahrsituationen führen können.
Aus der DE 100 34 871 C1 ist ein Verfahren zur Überwachung einer Steuergröße bekannt. Bei der Überwachung einer Brennkraftmaschine werden zur Erkennung von Fehlern in dem Steuergerät die Abweichungen zwischen dem geschätzten Ist-Wert und einem plausiblen Zulässigkeitswert überprüft. Bei der Überprüfung wird sowohl die momentane Abweichung als auch die in einem Zeitintervall akkumulierte Abweichung zwischen den Messwerten verwendet, um ein Fehlersignal zu erzeugen.
Aus der DE 198 36 845 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei denen wenigstens eine der Größen Drehmoment, Leistung oder Drosselklappenwinkel ermittelt wird, mit einem maximal zulässigen Wert verglichen und bei Überschreiten des maximal zulässigen Wertes durch die ermittelte Größe Fehlerreaktionsmaßnahmen eingeleitet werden. Der zulässige Wert wird abhängig von der zeitlichen Entwicklung der Drehzahl gebildet.
Aus der DE 3510173 A1 ist eine Überwachungseinrichtung für eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und eines Steuergeräts, mit denen sich sicherheitskritische Drehmomententwicklungen noch zuverlässiger erkennen lassen und die das Risiko von fehlerhaft und damit unnötig erfolgenden Drehmomentbegrenzungsmaßnahmen verringern. Diese Aufgabe wird jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gegenüber den bisherigen Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung der Drehmomente der Antriebe, ergeben sich folgende Vorteile: Beim bekannten Verfahren wurde der Istwert des momentanen Drehmomentes mit einem zulässigen Wert verglichen. Bei einer Überschreitung des zulässigen Wertes wurde ein Zeitzähler aktiviert. Bei einer Unterschreitung des zulässigen Wertes wurde der Zeitzähler zurückgesetzt. Wenn der Wert des Zeitzählers eine Schwelle überschritt, wurde eine Fehlerreaktion ausgelöst. Dabei wurde das Ausmaß der Überschreitung nicht bewertet. In einer realen Fahrsituation wirkt sich eine starke Überschreitung jedoch kritischer aus als eine nur geringfügige Überschreitung. Die Erfindung besitzt dagegen den Vorteil, dass Überschreitungen auch quantitativ erfasst und durch die Summenbildung auch quantitativ bei der Entscheidung darüber berücksichtigt werden, ob eine Fehlerreaktion auszulösen ist oder nicht. Die Summation (oder Integration) liefert darüber hinaus einen Wert, der einen direkteren Bezug zur Auswirkung der Überschreitung auf das Fahrzeug besitzt: Eine quantitativ größere Überschreitung wirkt stärker beschleunigend als eine nur kleinere Überschreitung. Bei der Erfindung wird die Fehlerreaktion bei der größeren Überschreitung eher ausgelöst als bei der kleineren Überschreitung. Eine Summation oder Integration von Leistungswerten an Stelle von Drehmomentwerten hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Überschreitung in ihrer Auswirkung an den Antriebsrädern unabhängig von einer gerade eingestellten Übersetzung im Antriebsstrang beurteilt werden kann.
Die durch die Antriebe unzulässig abgegebene Summe der oberhalb des Schwellenwerts liegenden Leistungs- bzw. Drehmomentbeiträge beschreibt, bei vorhandenem Kraftschluss zu den Rädern, in einer für die Steuergeräteüberwachung ausreichend guten Näherung, die unzulässige Veränderung der kinetischen Energie des Fahrzeugs aufgrund eines Fehlers. Dadurch ist eine verbesserte Bewertung der Fehlerauswirkung auf das Fahrzeug möglich. Die Bewertung von zyklisch fehlerhaften Antriebsdrehmomenten wird verbessert. Die Realisierung der Steuergeräteüberwachung in Systemen mit Hybridantrieb, bestehend aus unterschiedlichen Kombinationen von elektrischen Maschinen und Verbrennungsmotoren, wird vereinfacht. Die Berücksichtigung der Trägheitsmomente von schaltbaren Antrieben bei der Steuergeräteüberwachung in Systemen mit Hybridantrieb wird vereinfacht. Insbesondere verringern sich die Modellierungsfehler, da keine Berücksichtigung von Drehzahlgradienten erforderlich ist, wie das bei direkter Berücksichtigung im zulässigen Moment, bzw. der Leistung, der Fall wäre.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgende Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:

1 einen Antriebsstrang eines Straßenkraftfahrzeugs zusammen mit einer Steuerung des Antriebsstrangs;
2 die Bildung verschiedener Betriebsgrößen des Antriebsstrangs im Steuergerät;
3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form von Programmstrukturen, die innerhalb des Steuergeräts ausgeführt werden;
4 eine Ausgestaltung, bei der Leistungen aufsummiert werden;
5 einen Antriebsstrang, der sich von dem bereits beschriebenen Antriebsstrang durch eine elektrische Maschine unterscheidet, die als zusätzlicher Antriebsmotor und/oder als Generator arbeiten kann;
6 die Bildung verschiedener Betriebsgrößen des Antriebsstrangs aus der 5 im Steuergerät der 5; und
7 eine Ausgestaltung in Form von Programmstrukturen, die innerhalb des Steuergeräts der 5 ausgeführt werden.

Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils gleiche Elemente.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Im Einzelnen zeigt die 1 einen Antriebsstrang 10 eines Straßenkraftfahrzeugs zusammen mit einer Steuerung des Antriebsstrangs 10. Der Antriebsstrang 10 weist insbesondere einen Verbrennungsmotor 12 auf, der über eine Kupplung 14 mit dem Rest 16 des Antriebsstrangs gekoppelt ist. Die Kupplung 14 kann eine automatisch oder von einem Fahrer betätigte Reibungskupplung oder eine Strömungskupplung sein. Der Rest 16 des Antriebsstrangs 10 repräsentiert weitere, für die Drehmomentübertragung zwischen Rädern und Antrieb des Straßenkraftfahrzeugs üblicherweise vorhandene Elemente wie Getriebe und Wellen.
Bei dem Gegenstand der 1 wird das Antriebsmoment allein vom Verbrennungsmotor 12 erzeugt. Zur Steuerung seiner Drehmomentabgabe weist der Verbrennungsmotor 12 Stellglieder 18 auf, mit denen eine Füllung von Brennräumen des Verbrennungsmotors 12 und/oder die Qualität der Füllung, also zum Beispiel ein Mischungsverhältnis von Kraftstoff und Luft, und/oder der zeitliche Ablauf der Verbrennung, zum Beispiel durch eine Verschiebung des Zündzeitpunktes, gesteuert oder beeinflusst werden kann.
Die Ansteuerung des Verbrennungsmotors 12 erfolgt durch ein Steuergerät 20. Zur Bildung von Stellgrößen S_G_12 verarbeitet das Steuergerät 20 beim Gegenstand der 1 Signale von Sensoren 22 (Messgrößen M_G_12), 24 und 26, die Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 12 wie Ansaugluftmasse, Drehzahl n_12, Luftzahl Lambda, das Signal FW eines Fahrerwunschgebers 24, und, optional, Betriebsparameter des übrigen Triebstrangs 16, die von einem Sensor 26 bereitgestellt werden, wie zum Beispiel eine Kupplungsdrehzahl n_K.
2 repräsentiert die Bildung verschiedener Betriebsgrößen des Antriebsstrangs 10 im Steuergerät 20. Das Steuergerät 20 ist dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, den Antriebsstrang 10 zu steuern und dabei insbesondere die Drehmomenterzeugung und/oder Leistungsabgabe des Verbrennungsmotors 12 zu überwachen, wobei das Steuergerät auch seine eigenen Stellgrößen S_G_12 mit in Überwachung einbezieht. Dazu weist das Steuergerät 20 unter anderem die als Blöcke dargestellten Programmstrukturen 28, 30 und 32 auf.
Die Programmstruktur 28 bestimmt aus Messgrößen M_G_12, die von den Sensoren 22 bereitgestellt werden und die Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 12 wie Quantität und Qualität der Brennraumfüllung abbilden, und zusätzlich aus dem Fahrerwunsch FW, Stellgrößen S_G_12 für die Stellglieder 18 des Verbrennungsmotors 12. Bei korrekter Funktion aller beteiligten Komponenten erzeugt der Verbrennungsmotor dann ein korrektes, den Anforderungen entsprechendes Drehmoment M_ist_12.
Der Wert des tatsächlich vom Verbrennungsmotor in Abhängigkeit vom Fahrerwunsch FW erzeugten Drehmoments M_ist_12 wird in der Programmstruktur 30 aus Messgrößen M_G_12 und/oder Stellgrößen S_G_12 des Verbrennungsmotors 12 modelliert. Dabei wird unter einer Modellierung eine Berechnung innerhalb des Steuergeräts 20 verstanden. Eine wesentliche Stellgrößen-Information ist dabei zum Beispiel der Zündwinkel ZW, der in der Regel nicht als Messgröße M_G_12 erfasst wird und daher in der Regel nur als eine der Stellgrößen S_G_12 zur Verfügung steht.
In der Programmstruktur 32 wird parallel zur Bildung des modellierten M_ist_12-Wertes im Block 30 aus dem Fahrerwunsch FW oder zumindest in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch FW ein maximal zulässiger Wert M_zul für das vom Verbrennungsmotor 12 erzeugte Drehmoment gebildet. Anstelle des Drehmoments kann auch die Leistung des Verbrennungsmotors 12 modelliert werden. Das gleiche gilt für die Bestimmung eines maximal zulässigen Wertes.
Bei korrekter Funktion aller beteiligten Komponenten muss der modellierte Istwert M_ist_12 immer kleiner als der maximal zulässige Wert M_zul sein. Ist M_ist_12 dagegen größer als M_zul, liegt in der Regel eine Fehlfunktion des Steuergeräts 20 oder eines Stellgliedes 18 vor.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form von Programmstrukturen, die innerhalb des Steuergeräts 20 ausgeführt werden. 3 offenbart damit, wie auch die Ausgestaltungen der 4 und 7, jeweils Verfahrens- und Vorrichtungsaspekte verschiedener Ausgestaltungen der hier vorgestellten Erfindung.
Im Block 34 wird wiederholt eine Differenz dM = M_ist_12 - M_zul aus dem modellierten Istwert M_ist_12 und dem maximal zulässigen Wert M_zul gebildet. Anschließend wird im Block 36 eine Summe einer Funktion von Werten der Differenz dM gebildet. In der Ausgestaltung der 3 ist diese Funktion f die Identität f(dM) = dM. Es werden also direkt Werte der Differenz dM addiert. Anschließend wird der Wert der Summe im Block 38 mit einem vorbestimmten Schwellenwert SW verglichen, der vom Block 40 an den Block 38 geliefert wird. Block 40 repräsentiert eine Speicherzelle oder einen Speicherbereich des Steuergeräts 20, in dem ein vorbestimmter Festwert SW oder eine Abhängigkeit SW = SW (Betriebsgröße) von Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors 12 und/oder des Restes 16 des Antriebsstrangs 10 abgelegt ist.
Wenn die im Block 36 bestimmte Summe den Schwellenwert SW überschreitet, wird im Block 42 eine Fehlerreaktion ausgegeben. Eine typische Fehlerreaktion besteht darin, die Brennraumfüllung auf einen vorgegebenen Minimalwert zu reduzieren. Dies erfolgt in einer Ausgestaltung dadurch, dass eine als Füllungsstellglied dienende Drosselklappe nicht mehr öffnend angesteuert wird, so dass sie durch mechanische Rückstellkräfte in eine Minimal-Öffnungsposition gefahren wird, bei der der Verbrennungsmotor 12 nur noch ein sehr kleines Drehmoment bereitstellt. Der Verbrennungsmotor 12 wird jedoch nicht komplett abgestellt, um Lenkhilfe- und Bremskraft-Unterstützungsfunktionen nicht zu deaktivieren.
Während 3 eine Ausgestaltung repräsentiert, bei der Drehmomentwerte in Form der Differenz dM aufsummiert werden, offenbart die 4 eine Ausgestaltung, bei der Leistungen aufsummiert werden. Dazu wird die im Block 34 gebildete Differenz dM im Block 44 mit dem 2 π-fachen der Drehzahl n des Verbrennungsmotors 12 multipliziert. Das Produkt 2πn wird dabei durch den Block 46 bereitgestellt. Die anschließend aufsummierten Werte stellen damit eine Funktion f = 2 πndM der Differenz dM und damit Leistungswerte dar.
5 zeigt einen Antriebsstrang 50, der sich von dem bereits beschriebenen Antriebsstrang 10 durch eine elektrische Maschine 52 unterscheidet, die als zusätzlicher Antriebsmotor und in einer Ausgestaltung auch als Generator arbeiten kann. Die elektrische Maschine 52 wird, wie auch der Verbrennungsmotor 12, von einem Steuergerät 54 gesteuert. Alternativ kann auch ein separates Steuergerät 54 für die Steuerung der elektrischen Maschine 52 vorgesehen sein, das mit dem Steuergerät 20 über ein Bussystem verbunden ist. Dies gilt analog für die Steuerung der Kupplung 14, die in der Ausgestaltung der 5 ebenfalls vom Steuergerät 20 gesteuert wird. Das Steuergerät 54 ist, wie auch das Steuergerät 20, dazu eingerichtet, insbesondere dazu programmiert, den Antriebsstrang 50 zu steuern und seine Drehmoment- und Drehzahl-bestimmenden Funktionen zu überwachen, wobei das Steuergerät auch seine eigenen Stellgrößen S_G_12, S_G_52 mit in Überwachung einbezieht.
Bei geöffneter Kupplung 14 dient die elektrische Maschine 52 allein als Antriebsmotor. Bei geschlossener Kupplung 14 dient der Verbrennungsmotor 12 alternativ oder ergänzend als Antriebsmotor. Die elektrische Maschine 52 kann bei geschlossener Kupplung 14 in einer bevorzugten Ausgestaltung als Generator betrieben werden, der vom Verbrennungsmotor 12 oder über den Rest 16 des Antriebsstrangs durch das rollende Straßenkraftfahrzeug angetrieben werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung dient die elektrische Maschine 52 auch als Starter für den Verbrennungsmotor 12.
6 repräsentiert die Bildung verschiedener Betriebsgrößen des Antriebsstrangs 50 im Steuergerät 54. Im Block 56 erfolgt die Bildung von Stellgrößen SG_12 zur Ansteuerung der Stellglieder 18 des Verbrennungsmotors 12. Insofern entspricht der Block 56 dem Block 28 aus der 2. Ein Unterschied zum Block 28 besteht darin, dass der Block 56 zusätzlich einen Istwert des Drehmomentbeitrages M_ist_52 der elektrischen Maschine 52 als Eingangsgröße berücksichtigt. Der von der elektrischen Maschine 52 aufgebrachte Drehmomentbeitrag verringert den vom Verbrennungsmotor 12 aufzubringenden Drehmomentbeitrag.
Der Block 30 dient, wie der Block 30 aus der 2, zur Modellierung eines Istwertes M_ist_12 des vom Verbrennungsmotor 12 aufgebrachten Drehmoments.
Der Block 58 dient dazu, Stellgrößen SG_52 für die Ansteuerung der elektrischen Maschine 52 zu bestimmen. Dazu verarbeitet der Block 58 als Eingangsgrößen den Fahrerwunsch FW, Messgrößen M_G_52, in denen sich Betriebsparameter der elektrischen Maschine 52 wie ihre Drehzahl n_52 abbilden, und den im Block 30 modellierten Istwert M_ist_12 des vom Verbrennungsmotor 12 bereitgestellten Drehmoment-Beitrages. Der vom Verbrennungsmotor 12 bereitgestellte DrehmomentBeitrag verringert den von der elektrischen Maschine aufzubringenden DrehmomentBeitrag.
Im Block 60 wird aus den Messgrößen M_G_52 der Istwert M_ist_52 des von der elektrischen Maschine 52 bereitgestellten Drehmomentbeitrages modelliert.
Der Block 62 dient, wie auch der Block 32 der 2, zur Bestimmung eines gerade noch zulässigen Maximalwertes M_zul für das im Antriebsstrang 50 wirksame Drehmoment. Im Unterschied zum Block 32 der 2 kann der Maximalwert M_zul auch ein negativer Wert sein, mit dem das Bremsmoment oder die Bremsleistung der elektrischen Maschine 52 im Generatorbetrieb begrenzt wird.
Der Antriebsstrang 50 aus der 5 stellt ein Beispiel eines Antriebsstrangs in einem Straßenkraftfahrzeug dar, bei dem entweder der Verbrennungsmotor 12 oder die elektrische Maschine 52 oder beide gleichzeitig als Antriebsmotoren verwendet werden. Der dadurch realisierte Hybridantrieb ist dabei so ausgeführt, dass sich die Leistungen des Verbrennungsmotors 12 und der elektrischen Maschine 52 an der Kupplung 14 addieren. Der Verbrennungsmotor 12 kann durch Öffnen der Kupplung 14 abgekoppelt werden.
Bei einem solchen Hybridantrieb soll zum Beispiel während einer Fahrt mit zunächst ausschließlich durch die elektrische Maschine 52 erfolgendem Antrieb der Verbrennungsmotor 12 gestartet werden. Der stehende Verbrennungsmotor 12 soll durch Schließen der Kupplung 14 mit Hilfe der elektrischen Maschine 52, die auch für den Antrieb genutzt wird, gestartet werden. Dabei soll sich die an die Räder des Straßenkraftfahrzeugs übertragene Antriebsleistung nicht oder nur möglichst wenig ändern. Dazu wird bevorzugt sowohl ein quasi stationär ermitteltes Verlustmoment des Verbrennungsmotors 12 als auch ein zur Beschleunigung des Verbrennungsmotors 12 erforderliches Drehmoment berücksichtigt.
7 zeigt eine Ausgestaltung in Form von Programmstrukturen, die innerhalb des Steuergeräts 54 ausgeführt werden, und die eine Berücksichtigung der durch einen Start des Verbrennungsmotors 12 auftretenden Drehmomenteinflüsse erlauben.
Im Block 64 wird eine Differenz dM_52 = M_ist_52 - M_zul des Istwertes des Drehmomentes der elektrischen Maschine 52 und des vom Fahrerwunsch FW abhängigen, maximal zulässigen Drehmomentwertes M_zul gebildet. Anschließend wird die Differenz in einer Ausgestaltung im Block 66 mit der Drehzahl n_52 der elektrischen Maschine 52 gewichtet. Das Ergebnis stellt damit eine Abweichung der tatsächlich von der elektrischen Maschine 52 in dem Antriebsstrang 50 aufgebrachten Leistung von einem Grenzwert zulässiger Leistungen im Antriebsstrang 50 dar.
Solange der Verbrennungsmotor 12 keinen Drehmomenteinbeitrag liefert, soll in den Verknüpfungen 72 und 74 lediglich eine Null addiert werden. Zudem soll bei geschlossener Kupplung 14 entsprechend 5 in der Verknüpfung 72 lediglich eine Null addiert werden, sodass in diesem Zustand das Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors 12 nicht berücksichtigt wird. Dieses Verhalten kann durch den Vergleich des Betrages der Drehzahldifferenz dn mit den Schwellen S1 bzw. S2 als Schaltbedingung für die Schalter 70 bzw. 68 erreicht werden. Die Drehzahldifferenz dn wird dabei aus den Drehzahlen n_12 des Verbrennungsmotors 12 und n_52 der elektrischen Maschine 52 gebildet.
Die Zeichnung ist dabei so zu lesen, dass die Schalter 70, 68 von der gezeigten Schaltstellung in die alternative Schaltstellung umgeschaltet werden, wenn die jeweils über den Schaltern 70, 68 stehende Aussage wahr ist. Schalter 70 wird daher dann umgeschaltet, wenn der Kraftschluss an der Trennkupplung 14 erreicht ist. Schalter 68 wird nach dem Beginn eines Starts des Verbrennungsmotors 12 (Zeitpunkt t = 0) solange umgeschaltet, bis Kraftschluss an der Trennkupplung 14 erreicht ist. Die Kraftschluss-Drehzahl-Schwellenwerte S1, S2 können unterschiedliche Werte besitzen.
Im Ergebnis wird bei stehendem Verbrennungsmotor 12 nur das Drehmoment der elektrischen Maschine 52 betrachtet.
Im Block 76 wird die vorher gebildete Abweichung von dem zulässigen Wert mit dem 2 π-fachen einer Abtastperiode T gewichtet. Dadurch erhält die im Block 76 gebildete Abweichung die physikalische Dimension einer Arbeit. Im Block 78 wird eine Summe der jeweils für eine Abtastperiode T gebildeten Werte über mehrere Abtastperioden T gebildet und im Block 73 mit einem Schwellenwert SW verglichen, der durch einen Block 75 bereitgestellt wird. Bei einer Überschreitung des Schwellenwerts SW wird im Block 77 eine Fehlerreaktion ausgelöst. Die 73, 75, 77 entsprechen daher den weiter vorne unter Bezug auf die 4 erläuterten Blöcken 38, 40, 42.
Im Ergebnis wird damit auch beim Gegenstand der 7 eine Drehmomentbegrenzung als Fehlerreaktion ausgelöst, wenn der Schwellenwert SW überschritten wird. Dabei versteht es sich, dass die Drehmomentbegrenzung jeweils durch Eingriffe auf den jeweils wirksamen Antriebsmotor erfolgt. Solange nur die elektrische Maschine 52 allein Drehmoment erzeugt, muss der Begrenzungseingriff auf die elektrische Maschine 52 erfolgen. Ist zusätzlich noch der Verbrennungsmotor 12 wirksam, lassen sich die Drehmomentbegrenzungen alternativ oder ergänzend durch Eingriffe auf den Verbrennungsmotor 12 auslösen.
Wenn der Verbrennungsmotor 12 bei laufender elektrischer Maschine 52 zugeschaltet wird, kann das für die Beschleunigung des Verbrennungsmotors 12 erforderliche Drehmoment durch den unteren Zweig der Struktur der 7 berücksichtigt werden. Dazu wird zunächst der Schalter 68 abhängig vom Vergleich der Drehzahldifferenz dn mit dem Schwellwert S2 geschlossen. In einer Ausgestaltung wird er dann geschlossen, wenn t > 0 ist, also nach einem Beginn eines Starts des Verbrennungsmotors zum Zeitpunkt t = 0 und solange die Drehzahldifferenz dn einen Schwellenwert S2 überschreitet, was bei schleifender oder offener Kupplung der Fall ist. Im Block 80 wird die Drehzahl n_12 (t = 0) quadriert. Analog wird die Drehzahl n_12 (t = kT) zu einem späteren Zeitpunkt t = kT im Block 82 quadriert. Dabei ist T eine Abtastzeitspanne und k die aktuelle Zahl der Abtastzeitspannen.
Im Block 84 wird die Differenz der quadrierten Drehzahlen gebildet. Ein Block 86 dient zur Multiplikation dieser Differenz mit 2 π²-fachen des Trägheitsmomentes J_12 des Verbrennungsmotors 12 (Block 89). Im Ergebnis wird dadurch im Block 86 die zur Änderung der Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 erforderliche Energie bestimmt. Zu dieser Energie werden im Block 88 Reibungsverluste WLoss (kT) an der Kupplung 14 addiert, die durch einen Block 90 bereitgestellt werden. Die Reibungsverluste WLoss (kT) werden je nach Ausgestaltung durch einen Festwert oder durch ein Kennfeld angenähert, das über die Drehzahldifferenz dn über der Kupplung 14 adressiert wird.
Der nach dem Kraftschluss der Kupplung 14 vom Verbrennungsmotor durch Verbrennungen erzeugte Drehmomentbeitrag des Verbrennungsmotors 12 wird durch den oberen Zweig in der 7 berücksichtigt, der abhängig von dem Vergleich der Drehzahldifferenz dn mit dem Schwellenwert S1 wirksam wird.
Dazu wird in der Ausgestaltung der 7 im Schritt 90 der Drehmoment-Istwert M_ist_12 des Verbrennungsmotors 12 mit seiner Drehzahl n_12 multipliziert und über den beim Kraftschluss der Kupplung 14 zu schließenden Schalter 70 und die Verknüpfung 74 zu der Leistungsdifferenz dM_52 * n_52 addiert. Der im Block 76 gebildete Wert ist daher nur noch dann kleiner als Null, wenn, z. B. bei Drehzahlgleichheit von n_52 und n_12, die Summe der Istwerte M_ist_52 der elektrischen Maschine 52 und M_ist_12 des Verbrennungsmotors 12 kleiner als der zulässige Grenzwert M_zul ist.

Claims

Verfahren zur Überwachung und Begrenzung der Leistung oder des Drehmoments (M_ist_12) eines Antriebsmotors (12) in einem Antriebsstrang (10; 50) eines Straßenkraftfahrzeuges mit den Schritten: - (32) Ermitteln eines zulässigen Maximalwerts (M_zul) der Leistung oder des Drehmomentes in Abhängigkeit von einem Signal eines Fahrerwunschgebers (24), - (30) Ermitteln eines Istwertes (M_ist_12) der Leistung oder des Drehmoments, - (34) Vergleichen des Istwerts (M_ist_12) mit dem Maximalwert (M_zul) und (42) Auslösen einer die Leistung oder das Drehmoment begrenzenden Maßnahme in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis, wobei wiederholt - (34) eine Differenz (dM) aus dem Istwert (M_ist_12) und dem Maximalwert (M_zul) gebildet wird, - (36) eine Summe von Werten einer Funktion der Differenz (dM) gebildet wird, - (38) ein Wert der Summe mit einem Schwellenwert (SW) verglichen wird, und - (42) die Maßnahme dann eingeleitet wird, wenn der Wert der Summe größer als der Schwellenwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der Differenz (dM) durch eine Gewichtung der Differenz (dM) mit wenigstens einer Drehzahl (n) eines Antriebsmotors (12) des Antriebsstrangs (10) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Triebstrang (50), der als Antriebsmotoren eine elektrische Maschine (52) und einen über eine steuerbare Kupplung (14) auf den Antriebsstrang (50) einwirkenden Verbrennungsmotor (12) aufweist, der über ein Schließen der Kupplung (14) gestartet wird, eine aus einem Start des Verbrennungsmotors (12) resultierende, im Antriebstrang wirkende Leistung oder ein aus dem Start resultierendes und im Antriebsstrang wirkendes Drehmoment bei der Ermittlung des Istwerts der Leistung oder des Drehmoments berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Verbrennungsmotor (12) erzeugte Leistung oder ein vom Verbrennungsmotor (12) erzeugtes Drehmoment bei der Ermittlung des Istwerts der Leistung oder des Drehmoments im Antriebsstrang (50) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein beim Start des Verbrennungsmotors (12) bremsend wirkendes Trägheitsmoment des Verbrennungsmotors (12) bei der Ermittlung des Istwerts der Leistung oder des Drehmoments im Antriebsstrang (50) berücksichtigt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3 oder 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Start des Verbrennungsmotors (12) an der Trennkupplung (14) auftretende Verluste bei der Ermittlung des Istwerts der Leistung oder des Drehmoments im Antriebsstrang (50) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst die an der Kupplung (14) auftretenden Verluste berücksichtigt werden, bevor zu einem späteren Zeitpunkt Leistungsbeiträge oder Drehmomentbeiträge des Verbrennungsmotors (12) berücksichtigt werden.
Steuergerät (20) eines Antriebsstrangs (10; 50) eines Straßenkraftfahrzeuges, das dazu eingerichtet ist, die Leistung oder das Drehmoment in dem Antriebsstrang (10) zu überwachen und zu begrenzen, indem es einen zulässigen Maximalwert (M_zul) der Leistung oder des Drehmomentes in Abhängigkeit vom Signal eines Fahrerwunschgebers (24) ermittelt, einen Istwert (M_ist_12) der Leistung oder des Drehmoments ermittelt, den Istwert (M_ist_12) mit dem Maximalwert (M_zul) vergleicht und eine die Leistung oder das Drehmoment begrenzende Maßnahme in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis auslöst, wobei das Steuergerät (20) dazu eingerichtet ist, wiederholt eine Differenz (dM) aus dem Istwert (M_ist_12) und dem Maximalwert (M_zul) zu bilden, eine Summe von Werten einer Funktion der Differenz (dM) zu bilden, einen Wert der Summe mit einem Schwellenwert (SW) zu vergleichen und die Maßnahme dann einzuleiten, wenn der Wert der Summe größer als der Schwellenwert (SW) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (20) dazu eingerichtet ist, einen Ablauf eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zu steuern.