DE102010036132A1

DE102010036132A1 - Verfahren zum Verzögern eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010036132A1
Application number: DE102010036132A
Authority: DE
Inventors: Henning Vogt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-03-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verzögern eines im Fahrbetrieb befindlichen Kraftfahrzeugs mit einem parallelhybriden Antriebsstrang (10), welcher eine ausgangsseitig mit einem Abtrieb (16) gekoppelte elektrische Maschine (14), eine der elektrischen Maschine (14) vorgeschaltete und mittels einer schaltbaren Trennkupplung (22) angekoppelte Verbrennungskraftmaschine (12) sowie eine Steuereinrichtung (26) zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine (14) und der Verbrennungskraftmaschine (12) aufweist, umfassend die folgenden Schritte: – Vorgabe einer am Abtrieb (16) zu realisierenden Soll-Verzögerung, – Berechnen eines Verzögerungsgrenzwertes, – Vergleichen des Verzögerungsgrenzwertes mit der Soll-Verzögerung, – Fortsetzen des Fahrbetriebs mit geöffneter Trennkupplung (22), falls die Soll-Verzögerung kleiner oder gleich dem Verzögerungsgrenzwert ist, und Fortsetzen des Fahrbetriebs mit geschlossener (22) Trennkupplung, falls die Soll-Verzögerung größer als der Verzögerungsgrenzwert ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuereinrichtung (26) vor einem Schließen der Trennkupplung (22) von einer Drehmomentregelung der elektrischen Maschine (14) auf deren Drehzahlregelung umschaltet, sodass eine Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (14) einem Verlauf einer Soll-Drehzahl folgt, welcher von der Steuereinrichtung (26) auf Basis einer gemessenen Bremspedalstellung berechnet wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verzögern eines im Fahrbetrieb befindlichen Kraftfahrzeugs mit einem parallelhybriden Antriebsstrang, welcher eine ausgangsseitig mit einem Abtrieb gekoppelte elektrische Maschine, eine der elektrischen Maschine vorgeschaltete und mittels einer schaltbaren Trennkupplung angekoppelte Verbrennungskraftmaschine sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine aufweist,
umfassend die folgenden Schritte:

– Vorgabe einer am Abtrieb zu realisierenden Soll-Verzögerung,
– Berechnen eines Verzögerungsgrenzwertes
– Vergleichen des Verzögerungsgrenzwertes mit der Soll-Verzögerung
– Fortsetzen des Fahrbetriebs mit geöffneter Trennkupplung, falls die Soll-Verzögerung kleiner oder gleich dem Verzögerungsgrenzwert ist, und Fortsetzen des Fahrbetriebs mit geschlossener Trennkupplung, falls die Soll-Verzögerung größer als der Verzögerungsgrenzwert ist.

Stand der Technik
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der DE 10 2007 008 477 A1 .
Parallelhybride Antriebsstränge für Kraftfahrzeuge sind allgemein bekannt. Sie umfassen regelmäßig eine elektrische Maschine, die insbesondere über ein Getriebe mit einem Abtrieb des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Vor der elektrischen Maschine ist eine Verbrennungskraftmaschine angeordnet, die mittels einer schaltbaren Trennkupplung bedarfsweise mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden oder von diesem getrennt werden kann. Dies ermöglicht gekoppelte Fahrbetriebsmoden, bei denen sowohl die Verbrennungskraftmaschine als auch die elektrische Maschine ein Antriebsmoment liefern, als auch wenigstens einen rein elektrischen Fahrbetriebsmodus, bei dem die Verbrennungskraftmaschine aufgrund der geöffneten Trennkupplung vom übrigen Antriebsstrang abgekoppelt ist und allein die elektrische Maschine ein Antriebsmoment liefert.
Zum Abbremsen, d. h. zum Verzögern eines Kraftfahrzeugs aus dem Fahrbetrieb sind mehrere grundsätzliche Verfahren bekannt. Klassischerweise erfolgt die Abbremsung über die Fahrbremse, wobei kinetische Energie durch Reibung an Bremsscheiben in Wärmeenergie umgewandelt wird. Energetisch günstiger ist das rekuperative Bremsen bei dem die elektrische Maschine generatorisch betrieben wird und ein negatives Bremsmoment auf den Antriebsstrang ausübt. Schließlich ist auch die Abbremsung mittels Motorbremse bekannt, d. h. das Schleppmoment der nicht mit Kraftstoff versorgten Verbrennungskraftmaschine wird zur Abbremsung genutzt.
Aus der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift ist ein kombiniertes Bremsverfahren zum Verzögern des Kraftfahrzeugs bekannt. Lässt der Fahrer das Fahrpedal los und zeigt somit seinen Wunsch nach Verzögerung an, berechnet die Steuereinrichtung aus aktuellen Fahrbetriebsparametern ein Soll-Bremsmoment und berechnet weiter als Grenz-Bremsmoment dasjenige Bremsmoment, welches allein durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine aufgebracht werden kann. Ist das Soll-Bremsmoment kleiner oder gleich dem berechneten Grenz-Bremsmoment, was bedeutet, dass das Soll-Bremsmoment allein von der elektrischen Maschine aufgebracht werden kann, so wird der Fahrbetrieb mit geöffneter Trennkupplung fortgesetzt, d. h. dass die Kupplung geöffnet bleibt, falls sie zuvor geöffnet war, oder geöffnet wird, falls sie zuvor geschlossen war. Ist im Gegensatz dazu das Soll-Bremsmoment größer als das berechnete Grenz-Bremsmoment, was bedeutet, dass die gewünschte Verzögerung nicht allein von der elektrischen Maschine aufgebracht werden kann, so wird der Fahrbetrieb mit geschlossener Trennkupplung fortgesetzt, d. h. die Trennkupplung bleibt geschlossen, falls sie zuvor bereits geschlossen war oder wird geschlossen, falls sie zuvor geöffnet war. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass im Fall einer starken Verzögerung das gewünschte Bremsmoment als Summe der negativen Momentenbeiträge von elektrischer Maschine und Verbrennungskraftmaschine erzeugt wird, während kleine Verzögerungen allein durch die elektrische Maschine bewerkstelligt werden. Hierdurch wird die Rekuperationsleistung maximiert.
Ein Problem des plötzlichen Ankuppelns der Verbrennungskraftmaschine liegt in dem damit verbundenen Momentensprung am Antriebsstrang. Dieser kann von den Fahrzeuginsassen unangenehm als Ruck wahrgenommen werden. Zur Behebung dieses Problems schlägt die genannte Druckschrift eine Drehzahlangleichung durch Hochdrehen der Verbrennungskraftmaschine vor dem Schließen der Trennkupplung vor. Der hierfür erforderliche Kraftstoffverbrauch muss als nachteilig angesehen werden.
Aufgabenstellung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt wird.
Darlegung der Erfindung
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung vor einem Schließen der Trennkupplung von einer Drehmomentregelung der elektrischen Maschine auf deren Drehzahlregelung umschaltet, sodass eine Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine einem Verlauf einer Soll-Drehzahl folgt, welcher von der Steuereinrichtung auf Basis einer gemessenen Bremspedalstellung berechnet wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist es, vor dem Ankoppeln der Verbrennungskraftmaschine eine Umschaltung der Regelung der elektrischen Maschine von einer Momentenregelung zu einer Drehzahlregelung vorzunehmen. Eine gut ausgelegte Drehzahlregelung ist in der Lage, auch große Momentensprünge, die als Störgrößen auf den Antriebsstrang wirken, auszuregeln und den Ist-Drehzahlverlauf gut an einen vorgegebenen Soll-Drehzahlverlauf anzupassen. Die hier relevante Störgröße ist die beim Schließen der Trennkupplung erfolgende Beaufschlagung des Antriebsstrangs mit dem Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine. Als Grundlage für die Berechnung der Soll-Verzögerung dient bei der vorliegenden Erfindung eine mittels geeigneter Sensoren gemessene Bremspedalstellung.
Zur Verbesserung der Drehzahlregelung kann bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung während eines Schaltstellungswechsels der Trennkupplung, d. h. während des Öffnens oder Schließens der Trennkupplung, deren Kupplungsmomentenverlauf als Vorsteuergröße in die Berechnung des Verlaufs der Solldrehzahl miteinfließen lässt. Somit dienen die gemessene Bremspedalstellung sowie das Kupplungsmoment als Vorsteuergrößen für die als Soll-Drehzahlverlauf berechnete Soll-Verzögerung.
Ist das Schließen der Trennkupplung abgeschlossen, kann, wie bei einer günstigen Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine als Vorsteuergröße in die Berechnung des Verlaufs der Soll-Drehzahl miteinfließen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass bei geschlossener Trennkupplung das Schleppmoment des Verbrennungsmotors, und zwar sein Verlauf über eine Kurbelwellen-Umdrehung als auch dessen Änderung mit der Drehzahl, zusammen mit der gemessenen Bremspedalstellung als Vorsteuergröße für die Drehzahlregelung der elektrischen Maschine verwendet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet zur Realisierung einer Verzögerung des Kraftfahrzeugs aus einem rein elektrischen Fahrbetriebsmodus, d. h. aus einem Fahrbetriebsmodus mit geöffneter Trennkupplung. Bei modernen Hybridfahrzeugen können nicht nur niedrige, sondern auch mittlere Geschwindigkeiten in diesem Fahrbetriebsmodus abgedeckt werden. Entsprechend groß sind die in diesem Fahrbetriebsmodus auftretenden Verzögerungswünsche des Fahrers. Im Gegensatz zum gattungsbildenden Stand der Technik, der eine Maximierung der Rekuperationsleistung im Auge hatte, ist es ein wichtiges Anliegen der vorliegenden Erfindung, möglichst häufig das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine zum Abbremsen einzusetzen. Bevorzugt wird daher als Verzögerungsgrenzwert diejenige Verzögerung anhand aktuell anliegender Fahrbetriebsparameter berechnet, welche die nicht mit Treibstoff versorgte Verbrennungskraftmaschine bei diesen Fahrbetriebsparametern liefern würde, wenn die Trennkupplung geschlossen wäre. Mit anderen Worten wird bevorzugt das aktuell realisierbare Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine berechnet. Bei Soll-Verzögerungen unterhalb dieses Grenzwertes kommt ein Schließen der Trennkupplung nicht in Frage, da die damit realisierte Verzögerung dann über der angeforderten läge. In allen anderen Fällen jedoch wird der Verzögerungsbeitrag durch das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine durch Schließen der Trennkupplung genutzt, selbst wenn die angeforderte Verzögerung, d. h. die Sollverzögerung, auch allein durch die generatorisch betriebene elektrische Maschine erzielbar wäre. Diese Auslegung mindert zwar die erzielbare Rekuperationsleistung; durch die Drehung der Verbrennungskraftmaschine ergeben sich jedoch andererseits Vorteile, die ohne die vorliegende Erfindung nicht nutzbar wären.
So führt das Mitdrehen der angekoppelten Verbrennungskraftmaschine zu deren Erwärmung durch Reibung. Dies hat Vorteile, wenn das Fahrzeug zu einem späteren Zeitpunkt im gekoppelten Fahrbetriebsmodus betrieben werden soll, d. h. wenn die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird, um positives Moment an den Antriebsstrang zu liefern. Analoges gilt, wenn die Verbrennungskraftmaschine ab- und das Fahrzeug im rein elektrischen Fahrbetriebsmodus weiterbetrieben wird, wobei ein Auskühlen der Verbrennungskraftmaschine verhindert wird. Eine vorgewärmte bzw. warmgehaltene Verbrennungskraftmaschine arbeitet nämlich im Hinblick auf Kraftstoffverbrauch und Emissionen deutlich günstiger als eine kalte Maschine. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß die wunschgemäß zu „vernichtende” kinetische Energie des Kraftfahrzeugs zum Vorwärmen der Verbrennungskraftmaschine genutzt. In einer Gesamtbilanz zu Kraftstoffverbrauch und Emission ist dies günstiger als die einseitige Maximierung der Rekuperationsleistung. Es kann sogar vertretbar sein, die Verbrennungskraftmaschine, während sie bei geschlossener Trennkupplung mitgeschleppt wird, geringfügig mit Treibstoff zu versorgen, um Ihre Erwärmung zu beschleunigen. Alternativ kann die Erwärmung während der Verzögerung dadurch begünstigt werden, dass die Ventile – geeignete Ventilsteuerung vorausgesetzt – geschlossen bleiben, sodass keine Wärme durch Gasaustausch im Zylinder verloren geht. Auch eine Kombination ist denkbar, wobei Wärme nur gezielt an den Abgastrakt abgegeben wird, sodass die Abgase eine im Hinblick auf den Emissionsschutz günstigere Temperatur erhalten.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und der Zeichnung.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Es zeigt
1: eine schematische Darstellung eines parallelhybriden Antriebsstrangs.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
1 zeigt einen parallelhybriden Antriebsstrang 10 mit einer Verbrennungskraftmaschine 12 einer elektrischen Maschine 14 und einem nicht weiter im Detail dargestellten Abtrieb 16. Die elektrische Maschine 14 ist über ihre Ausgangswelle 18 mit dem Abtrieb 16 verbunden. Die Eingangswelle 20 der elektrischen Maschine 14 ist mit dem Ausgang einer Trennkupplung 22 verbunden. Eingangsseitig ist die Trennkupplung 22 mit der Kurbelwelle 24 der Verbrennungskraftmaschine 12 verbunden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Antriebsstrang 10 zunächst im rein elektrischen Fahrbetriebsmodus betrieben, d. h. die Trennkupplung 22 ist geöffnet. Allein die elektrische Maschine 14 liefert ein positives Drehmoment an den Abtrieb 16. In diesem Fahrbetriebsmodus lassen sich bei modernen Hybridfahrzeugen niedrige und mittlere Geschwindigkeiten realisieren. Insbesondere werden Fahrzeuge unmittelbar nach dem Kaltstart im Stadtbetrieb, etwa bis zum Erreichen der Autobahn bevorzugt im rein elektrischen Fahrbetriebsmodus betrieben. Typischerweise wird die elektrische Maschine 14 dabei momentengeregelt, wobei das an den Abtrieb 16 abzugebende Moment von einer Steuereinrichtung 26 aus einer gemessenen Stellung eines Fahrpedals 28 berechnet wird. Einen Wunsch nach Verzögerung signalisiert der Fahrer durch Betätigung eines Bremspedals 30, dessen Stellung von geeigneten Sensoren gemessen und ebenfalls an die Steuereinrichtung geleitet wird. Diese berechnet aus der Bremspedalstellung die gewünschte Verzögerung, d. h. typischerweise zunächst ein Soll-Bremsmoment. Zusätzlich berechnet die Steuereinrichtung dasjenige Bremsmoment, welches die Verbrennungskraftmaschine 12 liefern würde, wenn sie ohne Kraftstoffzufuhr bei den gegebenen Fahrbetriebsparametern (z. B. Temperatur, Drehzahl ect.) mitgeschleppt würde, d. h. wenn die Trennkupplung 22 geschlossen wäre.
Im Fall, dass das angeforderte Bremsmoment, d. h. das Soll-Bremsmoment, kleiner als das hypothetische Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 12 ist, bleibt es beim momentengeregelten Betrieb der elektrischen Maschine 14, die dann zur Erzeugung des angeforderten Bremsmomentes entsprechend generatorisch betrieben wird. Anderenfalls, d. h. wenn das angeforderte Bremsmoment größer ist als das hypothetische Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 12, wird das angeforderte Bremsmoment in einen Soll-Drehzahlverlauf „umgerechnet” und die Regelung der elektrischen Maschine 14 auf einen Drehzahlregelungsmodus umgeschaltet. Anschließend wird die Trennkupplung 22 geschlossen, wodurch das bisher hypothetische Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 12 realisiert wird. Der resultierende Momentensprung wird durch die Drehzahlregelung kompensiert, wobei derjenige Anteil der Verzögerung, der über den von der Verbrennungskraftmaschine 12 gelieferten Beitrag hinausgeht, durch entsprechenden generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 14 beigesteuert wird.
Als Vorsteuergrößen für diese Drehzahlregelung der elektrischen Maschine dienen während des Schließvorgangs der Trennkupplung 22 die Stellung des Bremspedals 30 sowie das aktuelle Kupplungsmoment der Trennkupplung 22. Nach dem Schließen der Trennkupplung 22 dienen als Vorsteuergrößen die Stellung des Bremspedals 30 sowie das Schleppmoment, und zwar bevorzugt sowohl sein tatsächlicher Verlauf als auch dessen Änderung mit der Drehzahl.
Hierdurch wird erreicht, dass, wann immer möglich, das Schleppmoment der Verbrennungskraftmaschine 12 zur Unterstützung der Verzögerung des Kraftfahrzeugs eingesetzt wird, was zwar die maximal erzielbare Rekuperationsleistung mindert, dafür aber für eine Vorwärmung bzw. Warmhaltung der Verbrennungskraftmaschine 12 im rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs sorgt.
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in der Figur gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben.
Bezugszeichenliste

10: Antriebsstrang
12: Verbrennungskraftmaschine
14: elektrische Maschine
16: Antrieb
18: Ausgangswelle von 14
20: Eingangswelle von 14
22: Trennkupplung
24: Kurbelwelle von 12
26: Steuereinheit
28: Fahrpedal
30: Bremspedal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102007008477 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Verzögern eines im Fahrbetrieb befindlichen Kraftfahrzeugs mit einem parallelhybriden Antriebsstrang (10), welcher eine ausgangsseitig mit einem Abtrieb (16) gekoppelte elektrische Maschine (14), eine der elektrischen Maschine (14) vorgeschaltete und mittels einer schaltbaren Trennkupplung (22) angekoppelte Verbrennungskraftmaschine (12) sowie eine Steuereinrichtung (26) zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine (14) und der Verbrennungskraftmaschine (12) aufweist, umfassend die folgenden Schritte: – Vorgabe einer am Abtrieb (16) zu realisierenden Soll-Verzögerung, – Berechnen eines Verzögerungsgrenzwertes, – Vergleichen des Verzögerungsgrenzwertes mit der Soll-Verzögerung, – Fortsetzen des Fahrbetriebs mit geöffneter Trennkupplung (22), falls die Soll-Verzögerung kleiner oder gleich dem Verzögerungsgrenzwert ist, und Fortsetzen des Fahrbetriebs mit geschlossener (22) Trennkupplung, falls die Soll-Verzögerung größer als der Verzögerungsgrenzwert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (26) vor einem Schließen der Trennkupplung (22) von einer Drehmomentregelung der elektrischen Maschine (14) auf deren Drehzahlregelung umschaltet, sodass eine Ist-Drehzahl der elektrischen Maschine (14) einem Verlauf einer Soll-Drehzahl folgt, welcher von der Steuereinrichtung (26) auf Basis einer gemessenen Bremspedalstellung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (26) während eines Schaltstellungswechsels der Trennkupplung (22) deren Kupplungsmomentenverlauf als Vorsteuergröße in die Berechnung des Verlaufs der Soll-Drehzahl miteinfließen lässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (26) bei geschlossener Trennkupplung (22) einen Verlauf eines Schleppmomentes der Verbrennungskraftmaschine (12) als Vorsteuergröße in die Berechnung des Verlaufs der Soll-Drehzahl miteinfließen lässt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Verzögerung des Kraftfahrzeugs aus einem rein elektrischen Fahrbetriebsmodus mit geöffneter Trennkupplung (22) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verzögerungsgrenzwert diejenige Verzögerung anhand aktuell anliegender Fahrbetriebsparameter berechnet wird, welche die nicht mit Treibstoff versorgte Verbrennungskraftmaschine (12) bei diesen Fahrbetriebsparametern liefern würde, wenn die Trennkupplung (22) geschlossen wäre.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Ventile der Verbrennungskraftmaschine (12) während eines Verzögerungsvorgangs mit geschlossener Trennkupplung (22) geschlossen bleiben.