DE102011056598A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems - Google Patents

Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems Download PDF

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Heiko Mayer
Stefan Wimmer
Tobias Roulet
Christian Wiedenbrügge
Nils Sauvlet
Dominik Bender
Markus Gantikow
Holger Bartels
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit zwei unabhängig voneinander angetriebenen Antriebsachsen, mit mindestens zwei Antriebseinrichtungen (10, 18, 20), mindestens einer Steuereinrichtung (16), mindestens einer Leistungselektronik (12, 14) und einer Energiespeicheranordnung (24), wobei die Steuereinrichtung (16) zumindest ein Antriebsregelmodul (26), ein Rekuperationsregelmodul (28) und ein Bremsregelmodul (30) aufweist, wobei ein der ersten Antriebsachse (6) zugeordnete Kupplungsgetriebe (22) entkoppelt ist, wobei das Kraftfahrzeug ausschließlich über die zweite Antriebsachse (8) antreibbar ist, wobei das Antriebsregelmodul (26) einen maximalen Rekuperationsgrenzwert (32) für die zweite Antriebsachse (8) vorsieht, wobei das Rekuperationsregelmodul (28) diesen Rekuperationsgrenzwert (32) als maximalen Rekuperationsgesamtgrenzwert (34) festlegt, wobei das Bremsregelmodul (30) ein angefordertes Gesamtbremsmoment (38) vorsieht, derart, dass durch das Rekuperationsregelmodul (28) ein Rekuperationsgesamtmoment (44) und damit auch Rekuperationsteilmoment (46) für die zweite Antriebsachse (8) ableitbar sind, wobei bei einem Gesamtbremsmoment (38) größer dem Rekuperationsgesamtgrenzwert (34) das Bremsregelmodul (30) einen zusätzlichen hydraulischen Bremdruck phydr. erzeugt und an ein Bremssystem (40) übermittelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei unabhängig voneinander angetriebenen Achsen, mindestens einem Elektroantrieb, mindestens einer Steuereinrichtung mit mindestens einer Leistungselektronik und mit einer Energiespeicheranordnung.
  • Ein derartiges Antriebssystem ist beispielsweise aus der DE 10 2006 030 197 A1 bekannt. Aus dieser Druckschrift ist es darüber hinaus bekannt, an zwei rotierbar gelagerten Wellen, insbesondere einer Achse, eine Änderung der Drehmomentverteilung vorzunehmen, um die dynamische Stabilitätssteuerung des Kraftfahrzeuges zu verbessern. Grundsätzlich sind darüber hinaus auch Antriebssysteme für Allrad-Kraftfahrzeuge bekannt, die zur Optimierung der fahrdynamischen Eigenschaften des Kraftfahrzeuges sowie zur Optimierung der Stabilitätssteuerung die Drehmomentverteilung der beiden Antriebsachsen variieren bzw. anpassen. Wenn auch diese Anpassung der Drehmomentverteilung hinsichtlich der Fahrzeugstabilität und der fahrdynamischen Eigenschaften durchaus zufriedenstellende Ergebnisse liefert, so bietet die Anpassung der Drehmomentverteilung darüber hinaus ein großes Potential, den Verbrauch und damit die CO2-Emissionen zu verringern, also die Fahreffizienz zu verbessern. Diese Forderung bildet jedoch einen Zielkonflikt mit der Forderung einer größtmöglichen Fahrdynamik.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem zu schaffen, das vor dem Hintergrund von optimalen fahrdynamischen Bedingungen und einer optimalen Stabilitätssteuerung des Kraftfahrzeuges eine energie-effiziente Antriebsmomentverteilung gewährleistet.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung zumindest ein Antriebsregelmodul, ein Rekuperationsregelmodul und ein Bremsregelmodul aufweist, wobei das der ersten Antriebsachse zugeordnete Kupplungsgetriebe entkoppelt ist, derart dass das Kraftfahrzeug ausschließlich über die zweite Antriebsachse antreibbar ist, wobei das Antriebsregelmodul einen maximalen Rekuperationsgrenzwert für die zweite Antriebsachse vorsieht, wobei das Rekuperationsregelmodul diesen Rekuperationsgrenzwert als maximales Rekuperationsgesamtgrenzwert festlegt, wobei das Bremsregelmodul ein vom Fahrer angefordertes Gesamtbremsmoment vorsieht, derart, dass durch das Rekuperationsregelmodul ein Rekuperationsgesamtmoment und damit auch ein Rekuperationsteilmoment für die zweite Antriebsachse ableitbar sind, wobei bei einem Gesamtbremsmoment größer dem Rekuperationsgesamtgrenzwert das Bremsregelmodul einen zusätzlichen hydraulischen Bremsdruck erzeugt und an ein Bremssystem übermittelt. Durch ein derartig ausgebildetes Antriebssysten ist es möglich, eine besonders energieeffiziente Fahrstrategie, nämlich ein Antrieb lediglich über die zweite Antriebsachse, um zu setzen.
  • Desweiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, wobei bei einem entkoppelten Kupplungsgetriebe in einem ersten Schritt ein Bremspedal betätigt wird oder ein Assistenzsystem eine Bremsanforderung sendet und durch das Antriebsregelmodul ein maximaler Rekuperationsgrenzwert für die zweite Antriebsachse bestimmt wird und an das Rekuperationsregelmodul übermittelt wird, in einem zweiten Schritt durch das Rekuperationsregelmodul aus dem Rekuperationsgrenzwert der zweiten Antriebsachse ein Rekuperationsgesamtgrenzwert ermittelt wird, in einem dritten Schritt durch das Bremsregelmodul in Abhängigkeit des Fahrerwunsches ein Gesamtbremsmoment ermittelt wird und an das Rekuperationsregelmodul übermittelt wird, in einem vierten Schritt durch das Rekuperationsregelmodul das Rekuperationsgesamtmoment für die zweite Antriebsachse ermittelt wird und an das Antriebsregelmodul übermittelt wird zur Bildung des Rekuperationsteilmomentes, in einem fünften Schritt durch das Bremsregelmodul ein hydraulischer Bremsdruck erzeugt wird für den Fall, dass das Gesamtbremsmoment größer als der Rekuperationsgesamtgrenzwert ist und dieser hydraulische Bremsdruck an das Bremssystem übermittelt wird.
  • Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn ein Traktionsregelmodul vor dem Hintergrund von fahrzeugdynamischen Parametern das vom Rekuperationsregelmodul an das Antriebsregelmodul übermittelte Rekuperationsgesamtmoment überprüft wird und gegebenenfalls verringert wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem, und
  • 2 ein Blockschaltbild einer Steuereinrichtung des erfindungsgemäßen Antriebssystems.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einem schematisch dargestellten Antriebssystem 4. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine erste Antriebsachse 6 auf, die als Hinterradachse ausgebildet ist sowie eine zweite Antriebsachse 8, die als Vorderradachse ausgebildet ist. Im Frontbereich ist ein Elektroantrieb 10 vorgesehen, der über ein nicht weiter dargestelltes Ein-Gang-Kupplungsgetriebe mit der Vorderradachse 8 verbunden ist. Des Weiteren ist im Frontbereich eine Leistungselektronik 12 angeordnet, die wie eine zweite Leistungselektronik 14 im Heckbereich auf bekannte Weise mit einer Steuereinrichtung 16 verbunden ist, um die jeweiligen Antriebseinrichtungen anzusteuern. Im Heckbereich des Kraftfahrzeuges 2 sind neben der bereits genannten Leistungselektronik 14 und der Steuereinrichtung 16 ein Verbrennungsmotor 18 sowie ein zweiter Elektroantrieb 20 angeordnet, die auf bekannte Weise über ein Doppelkupplungsgetriebe 22 mit der als Hinterradachse ausgebildeten ersten Antriebsachse 6 antriebstechnisch verbunden sind. Des Weiteren ist im Heckbereich auch noch eine Energiespeicheranordnung 24 vorgesehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Lithium-Ionen-Batteriepack ausgeführt ist. Es sollte deutlich sein, dass jedoch auch andere Energiespeicheranordnungen, wie zum Beispiel Schwungradanordnungen, vorgesehen sein können. Das erfindungsgemäße Antriebssystem 4 sieht nun vor, wie mit Hilfe der 2 beschrieben wird, eine besonders energieeffiziente Fahrstrategie umgesetzt werden kann.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild mit Regelmodulen der Steuereinrichtung 16. Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Antriebssituation, die eine besonders energieeffiziente Fahrstrategie umsetzt. Hierbei wird das Fahrzeug 2 lediglich über die zweite Antriebsachse 8 angetrieben. Die Steuereinrichtung 16 weist zumindest ein Antriebsregelmodul 26, ein Rekuperationsregelmodul 28 und ein Bremsregelmodul 30 auf. Das Antriebsregelmodul 26 ermittelt einen maximalen Rekuperationsgrenzwert 32 für die zweite Antriebsachse 8, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Vorderradachse ausgebildet ist. Die erste Antriebsachse 6 ist, wie im Blockschaltbild dargestellt, komplett vom Antriebsstrang entkuppelt. Im Rekuperationsregelmodul wird ein Rekuperationsgesamtgrenzwert 34 festlegt, der kleinr oder gleich dem Rekuperationsgrenzwert 32 ist. Das Bremsregelmodul 30 sieht ein vom Fahrer 36 angefordertes Gesamtbremsmoment 38 vor und übermittelt dieses an das Rekuperationsregelmodul 28. Ist dieses Gesamtbremsmoment 38 kleiner als der Rekuperationsgesamtgrenzwert 34, so kann das Fahrzeug allein über eine Rekuperation des Elektroantriebes 10 der Vorderachse 8 abgebremst werden. Es sollte deutlich sein, dass eine derartig ausgeführte Bremsstrategie lediglich bei geringer Längs- und/oder Querdynamik des Fahrzeuges zulässig ist. Auch sollten durch den Fahrer 36 oder ein Assistenzsystem lediglich moderate Verzögerungen, zum Beispiel in der Größenordnung kleiner 2 m/s2 an das Bremsregelmodul 30 übermittelt werden. In allen anderen Fällen, oder auch, wenn das angeforderte Gesamtbremsmoment 38 größer als der Rekuperationsgesamtgrenzwert 34 ist, wird vom Bremsregelmodul 30 ein hydraulischer Bremsdruck phydr. erzeugt und an ein Bremssystem 40 übermittelt.
  • Ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems 4 kann nun wie folgt beschrieben werden. In einer Antriebssituation, in der das Fahrzeug 2 mittels eines Gaspedals 41 im Vortrieb bewegt wird und in der die Hinderradachse 6 vom Antriebsstrang entkoppelt ist, wird zu einem Zeitpunkt t1 das Bremspedal 42 betätigt. Durch das Antriebsregelmodul 26 wird ein maximaler Rekuperationsteilgrenzwert 32 für die zweite Antriebsachse 8 bestimmt und an das Rekuperationsregelmodul 28 übermittelt. In einem zweiten Schritt wird durch das Rekuperationsregelmodul 28 aus dem Rekuperationsteilgrenzwert 32 der zweiten Antriebsachse 8 ein Rekuperationsgesamtgrenzwert 34 ermittelt. In einem dritten Schritt wird durch das Bremsregelmodul 30 in Abhängigkeit des Fahrerwunsches ein Gesamtbremsmoment 38 ermittelt und an das Rekuperationsregelmodul 28 übermittelt. Nachfolgend wird dann in einem vierten Schritt durch das Rekuperationsregelmodul 28 das Rekuperationsgesamtmoment 44 für die zweite Antriebsachse 8 ermittelt und an das Antriebsregelmodul 26 übermittelt. Hier wird dann das Rekuperationsteilmoment 46 gebildet, das bei dieser Fahrstrategie dem Rekuperationsgesamtmoment 44 entspricht. Gleichzeitig kann in einem fünften Schritt durch das Bremsregelmodul 30 ein hydraulischer Bremsdruck erzeugt werden für den Fall, dass das Gesamtbremsmoment 38 größer als der Rekuperationsgesamtgrenzwert ist und dann dieser hydraulische Bremsdruck phydr. an das Bremssystem 40 übermittelt werden. Des Weiteren wird durch das Bremsregelmodul 30 vor dem Hintergrund von fahrzeugdynamischen Parametern das vom Rekuperationsregelmodul übermittelte Rekuperationsgesamtmoment überprüft und gegebenenfalls verringert.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102006030197 A1 [0002]

Claims (3)

  1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei unabhängigen Antriebseinrichtungen (10, 18, 20), die mindestens zwei voneinander unabhängige Antriebsachsen antreiben, wobei zumindest eine Antriebseinrichtung ein Elektroantrieb (10, 20) ist, mit mindestens einer Steuereinrichtung (16), mindestens einer Leistungselektronik (12, 14) und einer Energiespeicheranordnung (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) zumindest ein Antriebsregelmodul (26), ein Rekuperationsregelmodul (28) und ein Bremsregelmodul (30) aufweist, wobei ein der ersten Antriebsachse (6) zugeordnete Kupplungsgetriebe (22) entkoppelt ist, derart, dass das Kraftfahrzeug ausschließlich über die zweite Antriebsachse (8) antreibbar ist, wobei das Antriebsregelmodul (26) einen maximalen Rekuperationsgrenzwert (32) für die zweite Antriebsachse (8) vorsieht, wobei das Rekuperationsregelmodul (28) diesen Rekuperationsgrenzwert (32) als maximalen Rekuperationsgesamtgrenzwert (34) festlegt, wobei das Bremsregelmodul (30) ein angefordertes Gesamtbremsmoment (38) vorsieht, derart, dass durch das Rekuperationsregelmodul (28) ein Rekuperationsgesamtmoment (44) und damit auch Rekuperationsteilmoment (46) für die zweite Antriebsachse (8) ableitbar sind, wobei bei einem Gesamtbremsmoment (38) größer dem Rekuperationsgesamtgrenzwert (34) das Bremsregelmodul (30) einen zusätzlichen hydraulischen Bremdruck phydr. erzeugt und an ein Bremssystem (40) übermittelt.
  2. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem entkoppelten Kupplungsgetriebe (22) in einem ersten Schritt ein Bremspedal 42 wird oder eine Bremsanforderung von einem Assistenzsystem kommt und durch das Antriebsregelmodul (28) ein maximaler Rekuperationsteilgrenzwert (32) für die zweite Antriebsachse (8) bestimmt wird und an das Rekuperationsregelmodul (28) übermittelt wird, in einem zweiten Schritt durch das Rekuperationsregelmodul (28) aus dem Rekuperationsteilgrenzwert (32) der zweiten Antriebsachse (8) ein Rekuperationsgesamtgrenzwert (34) ermittelt wird, in einem dritten Schritt durch das Bremsregelmodul (30) in Abhängigkeit des Fahrerwunsches ein Gesamtbremsmoment (38) ermittelt wird und an das Rekuperationsregelmodul (28) übermittelt wird, in einem vierten Schritt durch das Rekuperationsregelmodul (28) das Rekuperationsgesamtmoment (44) für die zweite Antriebsachse (8) ermittelt und an das Antriebsregelmodul (26) übermittelt wird zur Bildung des Rekuperationsteilmomentes (46), in einem fünften Schritt durch das Bremsregelmodul (30) ein hydraulischer Bremsdruck phydraulisch erzeugt wird für den Fall, dass das Gesamtbremsmoment (38) größer als der Rekuperationsgesamtgrenzwert (34) ist und dieser hydraulische Bremsdruck phydraulisch an das Bremssystem (40)übermittelt wird.
  3. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bremsregelmodul (30) vor dem Hintergrund von fahrzeugdynamischen Parametern das vom Rekuperationsregelmodul (28) an das Antriebsregelmodul (26) übermittelte Rekuperationsgesamtmoment (38) überprüft wird und gegebenenfalls verringert wird.
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