DE102014209395A1 - Verfahren zur Verminderung von Schleppmomentschwankungen beim elektrischen Anfahren - Google Patents
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung und ein Computerprogramm zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs.
- Stand der Technik
- Aus der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2014 202 058 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem bei einem Anfahrvorgang mit einem an eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angekoppelten Elektromotor der Elektromotor so zur Abgabe eines Drehmoments angesteuert wird, dass das vom Elektromotor abgegebene Drehmoment einen kurbelwellenwinkelabhängigen Anteil enthält, der kurbelwellenwinkelabhängigen Schwankungen eines Schleppmoments der Brennkraftmaschine entgegenwirkt. - Offenbarung der Erfindung
- Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. In weiteren Aspekten werden eine Recheneinheit und ein Computerprogramm mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
- Wird bei einem Anfahrvorgang eine motorisch betreibbaren elektrische Maschine zur Abgabe eines das Kraftfahrzeug antreibenden Drehmoments angesteuert, wobei gleichzeitig ein Bremssystem des Kraftfahrzeugs so angesteuert wird, dass es ein bremsendes Drehmoment (z.B. auf die Räder des Kraftfahrzeugs, sodass deren Rotationsbewegung eine Bremswirkung erfährt) aufbringt, so lässt sich der Anfahrvorgang besonders einfach kontrollieren.
- Es wurde erkannt, dass ein erhöhtes Drehmoment der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine notwendig ist, wenn an Fahrbahnunebenheiten angefahren wird (z.B. wenn sich eine Fahrbahnkante unmittelbar vor den Rädern befindet), oder wenn beim Anschleppen einer Brennkraftmaschine Gasfederkräfte durch Kompression und Dekompression der Luft in den Zylindern überwunden werden müssen. Wird das Hindernis, also z.B. die Fahrbahnkante oder die Gasfeder, schlagartig überwunden, ist es der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine nicht ohne weiteres einfach möglich, das Drehmoment schnell zu reduzieren, was in solchen Situationen als ein Ruck spürbar und damit unkomfortabel ist.
- Wird nun das antreibende Drehmoment, welches von der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine gestellt wird, bewusst überhöht, so kann dieses durch das bremsende Drehmoment des Bremssystems, beispielsweise eines ESP-Systems, wieder kompensiert werden. Es wurde erkannt, dass der Aufbau des bremsenden Drehmoments des Bremssystems deutlich schneller ist als die Reduktion des antreibenden Drehmoments der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine. Daher ist somit besonders einfach ein komfortables Anfahren realisierbar.
- Steigt umgekehrt ein angefordertes Gesamtdrehmoment an, so kann dieser geänderten Anforderung durch Abbau des bremsenden Drehmoments entsprochen werden. Dies ist deutlich schneller als eine Erhöhung des antreibenden Drehmoments der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine.
- In einer Weiterbildung ist es möglich, diesen Anfahrvorgang anhand eines ermittelten Geschwindigkeits-Istwerts des Kraftfahrzeugs zu regeln. Wird ein rascher Anstieg des Geschwindigkeits-Istwerts erkannt, oder wird erkannt, dass sich der Geschwindigkeits-Istwert einem Geschwindigkeits-Sollwert rasch annähert oder wird erkannt, dass der Geschwindigkeits-Istwert den Geschwindigkeits-Sollwert überschreitet, so kann durch entsprechende Ansteuerung des Bremssystems ein unkomfortabler Ruck besonders einfach verhindert werden.
- Somit ist es möglich, im Fall eines unerwarteten höheren Drehmomentenbedarfs (z.B. wenn die Vorderräder des Kraftfahrzeugs an einer Fahrbahnkante stehen) durch das erhöhte antreibende Drehmoment den Anfahrvorgang erfolgreich und komfortabel durchzuführen. Das zu hoch eingestellte antreibende Drehmoment wird an den Rädern des Kraftfahrzeugs durch das bremsende Drehmoment des Bremssystems abgeregelt.
- Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn eine ausführende Recheneinheit noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
- Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
- Verschiedene Aspekte eines Ausführungsbeispiels der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs in schematischer Darstellung, -
2 zeigt einen Anfahrregler gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung, -
3 zeigt einen Anfahrregler gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung. - Ausführungsform(en) der Erfindung
-
1 zeigt schematisch einen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, dessen Antriebsstrang eine motorisch betreibbare elektrische Maschine aufweist. Im Ausführungsbeispiel ist diese motorisch betreibbare elektrische Maschine ein Elektromotor8 , es könnte aber beispielsweise auch ein Startergenerator sein. - Im Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug auch eine Brennkraftmaschine
6 auf, diese ist aber nicht zwingend notwendig. Im Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug ferner eine (nicht dargestellte) manuelle Kupplung auf, mit der Brennkraftmaschine6 und Elektromotor8 vom restlichen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs getrennt werden kann, beispielsweis um einen Gangwechsel eines Getriebes zu ermöglichen. Im Ausführungsbeispiel ist der Elektromotor über einen Riementrieb30 mit der Brennkraftmaschine6 verbunden. Auch dies ist nicht zwingend erforderlich. - Wichtig für die Erfindung ist lediglich, dass die motorisch betreibbare elektrische Maschine, d.h. im Ausführungsbeispiel der Elektromotor
8 , mit Rädern des Kraftfahrzeugs so gekoppelt ist, dass sie das Kraftfahrzeug antreiben kann. - Im Ausführungsbeispiel wird der Elektromotor
8 von einem Elektromotor-Steuergerät50 angesteuert, die Brennkraftmaschine6 von einem Motorsteuergerät40 . Die beiden Steuergeräte kommunizieren über ein Bussystem70 miteinander. Ein Bremssystem7 , beispielsweise ein ESP, wird über ein Brems-Steuergerät80 , angesteuert, welches mit dem Motorsteuergerät40 über ein weiteres Bussystem71 kommuniziert. -
2 zeigt einen ersten Aspekt einer Vorrichtung zur Steuerung eines Anfahrvorgangs des Kraftfahrzeugs. Eine Drehmoment-Ermittlungseinheit100 ermittelt ein Gesamtdrehmoment DM, welches beim Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und zum Überwinden Kraftfahrzeug-interner Widerstände (beispielsweise Trägheitsmomente) notwendig ist. Eine Drehmoment-Aufteilungseinheit110 teilt dieses Gesamtdrehmoment DM auf in ein bremsendes Drehmoment BM, welches vom Bremssystem7 eingestellt wird, und ein antreibendes Drehmoment EM, welches vom Elektromotor8 eingestellt wird. - Vorzugsweise ist die Summe aus antreibendem Drehmoment EM und dem (negativen) bremsenden Drehmoment BM gleich dem Gesamtdrehmoment DM, wobei weiter bevorzugt das antreibende Drehmoment EM um einen Offset größer ist als das Gesamtdrehmoment, sodass das bremsende Drehmoment BM größer als Null ist.
- Steigt dann das erforderliche Gesamtdrehmoment DM sprunghaft an, so kann dieser Anforderung nicht nur durch eine Erhöhung des antreibenden Drehmoments EM, sonder alternativ oder ergänzend auch durch eine Reduktion des bremsenden Drehmoments BM begegnet werden.
-
3 zeigt schematisch einen weiteren Aspekt einer Vorrichtung zum Anfahren.3 zeigt einen Anfahrregler14 für einen Anfahrvorgang des Kraftfahrzeugs und ggf. zum Start der Brennkraftmaschine6 durch den Elektromotor8 bei geschlossenem Antriebsstrang. Der Anfahrregler14 ist vorzugsweise programmtechnisch im Motorsteuergerät40 implementiert. - Der Anfahrregler
14 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Regler18 , einen Bremseingriffs-Regler26 , eine Motorschleppmoment-Bestimmungseinheit20 und eine Drehmoment-Vorsteuerungseinheit22 auf. Der Anfahrregler empfängt von einer Sollgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit16 einen Geschwindigkeits-Sollwert GSW. Der Regler18 dient im Wesentlichen dazu, das vom Elektromotor8 abgegebene Drehmoment so vorzugeben, dass die erwünschte Geschwindigkeit, also der Geschwindigkeits-Sollwert GSW, erreicht wird. Die Motorschleppmoment-Bestimmungseinheit20 dient zusammen mit der Drehmoment-Vorsteuerungseinheit22 im Wesentlichen dazu, das vom Elektromotor8 abgegebene Drehmoment dabei so zu variieren, dass es kurbelwellenwinkelabhängigen Schwankungen eines Schleppmoments der Brennkraftmaschine6 entgegenwirkt, idealerweise diese zu Null kompensiert. - Ferner weist der Anfahrregler
14 eine Steuereinheit24 zur Ansteuerung des Elektromotors8 auf. - Die Sollgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit
16 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, als Eingangsgrößen eine Zeit t, einen Straßensteigungswinkel w, ein Kraftfahrzeuggewicht m und eine Gasbetätigungselementstellung x, insbesondere des Gaspedals, einzulesen. Aus diesen Eingangsgrößen bestimmt die Sollgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit16 den Geschwindigkeits-Sollwert GSW. Vorzugsweise ist die Sollgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit16 dazu eingerichtet, den Geschwindigkeits-Sollwert GSW so zu bestimmen, dass für Insassen der Anfahrvorgang angenehm abläuft, d.h. eine angemessene Fahrzeugbeschleunigung erreicht wird. Insbesondere soll vermieden werden, dass vom Antriebsstrang zu große Drehmomente oder zu geringe Drehmomente übertragen werden. Zu große Drehmomente bewirken eine zu starke Beschleunigung, die für Insassen nicht angenehm wirkt (außer wenn es vom Fahrer so gewünscht wäre (Kickdown oder zu viel Gas)), zu geringe Drehmomente können Vibrationen beim Anfahren begünstigen, da der Antriebsstrang und ggf. der Motorblock längere Zeit im eigenen Resonanzband betrieben werden. - Der Geschwindigkeits-Sollwert GSW ist eine Eingangsgröße des Reglers
18 , der im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen PID-Regler aufweist. Als weitere Eingangsgröße wird dem Regler18 ein von einer Geschwindigkeits-Ermittlungseinheit60 ermittelter Geschwindigkeits-Istwert GIW des Kraftfahrzeugs zugeführt. Als Ausgang liefert der Regler18 eine Stellgröße STG, die der Steuereinheit24 zugeführt wird. Es sei betont, dass Sollgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit und Regler im Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft dargestellt werden und nur vorteilhafte, aber keine obligatorischen Merkmale der Erfindung darstellen. - Die Motorschleppmoment-Bestimmungseinheit
20 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, als Eingangsgrößen einen Kurbelwellenwinkel α, eine Brennkraftmaschinentemperatur T, eine Brennkraftmaschinendrehzahl n und einen Zylinderfüllungsgrad f einzulesen. Aus diesen Eingangsgrößen bestimmt die Motorschleppmoment-Bestimmungseinheit20 ein Motorschleppmoment MSM, insbesondere unter Verwendung von Kennfeldern, das der Steuereinheit24 zugeführt wird. Es sei betont, dass außer dem Kurbelwellenwinkel α alle anderen Eingangsgrößen optional sind. - Die Drehmoment-Vorsteuerungseinheit
22 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, als Eingangsgrößen einen eingelegten Gang g des Getriebes12 , eine Brennkraftmaschinen-Startposition p, d.h. einen initialen Kurbelwellenwinkel, den Straßensteigungswinkel w und das Kraftfahrzeuggewicht m einzulesen. Aus diesen Eingangsgrößen bestimmt die Drehmoment-Vorsteuerungseinheit22 eine Drehmomentstellgröße DST, die der Steuereinheit24 zugeführt wird. Die Drehmoment-Vorsteuerungseinheit22 dient im Wesentlichen dazu, Größen zu berücksichtigen (d.h. entgegenzuwirken oder idealerweise zu Null zu kompensieren), die sich in kurbelwellenwinkelunabhängiger Weise auf das abzugebende Drehmoment auswirken, wie insbesondere der Anfahrwiderstand, Rollwiderstand, Hangabtrieb. Es sei betont, dass die Drehmoment-Vorsteuerungseinheit im Ausführungsbeispiel lediglich beispielhaft dargestellt wird und kein obligatorisches Merkmal der Erfindung darstellt. - Die Steuereinheit
24 ist dazu ausgebildet bzw. eingerichtet, die Stellgröße STG, das Motorschleppmoment MSM und die Drehmomentstellgröße DST auszuwerten und den Elektromotor8 derart anzusteuern, dass das Motorschleppmoment möglichst kompensiert und dadurch ein Anfahrvorgang und das Starten der Brennkraftmaschine6 gleichmäßiger durchgeführt wird, d.h. im Wesentlichen ruckelfrei ist. Unter ruckelfrei wird dabei eine Beschleunigung verstanden, die von Insassen des Kraftfahrzeugs als gleichmäßig und schwankungsfrei empfunden wird. Insbesondere wird die Beschleunigung als über einen längeren Zeitraum von z.B. mehreren Sekunden, als stetig wahrgenommen. - Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der Elektromotor
8 mit einem erhöhten Drehmoment angesteuert wird, beispielsweise, indem die von der Drehmoment-Vorsteuerungseinheit22 ermittelte Drehmomentstellgröße DST um einen Offset erhöht wird. - Im Ausführungsbeispiel werden Geschwindigkeits-Istwert GIW und Geschwindigkeits-Sollwert GSW auch dem Bremseingriffs-Regler
26 übermittelt. Der Bremseingriffs-Regler26 ermittelt, ob eine der Geschwindigkeits-Istwert GIW den Geschwindigkeits-Sollwert GIW überschreitet, und steuert in diesem Fall das Bremssystem7 derart an, dass das Kraftfahrzeug abgebremst wird. - Der Anfahrregler
14 , die Sollgeschwindigkeit-Bestimmungseinheit16 , der Regler18 , die Motorschleppmoment-Bestimmungseinheit20 , die Drehmoment-Vorsteuerungseinheit22 die Steuereinheit24 und der Bremseingriffs-Regler26 können Hardware- und/oder Softwarekomponenten aufweisen. - 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 102014202058 [0002]
Claims (11)
- Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, bei dem bei einem Anfahrvorgang eine motorisch betreibbaren elektrische Maschine (
8 ) zur Abgabe eines das Kraftfahrzeug antreibenden Drehmoments (EM) angesteuert wird, wobei gleichzeitig ein Bremssystem (7 ) des Kraftfahrzeugs so angesteuert wird, dass es ein bremsendes Drehmoment (BM) aufbringt. - Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei einer Erhöhung eines angeforderten Gesamtdrehmoments (DM) das bremsende Drehmoment (BM) reduziert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ansteuerung des Bremssystems (
7 ) abhängig von einem Geschwindigkeits-Istwert (GIW) des Kraftfahrzeugs erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Ansteuerung des Bremssystems (
7 ) auch abhängig von einem Geschwindigkeits-Sollwert (GSW) des Kraftfahrzeugs erfolgt. - Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Ansteuerung des Bremssystems (
7 ) abhängig von einem Bremseingriffs-Regler erfolgt, wobei das Bremssystem (7 ) dann bremsend angesteuert wird, wenn der Geschwindigkeits-Sollwert (GSW) größer ist als der Geschwindigkeits-Istwert (GIW). - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das von der motorisch betreibbaren elektrischen Maschine (
8 ) abgegebene Drehmoment einen von einem Winkel einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (6 ) des Kraftfahrzeugs abhängigen Anteil (DST) enthält, der Größen, die sich in kurbelwellenwinkelunabhängiger Weise auf das abzugebende Drehmoment auswirken, entgegenwirkt. - Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die motorisch betreibbare elektrische Maschine (
8 ) so zur Abgabe eines Drehmoments angesteuert wird, dass das von ihr abgegebene Drehmoment einen von einem Winkel einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine (8 ) abhängigen Anteil (MSM) enthält, der kurbelwellenwinkelabhängigen Schwankungen eines Schleppmoments der Brennkraftmaschine (6 ) entgegenwirkt. - Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Bestimmung des kurbelwellenwinkelabhängigen Anteils (MSM) im Wege einer Vorsteuerung erfolgt.
- Recheneinheit (
40 ), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen. - Computerprogramm, das eine Recheneinheit (
40 ) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (40 ) ausgeführt wird. - Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10.
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