DE102015205559B4

DE102015205559B4 - Verfahren und Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102015205559B4
Application number: DE102015205559.0A
Authority: DE
Inventors: David Prochazka; Matthias Klawitter; Michael Zillmer; Markus Fugel; Bernd Becker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2017-08-17
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: DE102015205559A1; CN106014655A; CN106014655B

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters (21) einer Antriebsvorrichtung (2, 2‘) eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine (20), eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten (24) und den Zusatzverdichter (21) aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten (24) zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine (20) ausgebildet sind und wobei der Zusatzverdichter (21) zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine (20) ausgebildet ist, umfassend: Ermitteln (50) eines Soll-Drehmoments für die Antriebsvorrichtung (2); Ermitteln (51) einer für ein Grunddrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Grunddrehmoment (MV) in Reaktion auf den Grundladedruck erzeugt; Bestimmen (52) in Abhängigkeit der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, ob das Grunddrehmoment kleiner ist als das Soll-Drehmoment; Ermitteln (53, 53‘) einer für ein Zusatzdrehmoment (MZ) charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments und der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, wobei die Verbrennungskraftmaschine (20) das Zusatzdrehmoment (MZ) in Reaktion auf den von dem Zusatzverdichter (21) bereitgestellten Zusatzladedruck erzeugt, wenn das Grunddrehmoment (MV) kleiner als das Soll-Drehmoment ist; und Steuern (54, 54‘) des Zusatzverdichters (21) in Abhängigkeit der für ein Zusatzdrehmoment (MZ) charakteristischen Größe derart, dass die Verbrennungskraftmaschine (20) ein um das Zusatzdrehmoment (MZ) erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment (MVZ) bereitstellt, wenn das Grunddrehmoment (MV) kleiner als das Soll-Drehmoment ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine, eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und wobei der Zusatzverdichter zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
Verbrennungskraftmaschinen sind üblicherweise dazu vorgesehen, ein Drehmoment bereitzustellen, um beispielsweise ein Fahrzeug anzutreiben. Das Drehmoment lässt sich unter anderem durch einen Ladedruck von der Verbrennungskraftmaschine zugeführter Zuluft regeln. Zum Einstellen des Ladedrucks können beispielswiese in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine Verdichtungskomponenten wie eine Drosselklappe, ein Abgasturbolader, ein Abgasrückführventil und gegebenenfalls ein Bypassventil vorgesehen sein, die so aufeinander abgestimmt werden, dass sich ein ein Soll-Drehmoment bewirkender Ladedruck einstellt. Allerdings tritt zwischen dem Abstimmen der Verdichtungskomponenten und dem Einstellen des Ladedrucks eine unerwünschte Verzögerung auf, die insbesondere bei einem Lastwechsel, beispielsweise beim Beschleunigen des Fahrzeugs, zu Funktionseinbußen führt.
Diese Verzögerung ist mitunter auf ein verspätetes Ansprechen des Abgasturboladers zurückzuführen. Um die Reaktion des Abgasturboladers zu verbessern, schlägt die DE 10 2004 042 272 A1 vor, aus einer Abweichung eines Soll-Ladedrucks und eines Ist-Ladedrucks eine Solldrehzahl des Verdichters des Abgasturboladers abzuleiten und eine Drehzahl des Verdichters mittels eines Stellglieds entsprechend der Solldrehzahl zu steuern.
Außerdem ist beispielsweise aus der DE 103 02 453 A1 bekannt, in dem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine einen elektrischen Hilfslader und in dem Abgastrakt einen Bypass mit Bypassventil vorzusehen. Der Ladedruck kann dann durch Zusammenwirken von Abgasturbolader und elektrischem Hilfslader geregelt werden, wobei das Bypassventil in Abhängigkeit einer Drehzahl des elektrischen Hilfsladers gesteuert wird.
Die DE 10 2010 007 601 A1 betrifft ein Steuerung- und Regelungsverfahren einer aufgeladenen Brennkraftmaschine auf Basis eines Soll-Ladedrucks. Bei Hochleistung wird die der Brennkraftmaschine zugeführte Ladeluft zweistufig verdichtet. Bei Niederleistung wird die zweistufig verdichtete Ladeluft zusätzlich über einen Kompressor nachverdichtet, bevor sie der Brennkraftmaschine zugeführt wird.
In der US 2010/0287932 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem elektrisch unterstützten Turbolader beschrieben. Bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine kann Ladedruck mit dem elektrischen Antrieb des Laders erzeugt werden. Bei einer Anforderung einer schnellen Beschleunigung kann ein elektrisches Moment der Massenträgheit des Turbinenrades, des Kompressorrades und des Motors entgegenwirken.
Auch wenn aus dem Stand der Technik grundsätzlich Verfahren und Steuerungen zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs bekannt sind, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs und eine entsprechende Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs nach Anspruch 10 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine, eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und wobei der Zusatzverdichter zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, umfassend:
Ermitteln eines Soll-Drehmoments für die Antriebsvorrichtung;
Ermitteln einer für ein Grunddrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Grunddrehmoment in Reaktion auf den Grundladedruck erzeugt;
Bestimmen in Abhängigkeit der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, ob das Grunddrehmoment kleiner ist als das Soll-Drehmoment;
Ermitteln einer für ein Zusatzdrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments und der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Zusatzdrehmoment in Reaktion auf den von dem Zusatzverdichter bereitgestellten Zusatzladedruck erzeugt, wenn das Grunddrehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment ist; und
Steuern des Zusatzverdichters in Abhängigkeit der für das Zusatzdrehmoment charakteristischen Größe derart, dass die Verbrennungskraftmaschine ein um das Zusatzdrehmoment erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment bereitstellt, wenn das Grunddrehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine, eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und wobei der Zusatzverdichter zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung nach dem ersten Aspekt durchzuführen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine, eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und wobei der Zusatzverdichter zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist, umfasst das Ermitteln eines Soll-Drehmoments für die Antriebsvorrichtung, das Ermitteln einer für ein Grunddrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Grunddrehmoment in Reaktion auf den Grundladedruck erzeugt, das Bestimmen in Abhängigkeit der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, ob das Grunddrehmoment kleiner ist als das Soll-Drehmoment, das Ermitteln einer für ein Zusatzdrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments und der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Zusatzdrehmoment in Reaktion auf einen von dem Zusatzverdichter bereitgestellten Zusatzladedruck erzeugt, wenn das Grunddrehmoment kleiner als das Solldrehmoment ist, und das Steuern des Zusatzverdichters derart, dass die Verbrennungskraftmaschine ein um das Zusatzdrehmoment erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment bereitstellt, wenn das Grunddrehmoment kleiner als das Solldrehmoment ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die Erzeugung eines geeigneten Zusatzdrehmoments eine gezielte Reaktion auf einen Fahrerwunsch, der in dem Soll-Drehmoment enthalten ist. Dadurch können Abgas- und Verbrauchswerte der Antriebsvorrichtung optimiert werden und der Fahrerkomfort und Fahrspaß können erhöht werden. Da das Zusatzdrehmoment nur zur Verfügung gestellt wird, wenn das Grunddrehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment ist, bzw. der Zusatzverdichter nur betrieben wird, wenn das Grunddrehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment ist, kann der Energiebedarf des Zusatzverdichters gleichzeitig gering gehalten werden.
Der Zusatzverdichter ist beispielsweise ein elektrischer Zusatzverdichter. Zum Beispiel kann ein über einen elektrischen Motor angetriebener Drehkolben- oder Spirallader oder ein über einen elektrischen Motor angetriebener Radialverdichter als elektrischer Zusatzverdichter zum Einsatz kommen. Elektrische Zusatzverdichter zeichnen sich durch eine schnelle Regelbarkeit aus und erlauben es, den Zusatzladedruck, der das Zusatzdrehmoment bewirkt, schnell zur Verfügung zu stellen. Dadurch kann ein angefordertes Soll-Drehmoment schnell eingestellt werden, wobei der Energieverbrauch in geeigneter Weise abgestimmt ist, um den Energiespeicher vor übermäßigen Belastungen zu schützen. Alternativ kann auch ein pneumatisch oder ein auf andere Weise angetriebener Verdichter als Zusatzverdichter verwendet werden.
Die Verdichtungskomponenten eines Ottomotors können einen Abgasturbolader, eine Drosselklappe und/oder einen Bypass mit Bypassventil umfassen. Die Verdichtungskomponenten eines Dieselmotors können einen Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie und/oder eine Drosselklappe umfassen. Ein Abgasturbolader kann eine Turbine, die in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, und einen Verdichter, der in einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, aufweisen. Bei einem Abgasturbolader mit variabler Turbinengeometrie weist die Turbine vorzugsweise verstellbare Leitschaufeln auf. Die Drosselklappe ist vorzugsweise in dem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine in Luftzuführrichtung vorzugsweise vor der Turbine des Abgasturboladers angeordnet. Der Bypass ist beispielsweise als Kanal ausgebildet, der einen Bereich des Abgastrakts in Abgasabführrichtung vor der Turbine des Abgasturboladers mit einem Bereich des Abgastrakts nach der Turbine verbindet.
Der Zusatzverdichter kann zum Erzeugen eines Ladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine in dem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise in einem Zuluftkanal, über den die Verbrennungskraftmaschine mit Zuluft versorgt wird, vorgesehen sein. Beispielsweise kann der Zusatzverdichter vor oder nach einem Verdichter eines Abgasturboladers und/oder nach der Drosselklappe im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet sein. Der Zusatzverdichter bewirkt einen Ladedruck (Zusatzladedruck) für die Verbrennungskraftmaschine, der proportional zu dem ermittelten Zusatzdrehmoment ist.
Die Antriebsvorrichtung kann eine Kurbelwelle aufweisen, die mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist. Die Kurbelwelle verbindet vorzugsweise die Antriebsvorrichtung über ein Getriebe mit Rädern des Fahrzeugs, um das Fahrzeug anzutreiben. Der Zusatzverdichter ist insbesondere nicht mit der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine verbunden, sondern wird gesondert angetrieben. Damit kann der Zusatzverdichter unabhängig vom Betrieb der Verbrennungskraftmaschine gesteuert werden und bei Bedarf gezielt in den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine eingreifen.
Das Ermitteln des Soll-Drehmoments kann das Empfangen eines Stellsignals, das eine Stellung des Gaspedals angibt, und das Berechnen des Soll-Drehmoments aus dem Stellsignal umfassen. Das Stellsignal kann beispielsweise von einem Sensor empfangen werden, der die Stellung des Gaspedals detektiert.
Die für das Grunddrehmoment charakteristische Größe kann ein aktuelles Grunddrehmoment der Verbrennungskraftmaschine, ein aktueller Grundladedruck in einem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine oder eine andere Größe, die proportional zu dem aktuellen Grunddrehmoment ist, sein. Das Ermitteln der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe kann auf Grundlage einer oder mehrerer Stellgrößen und/oder Zustandsgrößen der Verbrennungskraftmaschine, von Eigenschaften eines elektrischen Energiespeichers (elektrischer Speicher) und/oder gegebenenfalls von Eigenschaften eines oder mehrerer weiterer Antriebsaggregate der Antriebsvorrichtung erfolgen.
Zum Bestimmen, ob das Grunddrehmoment kleiner ist als das Soll-Drehmoment, kann das Grunddrehmoment von dem Soll-Drehmoment subtrahiert werden. Wenn die Differenz positiv ist, ist das Grunddrehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment. Anderenfalls ist das Grunddrehmoment größer oder gleich dem Soll-Drehmoment.
Die für das Zusatzdrehmoment charakteristische Größe kann ein aktuelles Zusatzdrehmoment der Verbrennungskraftmaschine, ein aktueller Zusatzladedruck in dem Brennraum der Verbrennungskraftmaschine oder eine andere Größe, die proportional zu dem aktuellen Zusatzladedruck ist, sein. Das Ermitteln der für das Zusatzdrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments kann weiterhin von Eigenschaften eines elektrischen Energiespeichers (elektrischer Speicher), von Eigenschaften des Zusatzverdichters, von einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder Eigenschaften der Verbrennungskraftmaschine und/oder gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Antriebsaggregaten der Antriebsvorrichtung erfolgen. Beispielsweise können eine aktuell eingestellte Fahrstufe der Antriebsvorrichtung, ein Ladezustand des elektrischen Speichers, ein Alter des elektrischen Speichers, eine Temperatur des elektrischen Speichers und/oder eine bisherige Arbeitsdauer und/oder Betriebsart des Zusatzverdichters berücksichtigt werden. Das Zusatzdrehmoment kann u.a. von der Bereitschaft des Zusatzverdichters abhängen.
Beim Steuern des Zusatzverdichters kann der Zusatzverdichter so eingestellt werden, dass er den Zusatzladedruck bereitstellt, der verursacht, dass die Verbrennungskraftmaschine das ermittelte Zusatzdrehmoment erzeugt.
Das Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann das Ermitteln eines maximal durch den Zusatzverdichter bereitstellbaren Zusatzverdichter-Boostladedrucks und das Ermitteln eines bei dem maximalen Zusatzverdichter-Boostladedruck durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugten maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments umfassen. Der maximale Zusatzverdichter-Boostladedruck ist vorzugsweise durch einen aktuellen Luftmassenstrom durch den Ansaugtrakt definiert. Das Ermitteln des maximalen Zusatzverdichter-Boostladedrucks und des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments erfolgt vorzugsweise in Echtzeit, da sich in Abhängigkeit von dem Zustand des Fahrzeugs, beispielsweise der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Änderungen des maximalen Zusatzverdichter-Boostladedrucks und des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments ergeben können.
Das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment kann während eines Boostbetriebs zusätzlich zu einem maximalen Grunddrehmoment bereitgestellt werden. Der Boostbetrieb ist ein mittelfristiger Beschleunigungsbetrieb, der durch ein maximales Durchtreten eines Gaspedals der Antriebsvorrichtung angefordert werden kann und zwischen wenigen Sekunden bis zu wenigen Minuten andauert.
Gemäß dem Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann beim Ermitteln des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments weiterhin ein dem Zusatzverdichter zur Verfügung stehender Strom und/oder eine aktuelle Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt werden. Alternativ oder zusätzlich können beim Ermitteln des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments Zustandsparameter der Antriebsvorrichtung, wie beispielsweise eine aktuell eingestellte Fahrstufe, und/oder Zustandsparameter eines elektrischen Speichers, wie beispielsweise ein Ladezustand des elektrischen Speichers, ein Alter des elektrischen Speichers und/oder eine Temperatur des elektrischen Speichers, und/oder Zustandsparameter des Zusatzverdichters, wie beispielsweise eine Boostdauer, während der der Zusatzverdichter bisher den maximalen Zusatzverdichter-Boostladedruck erzeugt hat, berücksichtigt werden. Das Zusatzverdichter-Boostdrehmoment kann u.a. von der Bereitschaft des Zusatzverdichters abhängen.
Zum Beispiel kann auf Grundlage der eingestellten Fahrstufe und der aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ein Wunsch-Drehmoment bestimmt werden, das mit Hilfe eines Grenzdrehmoments, das auf dem dem Zusatzverdichter zur Verfügung stehenden Strom und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine beruht, begrenzt wird. Das begrenzte Wunsch-Drehmoment kann dann mithilfe eines Faktors im Bereich von 0 bis 1, der auf Grundlage eines oder mehrerer Parameter, die den aktuellen Zustand des elektrischen Speichers und/oder den aktuellen Zustand des Zusatzverdichters definieren, bestimmt werden kann, in das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment umgerechnet werden. Für die Bestimmung des Wunsch-Drehmoments, des Faktors und/oder des Grenzdrehmoments können Kennfelder herangezogen werden.
Das Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann weiterhin das Ermitteln eines maximalen Grunddrehmoments der Verbrennungskraftmaschine, das Bestimmen einer Gesamtdrehmomentgrenze der Antriebsvorrichtung unter Berücksichtigung des maximalen Zusatzdrehmoments und des maximalen Grunddrehmoments und das Vergleichen des Soll-Drehmoments mit der Gesamtdrehmomentgrenze umfassen. Die Gesamtdrehmomentgrenze der Antriebsvorrichtung kann ein maximal von der gesamten Antriebsvorrichtung bereitstellbares Drehmoment sein, beispielsweise eine Summe aller durch Antriebsaggregate der Antriebsvorrichtung, wie die Verbrennungskraftmaschine, den Zusatzverdichter und gegebenenfalls eine elektrische Maschine (E-Maschine), maximal bereitstellbarer Drehmomente. Wird beim Vergleichen des Soll-Drehmoments mit der Gesamtdrehmomentgrenze festgestellt, dass das Soll-Drehmoment größer als die Gesamtdrehmomentgrenze ist, wird das Drehmoment auf die Gesamtdrehmomentgrenze beschränkt. Anderenfalls bleibt das Soll-Drehmoment unverändert.
Das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment trägt dazu bei, dass die Antriebsvorrichtung ein erhöhtes Gesamtdrehmoment bereitstellt. Dadurch kann die Effektivität der Antriebsvorrichtung effektiv verbessert werden, was sich beispielsweise darin äußert, dass das Fahrzeug besser und schneller beschleunigt werden kann.
In einem Ausführungsbeispiel, in dem die Antriebsvorrichtung eine Verbrennungskraftmaschine und einen Zusatzverdichter umfasst, aber keine E-Maschine als zusätzliches Antriebsaggregat enthält, kann die Gesamtdrehmomentgrenze die Summe des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments und des maximalen Grunddrehmoments bzw. ein maximales verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment sein.
In manchen Ausführungsbeispielen kann die Antriebsvorrichtung ein Hybridantrieb sein und zusätzlich zu der Verbrennungskraftmaschine und dem Zusatzverdichter eine elektrische Maschine aufweisen. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise mit der Kurbelwelle verbunden und liefert ein elektromotorisches Drehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs. In diesem Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin das Bestimmen eines maximalen elektromotorischen Drehmoments der elektrischen Maschine der Antriebsvorrichtung umfassen, wobei das maximale elektromotorische Drehmoment bei der Bestimmung der Gesamtdrehmomentgrenze berücksichtigt wird. Die Gesamtdrehmomentgrenze für den Hybridantrieb kann also eine Summe des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments, des maximalen Grunddrehmoments und des maximalen elektromotorischen Drehmoments bzw. des maximalen verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments und des maximalen elektromotorischen Drehmoments sein.
Gemäß dem Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann beim Ermitteln des Zusatzdrehmoments, wenn beim Vergleichen des Soll-Drehmoments mit der Gesamtdrehmomentgrenze erkannt wird, dass das Soll-Drehmoment größer als die Gesamtdrehmomentgrenze ist, das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment als Zusatzdrehmoment ermittelt werden. Wenn beispielsweise auch die übrigen Antriebsaggregate der Antriebseinheit bei maximalem Drehmoment betrieben werden, kann die Antriebsvorrichtung ein im Wesentlichen der Gesamtdrehmomentgrenze entsprechendes Drehmoment zur Verfügung stellen.
Mit Hilfe des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments kann ein erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment bereitgestellt werden, so dass höhere Soll-Drehmomente, die einen Fahrerwunsch ausdrücken, erreicht werden können. Dies ist beispielsweise beim Beschleunigen des Fahrzeugs, wenn der Fahrer ein maximal mögliches Drehmoment anfordert, wünschenswert, da dadurch der Fahrerkomfort erhöht und ein sportliches Fahren ermöglicht wird.
Gemäß dem Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann beim Ermitteln des Zusatzdrehmoments, wenn beim Vergleichen des Soll-Drehmoments mit der Gesamtdrehmomentgrenze erkannt wird, dass das Soll-Drehmoment kleiner oder gleich der Gesamtdrehmomentgrenze und größer als das maximale Grunddrehmoment ist, ein Zusatzdrehmoment, das kleiner als das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment oder gleich dem maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoment ist, als Zusatzdrehmoment ermittelt werden.
Gemäß dem Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann ein Ladedrucksollgradient im Brennraum berücksichtigt werden. Damit lässt sich gezielt einstellen, wie schnell ein aktuell bereitgestelltes Drehmoment ein Soll-Drehmoment erreichen soll. Durch das gezielte Einstellen des aktuell bereitgestellten Drehmoments kann beispielsweise die Abgasemission begrenzt werden und/oder ein Fahrerwunsch in kurzer Zeit erfüllt werden.
Das Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann alternativ oder zusätzlich das Ermitteln eines Ladedruck-Sollgradienten, das Ermitteln eines durch den Zusatzverdichter breitstellbaren Zusatzverdichter-Instationärladedrucks auf Grundlage des Ladedruck-Sollgradienten und das Ermitteln einer Größe, die für ein bei dem Zusatzverdichter-Instationärladedruck durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugtes Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristisch ist, umfassen. Das Ermitteln des Ladedruck-Sollgradienten kann beispielsweise in Abhängigkeit eines Fahrerwunsches erfolgen. Dazu kann zum Beispiel eine Bewegung eines Gaspedals, insbesondere eine Geschwindigkeit der Bewegung des Gaspedals, beobachtet werden und der Ladedruck-Sollgradient in Abhängigkeit der Bewegung des Gaspedals, insbesondere der Geschwindigkeit der Bewegung des Gaspedals, ermittelt werden.
Das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment kann während eines instationären Ausgleichsbetriebs zusätzlich zu dem Grunddrehmoment bereitgestellt werden. Der instationäre Ausgleichsbetrieb ist ein kurzfristiger Ausgleichsbetrieb, der maximal wenige Sekunden andauert. Die für das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristische Größe kann das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment selbst, der Zusatzverdichter-Instationärladedruck, eine einzustellende Drehzahl des Zusatzverdichters, ein Zusatzverdichter-Instationärstrom, der für den Instationärbetrieb vorgesehen ist, oder eine andere Größe, die proportional zu dem Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment ist, sein.
Gemäß dem Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters kann das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment einer Differenz des verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments und des Grunddrehmoments entsprechen, wenn das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment kleiner oder gleich einem maximalen Grunddrehmoment der Verbrennungskraftmaschine ist. In diesem Fall kann das Zusatzdrehmoment dem Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment entsprechen. Das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment kann einer Differenz des maximalen Grunddrehmoments und des Grunddrehmoments entsprechen, wenn das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment größer als das maximale Grunddrehmoment der Verbrennungskraftmaschine ist. In diesem Fall ist das Zusatzdrehmoment gleich oder größer als das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment.
Die für das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristische Größe kann kleiner oder gleich einer für ein maximales Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristischen Größe sein. Die für das maximale Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristische Größe kann auf Grundlage eines dem Zusatzverdichter zur Verfügung stehenden Stroms, einer aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder Zustandsparametern, wie sie oben erwähnt wurden, bestimmt werden. Beispielsweise kann eine Instationärdauer, während der der Zusatzverdichter bisher einen Zusatzladedruck erzeugt hat, mit in die Ermittlung der für das maximale Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristischen Größe einbezogen werden.
Beispielsweise kann die ermittelte, für das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristische Größe eine einzustellende Drehzahl des Zusatzverdichters sein. Die für das maximale Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristische Größe kann dann ein maximaler Zusatzverdichter-Instationärstrom sein, der in eine maximale Drehzahl umgewandelt wird, um die einzustellende Drehzahl des Zusatzverdichters zu beschränken. Dadurch kann auch bei einem kurzen Ausgleichsbetrieb ein Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment zugelassen werden, dessen Energieverbrauch durch das maximale Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment optimiert ist.
Zum Beispiel kann auf Grundlage der eingestellten Fahrstufe und der aktuellen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ein Strom und auf Grundlage eines oder mehrerer Parameter, die den aktuellen Zustand des elektrischen Speichers und/oder den aktuellen Zustand des Zusatzverdichters definieren, ein Faktor im Bereich von 0 bis 1 bestimmt werden, mit dem dann der bestimmte Strom in einen maximalen Zusatzverdichter-Instationärstrom umgerechnet wird. Der maximale Zusatzverdichter-Instationärstrom kann dazu verwendet werden, eine Soll-Drehzahl des Zusatzverdichters auf Grundalge des dem Zusatzverdichter zur Verfügung stehenden Stroms und eines durch den Zusatzverdichter genutzten Stroms zu begrenzen, so dass durch den Zusatzverdichter maximal das maximale Ausgleichsmoment bewirkt wird.
Das Zusatzdrehmoment kann somit so gewählt werden, dass es optimal an das Grunddrehmoment und das Soll-Drehmoment angepasst ist. Damit können beispielsweise Grunddrehmomente, die eine hohe Abgasemission zur Folge haben, vermieden werden, ohne dass das Gesamtdrehmoment der Verbrennungskraftmaschine verringert wird.
Wenn die Antriebsvorrichtung eine E-Maschine enthält, kann das Verfahren zum Steuern des Zusatzverdichters auch das Bestimmen eines durch eine elektrische Maschine bereitzustellenden elektromotorischen Drehmoments umfassen, wobei das Zusatzdrehmoment in Abhängigkeit des elektromotorischen Drehmoments bestimmt wird. Das Zusatzdrehmoment kann dann optimal an das Grunddrehmoment, das elektromotorische Drehmoment und das Soll-Drehmoment angepasst werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine, eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedruck für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und der Zusatzverdichter zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Steuerung ist dazu ausgebildet, ein Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung, wie es in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben wurde, durchzuführen.
Die Steuerung enthält vorzugsweise einen Prozessor, beispielsweise einen Mikroprozessor, und einen Datenspeicher. In dem Datenspeicher ist vorzugsweise ein Programm hinterlegt, das Anweisungen für den Prozessor enthält, um den elektrischen Zusatzverdichter entsprechend dem beschriebenen Verfahren zu steuern.
Die Steuerung kann eine Reihe von Signaleingängen und Signalausgängen aufweisen. Über die Signaleingänge können beispielsweise ein Stellsignal, das eine Stellung eines Gaspedals beschreibt, eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Informationen über den elektrischen Speicher und/oder weitere Parameter erhalten werden. Über die Signalausgänge können der elektrische Zusatzverdichter, die Verbrennungskraftmaschine, die Verdichtungskomponenten und gegebenenfalls eine elektrische Maschine gesteuert werden.
Die Steuerung kann teilweise oder vollständig in eine Motorsteuerung integriert sein.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsvorrichtung und einer Steuerung, wie sie oben beschrieben wurde. Die Antriebsvorrichtung weist eine Verbrennungskraftmaschine, eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter auf, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedruck für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und der Zusatzverdichter zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine kann ein Ottomotor oder eine Dieselbrennkraftmaschine sein.
Das Fahrzeug kann ein Gaspedal mit einem Sensor enthalten, von dem aus ein Stellsignal an die Steuerung geliefert werden kann. Weiterhin kann das Fahrzeug Sensoren zum Erkennen einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder zum Bereitstellen von Informationen über den elektrischen Speicher und/oder von weiteren Parametern enthalten, die ebenfalls über Datenleitungen mit der Steuerung verbunden sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs mit einer Steuerung gemäß der Erfindung;
2 schematisch eine Verbrennungskraftmaschine mit Ansaugtrakt und einen elektrischen Zusatzverdichter des Antriebsstrangs;
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 eine schematische Darstellung des maximalen Zusatzdrehmoments in Abhängigkeit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine;
5 eine schematische Darstellung des Zusatzdrehmoments in Abhängigkeit von der Zeit bei quasikonstanter Drehzahl;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Gesamtdrehmomentgrenze beim Steuern des elektrischen Zusatzverdichters gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs mit einer Steuerung gemäß der Erfindung;
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
9 eine schematische Darstellung des maximalen Zusatzdrehmoments und eines maximalen elektromotorischen Drehmoments in Abhängigkeit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine;
10 eine schematische Darstellung des elektromotorischen Drehmoments in Abhängigkeit von der Zeit bei quasikonstanter Drehzahl; und
11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Gesamtdrehmomentgrenze beim Steuern des elektrischen Zusatzverdichters gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Ein erstes Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs 1 ist in 1 gezeigt. Der Antriebsstrang 1 enthält eine Antriebsvorrichtung 2, die über eine Kurbelwelle 10 und ein Getriebe 11 mit einer Antriebsachse 12 verbunden ist, um mit der Antriebsachse 12 verbundene Räder des Fahrzeugs zu bewegen.
Wie in 2 dargestellt ist, weist die Antriebsvorrichtung 2 eine Verbrennungskraftmaschine 20 und einen elektrischen Zusatzverdichter 21 auf. Die Verbrennungskraftmaschine 20 ist mit einem Zuluftkanal 22 eines Ansaugtraktes der Verbrennungskraftmaschine 20 und mit einem Abgaskanal 23 verbunden. Zur Regelung eines Ladedrucks in dem Zuluftkanal 22 enthält der Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine 20 einen Abgasturbolader 24 mit einer Turbine 240 und einem Verdichter 241, der über eine Welle mit der Turbine 240 verbunden ist. Die Turbine 240 ist in dem Abgaskanal 23 angeordnet und wird durch aus der Verbrennungskraftmaschine 20 ausströmendes Abgas angetrieben. Der Verdichter 241 ist im Zuluftkanal 22 angeordnet und verdichtet, angetrieben von der Turbine 240, die Luft in dem Zuluftkanal 22.
Der elektrische Zusatzverdichter 21 ist in Luftzuführrichtung 25 nach dem Verdichter 241 des Abgasturboladers 24 in dem Zuluftkanal 22 angeordnet und dazu ausgebildet, den Ladedruck in dem Zuluftkanal 22 zu erhöhen. Dies bewirkt eine Erhöhung des Drehmoments der Antriebsvorrichtung 2 gegenüber Antriebsvorrichtungen ohne elektrischem Zusatzverdichter, wie hinsichtlich des Verfahrens zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters mit Bezug auf 3 und 6 weiter unten näher beschrieben wird.
Das Fahrzeug 1 weist, wie in 1 gezeigt, außerdem eine Motorsteuerung 3 und einen Energiespeicher 4 auf. Die Motorsteuerung 3 ist über eine Datenleitung 130 mit der Antriebsvorrichtung 2 verbunden, um eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 20 zu erhalten, über eine Datenleitung 131 mit dem Energiespeicher 4 verbunden, um Informationen zu dessen Zustand zu erhalten, und über eine Datenleitung 132 mit einem Sensor (nicht gezeigt) an einem Gaspedal 14 verbunden, um ein Stellsignal, das einen Fahrerwunsch enthält, zu empfangen. Die Motorsteuerung 3 enthält einen Prozessor und eine Speichereinrichtung. Der Prozessor ist dazu ausgebildet mit Hilfe eines Programms, das in der Speichereinrichtung hinterlegt ist, ein Verfahren zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters, wie es weiter unten mit Bezug auf 3 und 6 beschrieben wird, auszuführen. Die Motorsteuerung 3 ist über eine Datenleitung 133 mit der Antriebsvorrichtung 2 verbunden, um den elektrischen Zusatzverdichter 21 so zu steuern, dass die Verbrennungskraftmaschine 20 ein um ein Zusatzdrehmoment M_Z erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment M_VZ bereitstellt, und um die Antriebsvorrichtung 2 mit weiteren Steuerbefehlen zu versorgen, beispielsweise mit einer Sollstellung der Drosselklappe, Informationen zur Einspritzung und weiteren Befehlen.
Der Energiespeicher 4 in Form einer Batterie ist mit der Antriebsvorrichtung 2 verbunden, um diese mit elektrischer Energie zu versorgen.
3 zeigt ein Verfahren 5 zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters 21. Bei 50 wird ein Soll-Drehmoment für die Antriebsvorrichtung ermittelt, das einen Fahrerwunsch enthält. Dazu wird von dem Sensor am Gaspedal ein Stellsignal empfangen und das Soll-Drehmoment unter Berücksichtigung des Stellsignals bestimmt.
Bei 51 wird in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments ein Grunddrehmoment M_V ermittelt, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Grunddrehmoment M_V in Reaktion auf einen von dem Abgasturbolader, der Drosselklappe, dem Abgasrückführventil und dem Bypassventil bereitgestellten Grundladedruck erzeugt. Das Grunddrehmoment M_V ist ein Drehmoment, das kleiner oder gleich dem in 4 gezeigten, maximalen Grunddrehmoment M_Vmax ist. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf des ermittelten Grunddrehmoments M_V bei quasikonstanter Drehzahl ist in 5 gezeigt.
Bei 52 wird bestimmt, ob das Grunddrehmoment M_V kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
Bei 53 wird, wenn das Grunddrehmoment M_V kleiner als das Soll-Drehmoment ist, in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments und des Grunddrehmoments M_V ein Zusatzdrehmoment M_Z ermittelt, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Zusatzdrehmoment M_Z in Reaktion auf einen von dem elektrischen Zusatzverdichter bereitgestellten Zusatzladedruck erzeugt. Das Zusatzdrehmoment M_Z ist so gewählt, dass sich ein verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment M_VZ schnell, aber auch emissionsarm, auf einen Wert, der dem Soll-Drehmoment entspricht, einstellt. Bei einem Beschleunigungsvorgang soll zum Beispiel schnell die Gesamtdrehmomentgrenze M_max erreicht werden.
Bei 54 wird der Zusatzverdichter in Abhängigkeit des Zusatzdrehmoments M_Z derart gesteuert, dass die Verbrennungskraftmaschine ein um das Zusatzdrehmoment M_Z erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment M_VZ, dessen zeitlicher Verlauf bei quasikonstanter Drehzahl in 5 gezeigt ist, bereitstellt, wenn das Grunddrehmoment M_V kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
Beim Ermitteln des Soll-Drehmoments bei 50 kann das Soll-Drehmoment außerdem unter Berücksichtigung einer Gesamtdrehmomentgrenze M_max bestimmt werden. 6 zeigt ein Verfahren 6 zum Bestimmen der Gesamtdrehmomentgrenze M_max.
Bei 60 wird ein maximal durch den Abgasturbolader, eine Drosselklappe, ein Abgasrückführventil und ein Bypassventil bereitstellbarer Grundladedruck bestimmt. Bei 61 wird ein aufgrund des maximalen Grundladedrucks durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugtes maximales Grunddrehmoment M_Vmax ermittelt.
Bei 62 wird ein maximal bei dem maximalen Grundladedruck durch den Zusatzverdichter bereitstellbarer Zusatzverdichter-Boostladedruck ermittelt. Dabei werden der Zustand der Batterie, ein Massenstrom im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschinen berücksichtigt.
Bei 63 wird ein aufgrund des maximalen Zusatzverdichter-Boostladedrucks durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugtes maximales Zusatzverdichter-Boostdrehmoment M_Boostmax ermittelt. Das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment M_Boostmax stellt ein maximales, durch den elektrischen Zusatzverdichter bewirkbares Zusatzverdichter-Boostdrehmoment dar, das beim schnellen Beschleunigen mit Unterstützung durch den elektrischen Zusatzverdichter durch die Antriebsvorrichtung maximal bereitgestellt wird.
Bei 64 wird unter Berücksichtigung des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments M_Boostmax und des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax eine Gesamtdrehmomentgrenze M_max der Antriebsvorrichtung bestimmt. Die Gesamtdrehmomentgrenze M_max ist das durch die Antriebsvorrichtung unter den herrschenden Bedingungen maximal erzeugbare Drehmoment. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht die Gesamtdrehmomentgrenze M_max einem maximalen verbrennungsmotorischen Drehmoment M_VZmax.
4 zeigt einen schematischen Verlauf des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax und der Gesamtdrehmomentgrenze M_max in Abhängigkeit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Das maximale Grunddrehmoment M_Vmax steigt in einem unteren Drehzahlbereich A linear an und bleibt in einem mittleren Drehzahlbereich B in etwa konstant. In einem oberen Drehzahlbereich C nimmt das maximale Grunddrehmoment M_Vmax dann wieder ab. Die Gesamtdrehmomentgrenze M_max steigt im unteren Drehzahlbereich A linear an, wobei der Anstieg jedoch geringer ist als der Anstieg des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax. Im mittleren Drehzahlbereich B nimmt die Gesamtdrehmomentgrenze M_max leicht ab, bevor sie im oberen Drehzahlbereich C stärker, ähnlich wie das maximale Grunddrehmoment M_Vmax, abnimmt.
Aus der Differenz zwischen der Gesamtdrehmomentgrenze M_max und dem maximalen Grunddrehmoment M_Vmax ergibt sich das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment M_Boostmax, das in 4 als Abstand zwischen der Gesamtdrehmomentgrenze M_max und dem maximalen Grunddrehmoment M_Vmax gezeigt ist. Das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment M_Boostmax nimmt im unteren Drehzahlbereich A stark, in mittleren Drehzahlbereich B schwach mit steigender Drehzahl ab. Im oberen Drehzahlbereich C ist das maximale Boostdrehmoment M_Boostmax dann im Wesentlichen konstant. Da das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment M_Boostmax bei niedrigen Drehzahlen am höchsten ist, wirkt der elektrische Zusatzverdichter gerade beim Beschleunigen bei niedrigen Drehzahlen besonders effektiv.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf des verbrennungsmotorischen Grunddrehmoments M_V und den zeitlichen Verlauf des verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments M_ZV bei quasikonstanter Drehzahl. Das Grunddrehmoment M_V steigt in etwa linear an, bis es das maximale Grunddrehmoment M_Vmax erreicht, und verläuft anschließend konstant. Das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ steigt schneller an als das Grunddrehmoment M_V der Verbrennungskraftmaschine, bis es die Gesamtdrehmomentgrenze M_max bzw. das maximale verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment erreicht, und verläuft anschließend konstant. Der Anstieg des Grunddrehmoments M_V und des verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments M_VZ kann abhängig von einem Fahrerwunsch bzw. von einer Bewegung des Gaspedals variiert werden, dass der Beschleunigungsvorgang optimiert, insbesondere schnell und emissionsarm, erfolgt.
Das Zusatzdrehmoment M_Z, das durch den elektrischen Zusatzverdichter bewirkt wird, ist als Differenz zwischen dem verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoment M_VZ und dem Grunddrehmoment M_V definiert. Mit der Zeit steigt das Zusatzdrehmoment M_Z zunächst an und nimmt anschließend wieder ab, sobald eine Summe aus dem Grunddrehmoment M_V und dem Zusatzdrehmoment M_Z bzw. das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ der Gesamtdrehmomentgrenze M_max entspricht.
Das Zusatzdrehmoment M_Z kann ein Zusatzverdichter-Instationärmoment M_Inst und/oder ein Zusatzverdichter-Boostmoment M_Boost enthalten. Geht aus dem Soll-Drehmoment hervor, dass der Fahrer eine Erhöhung des Gesamtdrehmoments (verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments M_VZ) wünscht, bewirkt der elektrische Zusatzverdichter zunächst einen Instationärausgleich und geht anschließend in ein Boosten über. Bevor das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ einen Wert erreicht, der dem maximalen Grunddrehmoment M_Vmax entspricht, wird durch den elektrischen Zusatzverdichter ein Zusatzdrehmoment M_Z bewirkt, das dem Zusatzverdichter-Instationärmoment M_Inst entspricht. Das Zusatzverdichter-Instationärmoment M_Inst darf ein maximales Zusatzverdichter-Instationärmoment nicht überschreiten, das von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und dem Zustand der Batterie abhängt. Durch das Zusatzverdichter-Instationärmoment M_Inst wird das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ schneller erhöht.
Das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment M_Inst wird so ermittelt, indem ein Ladedruck-Sollgradient ermittelt wird, auf Grundlage des Ladedruck-Sollgradienten ein durch den Zusatzverdichter breitstellbarer Zusatzverdichter-Instationärladedruck ermittelt wird und daraus das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment M_Inst ermittelt wird. Das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment M_Inst entspricht einer Differenz des verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments M_VZ und des Grunddrehmoments M_V, wenn das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ kleiner oder gleich dem maximalen Grunddrehmoment M_Vmax der Verbrennungskraftmaschine ist, und einer Differenz des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax und des Grunddrehmoments M_V entspricht, wenn das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ größer als das maximale Grunddrehmoment M_Vmax der Verbrennungskraftmaschine ist. Das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment M_Inst ist kleiner oder gleich einem maximalen Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment, das von einem dem Zusatzverdichter zur Verfügung stehenden Strom, einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder Zustandsparametern der Antriebsvorrichtung und eines elektrischen Speichers und des Zusatzverdichters abhängt.
Ist das Gesamtdrehmoment M_VZ größer als das maximale Grunddrehmoment M_Vmax und das Grunddrehmoment kleiner als das maximale Grunddrehmoment M_Vmax und soll das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ der Antriebsvorrichtung weiter erhöht werden, geht die Antriebsvorrichtung in den Boostbetrieb über. Dabei bewirkt der elektrische Zusatzverdichter ein Zusatzdrehmoment M_Z, das sich aus dem Zusatzverdichter-Instationärmoment M_Inst und dem Zusatzverdichter-Boostmoment M_Boost zusammensetzt.
Erreicht das Grunddrehmoment M_V einen Wert, der dem maximalen Grunddrehmoment M_Vmax entspricht, und soll des verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZ weiter erhöht werden, um das Fahrzeug zu beschleunigen, entspricht das Zusatzdrehmoment M_Z dem Zusatzverdichter-Boostmoment M_Boost. Das Zusatzverdichter-Boostmoment M_Boost steigt maximal auf einen Wert an, der dem maximalen Zusatzdrehmoment M_Boostmax bei Vorliegen des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax entspricht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs 1‘ ist in 7 gezeigt. Im Vergleich zu dem Antriebsstrang 1 in 1 weist die Antriebsvorrichtung 2‘ des Antriebsstrangs 1‘ eine elektrische Maschine 26 (E-Maschine) als zusätzliches Antriebsaggregat auf. Die Verbrennungskraftmaschine 20 und der elektrische Zusatzverdichter 21 sind wie mit Bezug auf 2 beschrieben ausgebildet. Die E-Maschine 26 ist mit der Verbrennungskraftmaschine 20 und mit dem Getriebe 11 verbunden und dazu ausgebildet, ein elektromotorisches Drehmoment M_E zu generieren. Die E-Maschine 26 ist über eine Datenleitung 134 mit der Motorsteuerung 3 verbunden. Die Motorsteuerung 3 ist dazu ausgebildet, die E-Maschine 26 so zu steuern, dass sie ein geeignetes elektromotorisches Drehmoment M_E zur Verfügung stellt.
8 zeigt das Verfahren 5‘ zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters 21. Die Schritte 50 und 51 entsprechen den Schritten 50 und 51 in 3.
Bei 55 wird in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments und des Grunddrehmoments ein elektromotorisches Drehmoment M_E ermittelt. Das elektromotorische Drehmoment M_E ist ein Drehmoment, das kleiner als das in 9 gezeigte, maximale elektromotorische Drehmoment M_Emax ist. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf des ermittelten elektromotorischen Drehmoments M_E bei quasikonstanter Drehzahl ist in 10 gezeigt.
Bei 52‘ wird bestimmt, ob eine Summe M_E + M_V aus dem Grunddrehmoment M_V und dem elektromotorischen Drehmoment M_E kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
Bei 53‘ wird, wenn die Summe M_E + M_V aus dem Grunddrehmoment M_V und dem elektromotorischen Drehmoment M_E kleiner als das Soll-Drehmoment ist, in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments, des ermittelten Grunddrehmoments M_V und des elektromotorischen Drehmoments M_E ein Zusatzdrehmoment M_Z ermittelt, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Zusatzdrehmoment M_Z in Reaktion auf einen von dem Zusatzverdichter bereitgestellten Zusatzladedruck erzeugt. Das Zusatzdrehmoment M_Z ist so gewählt, dass sich ein Gesamtdrehmoment der Antriebsvorrichtung schnell, aber auch emissionsarm, auf einen Wert, der dem Soll-Drehmoment entspricht, einstellt. Bei einem Beschleunigungsvorgang soll zum Beispiel schnell die Gesamtdrehmomentgrenze M_max erreicht werden. Das Gesamtdrehmoment entspricht der Summe des verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments M_VZ und des elektromotorischen Drehmoment M_E.
Bei 54‘ wird der Zusatzverdichter derart gesteuert, dass die Verbrennungskraftmaschine ein um das Zusatzdrehmoment M_Z erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment M_VZ, dessen zeitlicher Verlauf in 9 gezeigt ist, bereitstellt, wenn die Summe M_E + M_V aus dem Grunddrehmoment M_V und dem elektromotorischen Drehmoment M_E kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
Bei 50 kann beim Bestimmen des Soll-Drehmoments neben dem Stellsignal vom Sensor am Gaspedal auch eine Gesamtdrehmomentgrenze M_max berücksichtigt werden.
11 zeigt ein Verfahren 6‘ zum Bestimmen der Gesamtdrehmomentgrenze M_max unter Berücksichtigung des elektromotorischen Drehmoments M_E. Die Schritte 60, 61, 62 und 63 entsprechen den Schritten 60, 61, 62 und 63 in 6. Bei 65 wird auf Grundlage des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax und des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments M_Boostmax ein maximales verbrennungsmotorisches Drehmoment M_VZmax bestimmt und ein bei Vorliegen des maximalen verbrennungsmotorischen Drehmoments M_VZmax durch die E-Maschine bereitstellbares maximales elektromotorisches Drehmoment M_Emax bestimmt. Bei 64‘ wird unter Berücksichtigung des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments M_Boostmax, des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax und des maximalen elektromotorischen Drehmoments M_Emax eine Gesamtdrehmomentgrenze M_max der Antriebsvorrichtung bestimmt.
Ein schematischer Verlauf des maximalen Grunddrehmoments M_Vmax, des maximalen verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments M_VZmax und der Gesamtdrehmomentgrenze M_max in Abhängigkeit der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ist in 9 gezeigt. Das maximale Grunddrehmoment M_Vmax und das maximale verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment M_VZmax verlaufen wie mit Bezug auf 4 beschrieben. Die Gesamtdrehmomentgrenze M_max weist in dem unteren Drehzahlbereich A einen konstanten Wert auf. Im mittleren Drehzahlbereich B sinkt die Gesamtdrehmomentgrenze M_max leicht, im oberen Drehzahlbereich C stark.
Aus der Differenz zwischen der Gesamtdrehmomentgrenze M_max und dem maximalen verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoment M_VZmax ergibt sich das maximale elektromotorische Drehmoment M_Emax, das in 9 als Abstand zwischen der Gesamtdrehmomentgrenze M_max und dem maximalen verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoment M_VZmax gezeigt ist. Das maximale elektromotorische Gesamtdrehmoment M_Emax nimmt im unteren Drehzahlbereich A stark, im mittleren Drehzahlbereich B schwach mit steigender Drehzahl ab. Im oberen Drehzahlbereich C ist das maximale elektromotorische Drehmoment M_Emax dann im Wesentlichen konstant. Da das maximale elektromotorische Drehmoment M_Emax im Wesentlichen konstant ist, kann die E-Maschine beim Beschleunigen in allen Drehzahlen effektiv eingesetzt werden.
10 zeigt den zeitlichen Verlauf des verbrennungsmotorischen Grunddrehmoments M_V und den zeitlichen Verlauf eines Drehmoments M_E + M_V, das der Summe des elektromotorischen Drehmoments M_E und des Grunddrehmoments M_V entspricht, bei quasikonstanter Drehzahl. Das Grunddrehmoment M_V steigt in etwa linear an, bis es das maximale Grunddrehmoment M_Vmax erreicht, und verläuft anschließend konstant. Das Drehmoment M_E + M_V steigt mit ähnlicher Steigung wie das Grunddrehmoment M_V der Verbrennungskraftmaschine an, bis es ein maximales Drehmoment M_Emax + M_Vmax erreicht, und verläuft anschließend konstant.
Das elektromotorische Drehmoment M_E, das durch die E-Maschine bewirkt wird, ist als Differenz zwischen dem Drehmoments M_E + M_V und dem Grunddrehmoment M_V definiert. Das elektromotorische Drehmoment M_E ist im Wesentlichen konstant über die Zeit.
Wie auch das in 5 gezeigte Zusatzdrehmoment M_Z kann auch das elektromotorische Drehmoment M_E im Instationärbetrieb ergänzt werden, um das Sollmoment schnell zu erreichen, und im Boostbetrieb ergänzt werden, um das Gesamtdrehmoment der Antriebsmaschine zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

1, 1‘: Antriebsstrang
10: Kurbelwelle
11: Getriebe
12: Antriebsachse
130–134: Datenleitung
14: Gaspedal
2, 2‘: Antriebsvorrichtung
20: Verbrennungskraftmaschine
21: elektrischer Zusatzverdichter
22: Luftzuführkanal
23: Abgaskanal
24: Abgasturbolader
240: Turbine
241: Verdichter
25: Luftzuführrichtung
26: E-Maschine
3: Motorsteuerung
4: Energiespeicher
5, 5‘: Verfahren zum Steuern des elektrischen Zusatzverdichters
50: Ermitteln eines Soll-Drehmoment für die Antriebsvorrichtung
51: Ermitteln eines Grunddrehmoments
52, 52‘: Bestimmen, ob das Grunddrehmoment und ggfs. das elektromotorische Drehmoment kleiner als das Soll-Drehmoment sind
53, 53‘: Ermitteln eines Zusatzdrehmoments
54, 54‘: Steuern des Zusatzverdichters
55: Ermitteln eines elektromotorischen Drehmoments
6, 6‘: Verfahren zum Bestimmen einer Gesamtdrehmomentgrenze
60: Bestimmen eines maximalen Grundladedrucks
61: Ermitteln eines maximalen Grunddrehmoments
62: Ermitteln eines maximal durch den Zusatzverdichter bereitstellbaren Zusatzverdichter-Boostladedrucks
63: Ermitteln eines maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments
64, 64‘: Bestimmen einer Gesamtdrehmomentgrenze
65: Bestimmen eines maximalen verbrennungsmotorischen Drehmoments
A: niedriger Drehzahlbereich
B: mittlerer Drehzahlbereich
C: oberer Drehzahlbereich
M: Drehmoment
M_E: elektromotorisches Drehmoment
M_Emax: maximales elektromotorisches Drehmoment
M_V: Grunddrehmoment
M_Vmax: maximales Grunddrehmoment
M_VZ: verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment
M_VZmax: maximales verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment
M_max: Gesamtdrehmomentgrenze
M_Z: Zusatzdrehmoment des elektrischen Zusatzverdichters
M_Boost: Zusatzverdichter-Boostmoment
M_Boostmax: maximales Zusatzverdichter-Boostmoment
M_Inst: Zusatzverdichter-Instationärmoment
n: Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine
t: Zeit

Claims

Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters (21) einer Antriebsvorrichtung (2, 2‘) eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine (20), eine oder mehrere zusätzlich zu dem Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten (24) und den Zusatzverdichter (21) aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten (24) zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine (20) ausgebildet sind und wobei der Zusatzverdichter (21) zum Erzeugen eines Zusatzladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine (20) ausgebildet ist, umfassend: Ermitteln (50) eines Soll-Drehmoments für die Antriebsvorrichtung (2); Ermitteln (51) einer für ein Grunddrehmoment charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments, wobei die Verbrennungskraftmaschine das Grunddrehmoment (M_V) in Reaktion auf den Grundladedruck erzeugt; Bestimmen (52) in Abhängigkeit der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, ob das Grunddrehmoment kleiner ist als das Soll-Drehmoment; Ermitteln (53, 53‘) einer für ein Zusatzdrehmoment (M_Z) charakteristischen Größe in Abhängigkeit des Soll-Drehmoments und der für das Grunddrehmoment charakteristischen Größe, wobei die Verbrennungskraftmaschine (20) das Zusatzdrehmoment (M_Z) in Reaktion auf den von dem Zusatzverdichter (21) bereitgestellten Zusatzladedruck erzeugt, wenn das Grunddrehmoment (M_V) kleiner als das Soll-Drehmoment ist; und Steuern (54, 54‘) des Zusatzverdichters (21) in Abhängigkeit der für ein Zusatzdrehmoment (M_Z) charakteristischen Größe derart, dass die Verbrennungskraftmaschine (20) ein um das Zusatzdrehmoment (M_Z) erhöhtes verbrennungsmotorisches Gesamtdrehmoment (M_VZ) bereitstellt, wenn das Grunddrehmoment (M_V) kleiner als das Soll-Drehmoment ist.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend: Ermitteln (62) eines maximal durch den Zusatzverdichter (21) bereitstellbaren Zusatzverdichter-Boostladedrucks; und Ermitteln (63) eines bei dem maximalen Zusatzverdichter-Boostladedruck durch die Verbrennungskraftmaschine (20) erzeugten maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments (M_Boostmax).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei beim Ermitteln (63) des maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoments (M_Boostmax) ein dem Zusatzverdichter (21) zur Verfügung stehender Strom, eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (20) und/oder Zustandsparameter der Antriebsvorrichtung (2, 2‘) und/oder eines elektrischen Speichers (4) und/oder des Zusatzverdichters (21) berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, umfassend: Ermitteln (61) eines maximalen Grunddrehmoments der Verbrennungskraftmaschine; Bestimmen (64, 64‘) einer Gesamtdrehmomentgrenze (M_max) der Antriebsvorrichtung (2, 2‘) unter Berücksichtigung des maximalen Zusatzdrehmoments (M_Boostmax) und des maximalen Grunddrehmoments (M_Vmax); Vergleichen des Soll-Drehmoments mit der Gesamtdrehmomentgrenze (M_max).
Verfahren nach Anspruch 4, umfassend: Bestimmen (65) eines maximalen elektromotorischen Drehmoments (M_Emax) einer elektrischen Maschine (26) der Antriebsvorrichtung (2, 2‘), wobei das maximale elektromotorische Drehmoment (M_Emax) bei der Bestimmung der Gesamtdrehmomentgrenze (M_max) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das maximale Zusatzverdichter-Boostdrehmoment (M_Boostmax) als Zusatzdrehmoment (M_Z) ermittelt wird, wenn das Soll-Drehmoment größer als die Gesamtdrehmomentgrenze (M_max) ist, und wobei ein Zusatzdrehmoment, das kleiner als oder gleich dem maximalen Zusatzverdichter-Boostdrehmoment (M_Boostmax) ist, als Zusatzdrehmoment (M_Z) ermittelt wird, wenn das Soll-Drehmoment kleiner als oder gleich der Gesamtdrehmomentgrenze (M_max) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend: Ermitteln eines Ladedruck-Sollgradienten; Ermitteln eines durch den Zusatzverdichter (21) bereitstellbaren Zusatzverdichter-Instationärladedrucks auf Grundlage des Ladedruck-Sollgradienten; und Ermitteln einer Größe, die für ein bei dem Zusatzverdichter-Instationärladedruck durch die Verbrennungskraftmaschine (20) erzeugtes Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristisch ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment einer Differenz des verbrennungsmotorischen Gesamtdrehmoments und des Grunddrehmoments entspricht, wenn das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment kleiner oder gleich einem maximalen Grunddrehmoment der Verbrennungskraftmaschine ist, und wobei das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment einer Differenz des maximalen Grunddrehmoments und des Grunddrehmoments entspricht, wenn das verbrennungsmotorische Gesamtdrehmoment größer als das maximale Grunddrehmoment der Verbrennungskraftmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei die für das Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristische Größe kleiner oder gleich einer für ein maximales Zusatzverdichter-Instationärdrehmoment charakteristischen Größe ist, die von einem dem Zusatzverdichter (21) zur Verfügung stehenden Strom, einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (20) und/oder Zustandsparametern der Antriebsvorrichtung (2, 2‘) und/oder eines elektrischen Speichers (4) und/oder des Zusatzverdichters (21) abhängt.
Steuerung zum Steuern eines Zusatzverdichters (21) einer Antriebsvorrichtung (2, 2‘) eines Fahrzeugs, die eine Verbrennungskraftmaschine (20), eine oder mehrere zusätzlich zum Zusatzverdichter vorgesehene Verdichtungskomponenten und den Zusatzverdichter (21) aufweist, wobei die Verdichtungskomponenten zum Erzeugen eines Grundladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine ausgebildet sind und der Zusatzverdichter (21) zum Erzeugen eines Ladedrucks für die Verbrennungskraftmaschine (20) ausgebildet ist, wobei die Steuerung dazu ausgebildet ist, ein Verfahren zum Steuern eines Zusatzverdichters einer Antriebsvorrichtung (2, 2‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.