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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs mit einer Steuerungseinheit zum Steuern des Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang einen Verbrennungsmotor, ein schaltbares Getriebe, eine erste Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine aufweist. Ferner betrifft das Verfahren eine Steuerungseinheit für ein Kraftfahrzeug zum Steuern eines hybriden Antriebsstrangs. Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang.
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Es sind Hybridfahrzeuge bekannt, welche mindestens zwei Elektromaschinen aufweisen, die als Elektromotoren betreibbar sind. Ein solches Fahrzeugkonzept ist beispielsweise in der
DE 10 2015 206 190 A1 offenbart. Während des Betriebs eines solchen Hybridfahrzeugs können unterschiedliche Betriebszustände, wie z.B. Boosten, Instationärausgleich oder Lastpunktverschiebung, auftreten. Als Boosten wird ein Betriebszustand bezeichnet, bei dem mindestens eine Elektromaschine als Elektromotor betrieben wird und zum Antriebsdrehmoment des Verbrennungsmotors ein zusätzliches Antriebsmoment bereitstellt. Beim Instationärausgleich wird eine höhere Dynamik mindestens einer Elektromaschine dafür verwendet, eine geringere Dynamik des Verbrennungsmotors zu kompensieren, beispielsweise bei einer sprunghaften Leistungsanforderung oder beim temporären Abschalten des Verbrennungsmotors zum Verbessern einer Rekuperationseffizienz bzw. zum beschleunigten Ermöglichen einer rein elektrischen Fahrt. Zur Lastpunktverschiebung zählt beispielsweise die Lastpunktanhebung. Bei der Lastpunktanhebung werden durch den Verbrennungsmotor ein Antriebsmoment sowie ein zusätzliches Drehmoment bereitgestellt, welches von mindestens einer als Generator betriebenen Elektromaschine in elektrische Energie, z.B. zum Laden eines elektrischen Energiespeichers des Fahrzeugs, umgewandelt wird.
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Hieraus ergibt sich das Problem, ein bei diesen voranstehend beschriebenen Betriebszuständen von der Gesamtheit der Elektromaschinen aufzubringendes bzw. aufzunehmendes Drehmoment besonders vorteilhaft auf die mindestens zwei Elektromaschinen zu verteilen. Hierfür ist es notwendig, Entscheidungskriterien zu definieren, nach denen das aus elektrischer Energie zu erzeugende bzw. das zum Generieren von elektrischer Energie aufzunehmende Drehmoment zwischen den mindestens zwei Elektromaschinen verteilt wird. Bei einer solchen Verteilung kann im Rahmen der Erfindung den einzelnen Elektromaschinen vorzugsweise zwischen 0% und 100% des zu verteilenden Drehmoments zugeordnet werden.
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Es ist beispielsweise bekannt, eine solche Drehmomentverteilung bei Ladeanforderung bzw. Lastpunktverschiebung auf Basis von Effizienzbetrachtungen durchzuführen. Im Fokus einer solchen Effizienzbetrachtung kann beispielsweise eine Aufwand-Nutzen-Betrachtung, eine Energiebilanz, eine Umweltbilanz oder dergleichen stehen.
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Bekannte Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs mit mindestens zwei Elektromotoren haben den Nachteil, dass aufgrund mangelnder Verteilungskriterien Fahrsituationen auftreten können, welche beispielsweise eine Bauteillebensdauer verkürzen, einen Fahrkomfort negativ beeinflussen oder eine Fahrdynamik beeinträchtigen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, eine Steuerungseinheit für ein Kraftfahrzeug zum Steuern eines hybriden Antriebsstrangs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang bereitzustellen, welche die voranstehend beschriebenen Nachteile des Stands der Technik nicht aufweisen oder zumindest teilweise beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, eine Steuerungseinheit für ein Kraftfahrzeug zum Steuern eines hybriden Antriebsstrangs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Drehmomentverteilung auf mindestens zwei Elektromotoren verbessern.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Steuerungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das Kraftfahrzeug weist eine Steuerungseinheit zum Steuern des Antriebsstrangs auf. Der hybride Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor, ein schaltbares Getriebe, eine erste Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine auf, wobei die erste Elektromaschine und der Verbrennungsmotor auf einer Eingangsseite des schaltbaren Getriebes angeordnet sind, und wobei die zweite Elektromaschine auf einer Ausgangsseite des schaltbaren Getriebes angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Ermitteln mindestens eines ersten Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs mittels der Steuerungseinheit, wobei der mindestens eine erste Betriebsparameter eine Betriebsbelastung der ersten Elektromaschine und/oder der zweiten Elektromaschine beeinflusst,
- - Ableiten eines ersten Drehmomentverteilungskriteriums mittels der Steuerungseinheit auf Basis des ermittelten mindestens einen ersten Betriebsparameters und einer vorgegebenen Betriebsbelastungsgrenze der ersten Elektromaschine und/oder der zweiten Elektromaschine in Bezug auf den mindestens einen ermittelten ersten Betriebsparameter,
- - Ermitteln mindestens eines zweiten Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs mittels der Steuerungseinheit, wobei der mindestens eine zweite Betriebsparameter ein Fahrkomfortverhalten des Kraftfahrzeugs beeinflusst,
- - Ableiten eines zweiten Drehmomentverteilungskriteriums mittels der Steuerungseinheit auf Basis des ermittelten mindestens einen zweiten Betriebsparameters und einer vorgegebenen Fahrkomfortvorgabe des Kraftfahrzeugs in Bezug auf den mindestens einen ermittelten zweiten Betriebsparameter,
- - Ermitteln mindestens eines dritten Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs mittels der Steuerungseinheit, wobei der mindestens eine dritte Betriebsparameter einen Betriebszielzustand des Antriebsstrangs definiert,
- - Ableiten eines dritten Drehmomentverteilungskriteriums mittels der Steuerungseinheit auf Basis des ermittelten mindestens einen dritten Betriebsparameters und einer Zielzustandsvorgabe des Antriebsstrangs in Bezug auf den mindestens einen ermittelten dritten Betriebsparameter, und
- - Bestimmen einer Drehmomentverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine mittels der Steuerungseinheit auf Basis des ersten Drehmomentverteilungskriteriums, des zweiten Drehmomentverteilungskriteriums und des dritten Drehmomentverteilungskriteriums.
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Zunächst wird mindestens ein erster Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ermittelt. Der erste Betriebsparameter beeinflusst die Betriebsbelastung der ersten Elektromaschine und/oder der zweiten Elektromaschine. Das bedeutet insbesondere, dass die Betriebsbelastung der ersten Elektromaschine und/oder der zweiten Elektromaschine durch den ersten Betriebsparameter zumindest erhöhbar ist. Das Ermitteln des ersten Betriebsparameters kann beispielsweise durch Messen oder Auslesen eines gespeicherten IST-Werts bzw. Identifizieren einer SOLL-Vorgabe mittels der Steuerungseinheit erfolgen. Mögliche erste Betriebsparameter können beispielsweise eine Drehzahl, ein Drehmoment, eine Geschwindigkeit, eine Fahrpedalstellung, eine Temperatur oder dergleichen sein. Vorzugsweise wird insbesondere der erste Betriebsparameter der zweiten Elektromaschine ermittelt. Weiter bevorzugt werden mehrere erste Betriebsparameter ermittelt. Weiter bevorzugt wird dabei mindestens ein erster Betriebsparameter ermittelt, welcher die Betriebsbelastung der ersten Elektromaschine beeinflusst, und mindestens ein erster Betriebsparameter ermittelt, welcher die Betriebsbelastung der zweiten Elektromaschine beeinflusst.
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Mittels der Steuerungseinheit wird anschließend das erste Drehmomentverteilungskriterium abgeleitet. Hierfür wird eine vorgegebene Betriebsbelastungsgrenze der ersten Elektromaschine bzw. der zweiten Elektromaschine bezüglich des mindestens einen ersten Betriebsparameters bestimmt. Die Betriebsbelastungsgrenze bezeichnet beispielsweise einen Maximalwert den der erste Betriebsparameter annehmen darf, um einen übermäßigen Verschleiß bzw. eine Beschädigung der zweiten Elektromaschine noch zu vermeiden. Durch die Definition einer Betriebsbelastungsgrenze ist somit eine minimale Lebensdauer der zweiten Elektromaschine gewährleistbar. Ein Überschreiten der Betriebsbelastungsgrenze, insbesondere ein Überschreiten über einen längeren Zeitraum, ist daher vorzugsweise zu vermeiden, da hierdurch die Lebensdauer der zweiten Elektromaschine verkürzbar ist. Das Drehmomentverteilungskriterium trägt dieser Vorgabe Rechnung und wird der zweiten Elektromaschine, vorzugsweise maximal, einen derartigen Drehmomentanteil zuweisen, dass ein Überschreiten der Betriebsbelastungsgrenze nicht erfolgt bzw. nach Möglichkeit verhindert wird. Für den Fall, dass kein Erreichen der Betriebsbelastungsgrenze droht, kann das erste Drehmomentverteilungskriterium beispielsweise derart ausgebildet sein, dass hierdurch eine Verteilungsbandbreite festgelegt wird, innerhalb welcher ein gefahrloser Betrieb der zweiten Elektromaschine möglich ist. Hierbei kann der zweiten Elektromaschine z.B. ein Drehmomentanteil zwischen 0% und x% freigegeben werden, wobei beispielsweise ab einem Anteil von x% eine Überlastung der zweiten Elektromaschine drohen kann.
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Ferner wird mittels der Steuerungseinheit mindestens ein zweiter Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ermittelt. Dieses Ermitteln kann beispielsweise gleichzeitig bzw. im Wesentlichen gleichzeitig oder zeitversetzt mit dem Ermitteln des mindestens einen ersten Betriebsparameters erfolgen. Der zweite Betriebsparameter beeinflusst ein Fahrkomfortverhalten, wie z.B. Vibrationen, Rucken oder dergleichen, des Kraftfahrzeugs. Das Ermitteln des zweiten Betriebsparameters kann beispielsweise durch Messen oder Auslesen eines gespeicherten IST-Werts bzw. Identifizieren einer SOLL-Vorgabe mittels der Steuerungseinheit erfolgen. Mögliche zweite Betriebsparameter können beispielsweise eine Drehzahl, ein Drehmoment, eine Geschwindigkeit, eine Fahrpedalstellung, eine Gangwahl des Getriebes oder dergleichen sein.
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Anschließend wird mittels der Steuerungseinheit das zweite Drehmomentverteilungskriterium abgeleitet. Hierbei wird eine vorgegebene Fahrkomfortvorgabe von der Steuerungsvorrichtung ermittelt. Die Fahrkomfortvorgabe legt eine Zielvorgabe fest, deren Erreichen von einer Ausbildung des zweiten Betriebsparameters direkt oder zumindest indirekt abhängt. Die Fahrkomfortvorgabe kann beispielsweise durch den Fahrer bestimmt sein, z.B. durch das gezielte Wählen eines Economy-, Komfort-, Sportmodus oder dergleichen. Negativ beeinflussen den Fahrkomfort beispielsweise Vibrationen, Ruckeln oder dergleichen des Kraftfahrzeugs. Für einen hohen Fahrkomfort, z.B. im Komfortmodus, sind Vibrationen und Ruckeln vorzugsweise zu reduzieren, im Sportmodus können beispielsweise stärkere Vibrationen bzw. stärkeres Ruckeln, z.B. um ein möglichst realitätsnahes Fahrgefühl bereitzustellen, erlaubt sein.
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Des Weiteren wird mittels der Steuerungseinheit mindestens ein dritter Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs ermittelt. Dieses Ermitteln kann beispielsweise gleichzeitig bzw. im Wesentlichen gleichzeitig oder zeitversetzt mit dem Ermitteln des mindestens einen ersten Betriebsparameters bzw. des mindestens einen zweiten Betriebsparameters erfolgen. Der dritte Betriebsparameter bestimmt den Betriebszielzustand des Antriebsstrangs. Das bedeutet, dass anhand des dritten Betriebsparameters erkennbar ist, welchen Betriebszielzustand der Antriebszustand nachfolgend einnehmen wird. Ein Betriebszielzustand ist beispielsweise ein abgekuppelter Verbrennungsmotor. Das Ermitteln des dritten Betriebsparameters kann beispielsweise durch Messen oder Auslesen eines gespeicherten IST-Werts bzw. Identifizieren einer SOLL-Vorgabe mittels der Steuerungseinheit erfolgen. Mögliche dritte Betriebsparameter können beispielsweise eine Drehzahl, ein Drehmoment, eine Geschwindigkeit, eine Fahrpedalstellung, eine Gangwahl des Getriebes oder dergleichen sein.
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Die Steuerungseinheit leitet im Anschluss das dritte Drehmomentverteilkriterium ab. Hierfür ermittelt die Steuerungseinheit zunächst eine Zielzustandsvorgabe, die einen zu erreichenden Zielbetriebszustand des Antriebsstrangs beschreibt. Eine Zielzustandsvorgabe ist beispielsweise das Abschalten des Verbrennungsmotors für nachfolgende elektrische Fahrt, Rekuperation oder dergleichen. Die Zielzustandsvorgabe kann beispielsweise ab Werk und/oder der Werkstatt vorgegeben und in einer Speichereinheit des Kraftfahrzeugs abgespeichert sein. Der dritte Betriebsparameter beschreibt daher vorzugsweise ein Ereignis, durch welches die Zielzustandsvorgabe festgelegt wird. Der dritte Betriebsparameter kann beispielsweise eine derartige Verzögerung des Kraftfahrzeugs auf eine Geschwindigkeit sein, so dass ein Abschalten des Verbrennungsmotors beispielsweise aus wirtschaftlicher Sicht vorteilhaft ist. In Abhängigkeit der Zielzustandsvorgabe und des dritten Betriebsparameter leitet die Steuerungseinheit das dritte Drehmomentkriterium ab. In dem vorliegenden Fall einer beabsichtigen Abschaltung des Verbrennungsmotors ist ein negativer Instationärausgleich durch eine Elektromaschine vorteilhaft. Da beim Abschalten des Verbrennungsmotors eine Kupplung zum Getriebe erst dann geöffnet wird, wenn diese lastfrei bzw. drehmomentfrei ist, wird für diesen Vorgang ein negativer Instationärausgleich durch mindestens eine Elektromaschine zur Kompensation des vom Verbrennungsmotor wegfallenden Drehmoments angewiesen. Dieser negative Instationärausgleich wird bevorzugt durch die erste Elektromaschine durchgeführt, da eine Drehmomentübertragung von der zweiten Elektromaschine über die Kupplung und das Getriebe zum Verbrennungsmotor erfolgt, welches eine verlängerte Stoppdauer des Verbrennungsmotors bewirken würde.
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Nachfolgend bestimmt die Steuerungseinheit unter Berücksichtigung des ersten Drehmomentverteilungskriteriums, des zweiten Drehmomentverteilungskriteriums und des dritten Drehmomentverteilungskriteriums die bevorzugte Drehmomentverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine. Verteilt wird im Rahmen der Erfindung das Drehmoment, welches von den Elektromaschinen des Kraftfahrzeugs bereitzustellen ist. Bei zwei Elektromaschinen beträgt bei einem zugewiesenen Drehmomentanteil für die erste Elektromaschine von y%, der zugewiesene Drehmomentanteil der zweiten Elektromaschine (100 - y)%.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Drehmomentverteilung bereitgestellt ist, mittels welcher Bauteilbeanspruchungen reduzierbar, Fahreigenschaften verbessert sowie Betriebszielzustände des Kraftfahrzeugs schneller erreicht werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass als erster Betriebsparameter eine Betriebstemperatur der zweiten Elektromaschine ermittelt wird. Eine Betriebsgrenze einer Elektromaschine ist über deren Betriebstemperatur bestimmbar. Ab einer Grenztemperatur führen steigende Temperaturen zu einem erhöhten Verschleiß und somit zu einer reduzierten Lebensdauer einer Elektromaschine. Die Betriebsbelastungsgrenze bezeichnet demnach eine maximal zulässige Betriebstemperatur. Durch Verwenden der Betriebstemperatur als ersten Betriebsparameter und Vergleichen der Betriebstemperatur mit der Betriebsbelastungsgrenze ist somit bestimmbar, ob die zweite Elektromaschine einen weiteren Anstieg der Betriebstemperatur erlaubt und z.B. weiter wie bisher angesteuert werden kann oder ob die zweite Elektromaschine entlastet werden muss, damit die Betriebstemperatur nicht weiter ansteigt oder zumindest die Betriebsbelastungsgrenze nicht übersteigt. Zusätzlich oder alternativ zur Betriebstemperatur kann als erster Betriebsparameter ein Gradient der Betriebstemperatur verwendet werden. Ein solcher erster Betriebsparameter hat den Vorteil, dass dieser leicht ermittelbar, insbesondere messbar, ist, und dass hiermit eine Betriebsbelastung der zweiten Elektromaschine zuverlässig spezifizierbar ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass als zweiter Betriebsparameter ein Schaltzustand des Getriebes ermittelt wird. Als Schaltzustand ist im Rahmen der Erfindung beispielsweise ein gewählter Gang oder ein Gangwechsel des schaltbaren Getriebes bezeichnet. Während eines Gangwechsels ist ein Instationärausgleich durch die zweite Elektromaschine erfindungsgemäß bevorzugt, da beim Gangwechsel ein vom Verbrennungsmotor sowie von der ersten Elektromaschine auf eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs übertragbares Antriebsdrehmoment reduziert ist. Durch den Instationärausgleich kann somit ein kurzzeitiger Schubverlust reduziert werden. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass während eines Gangwechsels keine Umverteilung des Drehmoments zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine erfolgt. Mit anderen Worten wird eine bereits vorhandene Drehmomentverteilung während des Gangwechsels nicht verändert. Ein gewählter Gang spielt insbesondere dann eine besondere Rolle, wenn ein niedriger Gang, insbesondere der 1., 2. oder 3. Gang, bzw. eine besonders große Übersetzung des Getriebes gewählt ist. In diesem Zustand ist eine Umverteilung zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine, insbesondere mit einer hohen Umverteilungsgeschwindigkeit, nachteilig, da eine große Übersetzung bei Ungenauigkeiten im Übertragungsverhalten zu größeren Drehmomentfehlern am Rad führt. Demnach ist bei großen Übersetzungen keine oder allenfalls eine langsame Umverteilungsgeschwindigkeit des Drehmoments zwischen der ersten Elektromaschine und der zweiten Elektromaschine bevorzugt. Hierdurch kann ein Ruckeln des Fahrzeugs reduziert und somit der Fahrkomfort deutlich verbessert werden.
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Weiter bevorzugt wird als dritter Betriebsparameter eine Gaspedalstellung und/oder Vortriebsvorgabe eines Geschwindigkeitsteuerungssystems des Kraftfahrzeugs ermittelt. Mittels der Ermittlung der Gaspedalstellung bzw. der Vortriebsvorgabe des Geschwindigkeitsteuerungssystems ist ein Betriebszustand genau bestimmbar, bei dem eine Abschaltung des Verbrennungsmotors bevorsteht bzw. durchgeführt werden soll. Somit ist eine Umverteilung des Drehmoments mittels der Steuerungseinheit derart veranlassbar, dass die Entlastung bzw. Drehmomentfreiheit der Kupplung bevorzugt durch die erste Elektromaschine erfolgt. Es ist bevorzugt, dass in diesem Rahmen auch eine Fahrzeuggeschwindigkeit als dritter Betriebsparameter berücksichtigt wird, da ein Abschalten des Verbrennungsmotors insbesondere bei geringeren Geschwindigkeiten, z.B. innerhalb einer Stadt bzw. bei Stop-and-Go Fahrten oder dergleichen, vorteilhaft ist und daher von der Steuerungseinheit angewiesen wird.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Priorisierung der Drehmomentverteilungskriterien. Unter einer Priorisierung kann im Rahmen der Erfindung eine Reihenfolge der Berücksichtigung und/oder eine Gewichtung der Drehmomentverteilungskriterien verstanden werden. Dabei ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass ein bestimmtes Drehmomentverteilungskriterium einen Wert annehmen kann, der die übrigen Drehmomentverteilungskriterien überstimmt. Vorzugsweise kann dem ersten Drehmomentverteilungskriterium die höchste Priorität zugewiesen werden, so dass eine Bauteilüberlastung der zweiten Elektromaschine auf jeden Fall vermieden wird. Das zweite Drehmomentverteilungskriterium kann erfindungsgemäß höher als das dritte Drehmomentverteilungskriterium priorisiert werden, z.B. falls einem Fahrkomfort eine größere Bedeutung als einer Fahrdynamik beigemessen wird. Alternativ kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das dritte Drehmomentverteilungskriterium höher als das zweite Drehmomentverteilungskriterium priorisiert wird, insbesondere wenn eine hohe Fahrdynamik wichtiger als der Fahrkomfort ist. Eine Priorisierung hat den Vorteil, dass eine bedarfsgerechte Drehmomentverteilung somit weiter verbesserbar ist.
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Vorzugsweise wird mindestens ein vierter Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs mittels der Steuerungseinheit ermittelt, wobei ein viertes Drehmomentverteilungskriterium mittels der Steuerungseinheit auf Basis des ermittelten mindestens einen vierten Betriebsparameters und einer vorgegebenen Effizienzvorgabe in Bezug auf den mindestens einen ermittelten vierten Betriebsparameter abgeleitet wird. Dieses Ermitteln kann beispielsweise gleichzeitig bzw. im Wesentlichen gleichzeitig oder zeitversetzt mit dem Ermitteln des mindestens einen ersten Betriebsparameters bzw. des mindestens einen zweiten Betriebsparameters oder des mindestens einen dritten Betriebsparameters erfolgen. Das Ermitteln des vierten Betriebsparameters kann beispielsweise durch Messen oder Auslesen eines gespeicherten IST-Werts bzw. Identifizieren einer SOLL-Vorgabe mittels der Steuerungseinheit erfolgen. Mögliche vierte Betriebsparameter können beispielsweise eine Drehzahl, ein Drehmoment, eine Geschwindigkeit, eine Fahrpedalstellung, eine Gangwahl des Getriebes, eine Betriebstemperatur oder dergleichen sein. Die Effizienzvorgabe kann beispielsweise einen geringen Energieverbrauch und/oder eine günstige Kraftübertragung berücksichtigen. Auf diese Weise ist ein besonders wirtschaftliches Betreiben des hybriden Antriebsstrangs begünstigt. Im Falle einer Priorisierung der Drehmomentverteilungskriterien wird dem vierten Drehmomentverteilungskriterium vorzugsweise eine geringere Priorität als dem ersten Drehmomentverteilungskriterium zugewiesen.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der mindestens eine erste Betriebsparameter und/oder der mindestens eine zweite Betriebsparameter und/oder der mindestens eine dritte Betriebsparameter durch Prädiktion ermittelt wird. Hierbei kann beispielsweise ein Verlauf des jeweiligen Betriebsparameters betrachtet und mit weiteren Betriebsparametern verglichen werden. Wenn beispielsweise als erster Betriebsparameter die Betriebstemperatur der zweiten Elektromaschine gewählt ist und eine bevorstehende elektrische Fahrt wird prognostiziert, könnte das erste Drehmomentverteilungskriterium hieraus derart abgeleitet werden, dass der zweiten Elektromaschine bereits frühzeitig ein geringerer Drehmomentanteil zugewiesen wird, um die Betriebstemperatur zumindest von der zweiten Elektromaschine möglichst gering zu halten und somit eine stärkere Nutzung der zweiten Elektromaschine für die anstehende elektrische Fahrt zu ermöglichen. Eine Prädiktion von Betriebsparametern hat den Vorteil, dass die Drehmomentverteilung bereits vorausschauend erfolgen kann. Eine Umverteilung von Drehmoment zwischen den Elektromaschinen ist somit beispielsweise bereits frühzeitig vor einem Gangwechsel möglich.
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Weiter bevorzugt wird für die Prädiktion mindestens eines Betriebsparameters eine Streckenhistorie des Kraftfahrzeugs oder eine von einem Navigationssystem des Kraftfahrzeugs vorgegebene Strecke verwendet. Vorzugsweise können zusätzlich aktuelle Verkehrsinformationen berücksichtigt werden. Eine Verwendung der Streckenhistorie ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Regelmäßigkeiten der gefahrenen Strecken, wie z.B. Arbeitswege bei Berufspendlern, erkennbar sind. Von einem Navigationssystem vorgegebene Strecken haben den Vorteil, dass diese meist sehr zuverlässige Prognosen über die Strecke, welche das Kraftfahrzeug fahren wird, zulässt. Das Berücksichtigen von Streckendaten bei der Prädiktion hat den Vorteil, dass bereits anhand einer Strecke voraussichtliche Betriebszustände des Kraftfahrzeugs, wie z.B. elektrisches Fahren, Haltezeiten an Ampeln, Geschwindigkeitsbegrenzungen, schnelle Autobahnfahrten und dergleichen, zuverlässig prädizierbar sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Steuerungseinheit für ein Kraftfahrzeug zum Steuern eines hybriden Antriebsstrangs des Kraftfahrzeugs gelöst. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor, ein schaltbares Getriebe, eine erste Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine auf. Die erste Elektromaschine und der Verbrennungsmotor sind vorzugsweise auf einer Eingangsseite des schaltbaren Getriebes angeordnet. Die zweite Elektromaschine ist vorzugsweise auf einer Ausgangsseite des schaltbaren Getriebes angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst die Steuerungseinheit eine Recheneinheit und eine Speichereinheit. In der Speichereinheit ist ein Programm abgelegt, welches bei zumindest teilweiser Ausführung in der Recheneinheit ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführt.
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Bei der beschriebenen Steuerungseinheit ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Steuerungseinheit den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Drehmomentverteilung bereitstellbar ist, mittels welcher Bauteilbeanspruchungen reduzierbar, Fahreigenschaften verbessert sowie Betriebszielzustände des Kraftfahrzeugs schneller erreicht werden können.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebsstrang gelöst. Der Antriebsstrang weist einen Verbrennungsmotor, ein schaltbares Getriebe, eine erste Elektromaschine und eine zweite Elektromaschine auf. Die erste Elektromaschine und der Verbrennungsmotor sind vorzugsweise auf einer Eingangsseite des schaltbaren Getriebes angeordnet. Die zweite Elektromaschine ist vorzugsweise auf einer Ausgangsseite des schaltbaren Getriebes angeordnet. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug einen Energiespeicher zum Aufnehmen sowie zum Bereitstellen elektrischer Energie zum Betreiben der ersten Elektromaschine und/oder der zweiten Elektromaschine auf. Das Kraftfahrzeug weist eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit auf.
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Bei dem beschriebenen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie der erfindungsgemäßen Steuerungseinheit gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Drehmomentverteilung bereitstellbar ist, mittels welcher Bauteilbeanspruchungen reduzierbar, Fahreigenschaften verbessert sowie Betriebszielzustände des Kraftfahrzeugs schneller erreicht werden können.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren, eine erfindungsgemäße Steuerungseinheit sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 eine Zusammenschau mehrerer Drehmomentverteilungskriterien,
- 3 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 4 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren schematisch in einem Ablaufdiagramm dargestellt. Die an der Durchführung des Verfahrens beteiligten Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 sind insbesondere in 3 dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 ermittelt die Steuerungseinheit 3 mindestens einen ersten Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2, wie z.B. eine Betriebstemperatur und/oder ein Betriebstemperaturgradient der zweiten Elektromaschine 7. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 leitet die Steuerungseinheit 3 aus dem ersten Betriebsparameter und einer vorgegebenen Betriebsbelastungsgrenze ein erstes Drehmomentverteilungskriterium 8 ab. In einem dritten Verfahrensschritt 300 ermittelt die Steuerungseinheit 3 mindestens einen zweiten Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2, wie z.B. ein eingestellter Gang oder ein Gangwechsel des Getriebes 5. In einem vierten Verfahrensschritt 400 leitet die Steuerungseinheit 3 aus dem zweiten Betriebsparameter und einer vorgegebenen Fahrkomfortvorgabe ein zweites Drehmomentverteilungskriterium 9 ab. In einem fünften Verfahrensschritt 500 ermittelt die Steuerungseinheit 3 mindestens einen dritten Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2, wie z.B. eine Gaspedalstellung und/oder eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung bzw. Verzögerung des Kraftfahrzeugs 2. In einem sechsten Verfahrensschritt 600 leitet die Steuerungseinheit 3 aus dem dritten Betriebsparameter und einer vorgegebenen Zielzustandsvorgabe des Antriebsstrangs 1 ein drittes Drehmomentverteilungskriterium 10 ab. In einem siebten Verfahrensschritt 700 bestimmt die Steuerungseinheit 3 eine Drehmomentverteilung auf Basis des ersten Drehmomentverteilungskriteriums 8, des zweiten Drehmomentverteilungskriteriums 9 und des dritten Drehmomentverteilungskriteriums 10.
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2 zeigt eine Zusammenschau mehrerer Drehmomentverteilungskriterien (8, 9, 10, 11) in Balkendiagrammen. Die dargestellten Balken erstrecken sich von 0% bis 100%, wobei 0% eine komplette Verteilung des Drehmoments auf die ersten Elektromaschine 6 und 100% eine komplette Verteilung des Drehmoments auf die zweite Elektromaschine 7 bedeutet. Die schraffierten Flächen bezeichnen Drehmomentanteile, welche nach dem jeweiligen Drehmomentverteilungskriterium (8, 9, 10, 11) der zweiten Elektromaschine 7 nicht zugewiesen werden sollen. Die weißen Flächen bezeichnen mögliche Drehmomentanteile, die nach dem jeweiligen Drehmomentverteilungskriterium (8, 9, 10, 11) der zweiten Elektromaschine 7 zugewiesen werden sollen. Gemäß dem ersten Drehmomentverteilungskriterium 8 wird der zweiten Elektromaschine 7 in diesem Beispiel ein Drehmomentanteil zwischen 0% und 40% zugewiesen. Bei einem höheren Drehmomentanteil als 40% könnte beispielsweise eine Überhitzung der zweiten Elektromaschine 7 drohen. Gemäß dem zweiten Drehmomentverteilungskriterium 9 wird der zweiten Elektromaschine 7 in diesem Beispiel ein Drehmomentanteil zwischen 20% und 80% zugewiesen. Gemäß dem dritten Drehmomentverteilungskriterium 10 wird der zweiten Elektromaschine 7 in diesem Beispiel ein Drehmomentanteil von 0% zugewiesen. Gemäß dem vierten Drehmomentverteilungskriterium 11 wird der zweiten Elektromaschine 7 in diesem Beispiel ein Drehmomentanteil von 100% zugewiesen. Vorzugsweise wird das erste Drehmomentverteilungskriterium 8 derart priorisiert, dass eine maximal mögliche Drehmomentzuteilung für die zweite Elektromaschine 7 durch das erste Drehmomentverteilungskriterium 8 festgelegt ist. Folglich werden der zweiten Elektromaschine 7 potenziell zwischen 0% und 40% zugewiesen. Für den Fall, dass dem zweiten Drehmomentverteilungskriterium 9 eine zweithöchste Priorisierung zugewiesen sein sollte, könnte die potenzielle Drehmomentzuteilung z.B. zwischen 20% und 40% festgelegt werden. Bei einer zweithöchsten Priorisierung des dritten Drehmomentverteilungskriteriums 10, würde die Drehmomentzuteilung für die zweite Elektromaschine 7 in diesem Beispiel 0% betragen. Gemäß dem vierten Drehmomentverteilungskriterium 11 würde der zweiten Elektromaschine 7 in diesem Beispiel 100% des Drehmoments zugeteilt werden. Diese Zuteilung würde allerdings nicht angewiesen werden, da eine solche Zuteilung mit dem ersten Drehmomentverteilungskriterium 8 kollidieren würde.
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In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Die nachfolgend beschriebenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 2 sind in der Zeichnung durch gestrichelte Rechtecke angedeutet und können im Rahmen der Erfindung auch anders am Kraftfahrzeug 2 angeordnet sein. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Steuerungseinheit 3 sowie einen hybriden Antriebsstrang 1 mit einem Verbrennungsmotor 4, einem schaltbaren Getriebe 5, einer Kupplung 14, einer ersten Elektromaschine 6 und einer zweiten Elektromaschine 7 auf. Der Verbrennungsmotor 4 und die erste Elektromaschine 6 sind über die Kupplung 14 mit einem Getriebeeingang des Getriebes 5 mechanisch gekoppelt. Die zweite Elektromaschine 7 ist beispielsweise mit einem Rad 15 des Kraftfahrzeugs 2 mechanisch gekoppelt.
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4 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuerungseinheit 3 schematisch in einer Draufsicht. Die Steuerungseinheit 3 weist eine Recheneinheit 12 und eine Speichereinheit 13 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsstrang
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Steuerungseinheit
- 4
- Verbrennungsmotor
- 5
- Getriebe
- 6
- erste Elektromaschine
- 7
- zweite Elektromaschine
- 8
- erstes Drehmomentverteilungskriterium
- 9
- zweites Drehmomentverteilungskriterium
- 10
- drittes Drehmomentverteilungskriterium
- 11
- viertes Drehmomentverteilungskriterium
- 12
- Recheneinheit
- 13
- Speichereinheit
- 14
- Kupplung
- 15
- Rad
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
- 300
- dritter Verfahrensschritt
- 400
- vierter Verfahrensschritt
- 500
- fünfter Verfahrensschritt
- 600
- sechster Verfahrensschritt
- 700
- siebter Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015206190 A1 [0002]
