DE60029811T2 - Regelungsverfahren für ein hybridfahrzeug - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit elektrischem Getriebe, vom Typ seriell/parallel, das eine Wärmekraftmaschine und zwei elektrische Motoren umfasst, welche insbesondere die Räder durch ein doppeltes Planetengetriebe antreiben.
  • Ein Kraftfahrzeug vom hybriden Typ parallel/seriell umfasst wenigstens zwei Energiequellen, nämlich den Primärtreibstoff – Benzin oder Diesel – der die Wärmekraftmaschine versorgt, und den Strom, welcher die zwei Elektromotoren versorgt. Die Vorrichtung zur mechanischen Übertragung der Leistung an die Räder erlaubt es, die serielle Funktion bereitzustellen, d.h. dass ausschließlich die Elektromotoren den Rädern die Leistung bereitstellen, sowie die parallele Funktion, bei welcher die mechanischen Leistungen der Wärmekraftmaschine und der Elektromotoren auf der Höhe der Räder des Fahrzeugs aufsummiert werden. Im Falle eines Hybridfahrzeugs mit Doppeldifferential ist die mechanische Übertragung der Leistung durch ein doppeltes Planetengetriebe verwirklicht, d.h. aus zwei Planetengetrieben gebildet, die über eine oder mehrere Verbindungen verbunden sind.
  • Die Architektur eines Hybridfahrzeugs mit Doppeldifferential ist komplex und erfordert ein elektronisches Steuerungssystem, das die Verhältnisse und die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Komponenten berücksichtigt, um alle Funktionalitäten zu verwerten und ein Versagen des Systems zu vermeiden.
  • Gegenwärtig gibt es verschiedene einfache differentielle Hybridarchitekturen, die ein Planetengetriebe, zwei elektrische Maschinen und eine Wärmekraftmaschine einsetzen. Das französische Patent Nr. 2 679 839, das von JEUMONT SCHNEIDER angemeldet wurde, schlägt ein System vor, dessen Ausgangswelle mit dem Planetenträger des Planetengetriebes, dessen Hohlrad mit einem ersten Elektromotor und dessen Sonnenrad mit der Wärmekraftmaschine verbunden ist. Zwischen dem Planetengetriebe und der Wärmekraftmaschine ist der zweite Elektromotor montiert, der als Wechselstrommaschine betrieben wird. Die Steuerung dieses Systems ist dafür ausgelegt, die Geschwindigkeit der Ausgangswelle zu steuern. Hierzu legt die Steuerung den Wert der Drehzahl der Wärmekraftmaschine fest und verändert die Geschwindigkeit der Ausgangswelle über den Elektromotor, der auf dem Hohlrad des Planetengetriebes angeordnet ist. Die Drehzahl der Wärmekraftmaschine ist festgelegt, solange die Geschwindigkeit des Fahrzeugs keine zu hohe Drehzahl des Elektromotors bedeutet, der an dem Hohlrad angeordnet ist, ansonsten, wenn dieser seine Anschlagsgeschwindigkeit erreicht, wird dann die Drehzahl der Wärmekraftmaschine verändert. Die Steuerung erlaubt nur eine Geschwindigkeitsregelung ohne mögliche Steuerung des Ausgangsdrehmoments.
  • In der französischen Patentanmeldung Nr. 2 774 040, die auf den Namen von RENAULT angemeldet ist, wird eine Lösung für die Probleme vorgeschlagen, die durch die vorhandenen Vorrichtungen mit Planetengetriebe gestellt werden, die eine hybride Motorantriebsgruppe betrifft, welche ein doppeltes Planetengetriebe aufweist. Diese Architektur mit doppeltem Differential besitzt bekannte Unterschiede zur Architektur mit einfachem Differential. Insbesondere, während bei dem einfachen Differential der auf das Hohlrad montierte Elektromotor EM2 sein Drehmoment direkt an die Räder überträgt, ohne Übersetzungsverhältnis, was eine große Dimensionierung des Motors mit sich bringt, ist bei dem doppelten Differential dieser Motor EM2 über das zweite Planetengetriebe von den Rädern entkoppelt. Die andere zwischen den zwei Getrieben erforderliche Verbindung ist diejenige, welche die Sonnenräder miteinander verbindet: Der Elektromotor EM1, der im Falle eines einfachen Differentials mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist, ist im Falle des doppelten Differentials mit den zwei Planetengetrieben mittels deren Sonnenräder verbunden, die fest miteinander verbunden sind. Außerdem ergibt sich die Steuerung eines Systems mit doppeltem Differential nicht aus derjenigen eines einfachen Differentials, da komplexere Wechsel wirkungen zwischen den Komponenten vorliegen. Im Falle eines einfachen Differentials hängt die Drehzahl der Wärmekraftmaschine nur von diesem Motor und dem auf dem Sonnenrad des Getriebes montierten Elektromotor EM1 ab, der dazu dient, die Drehzahl zu regeln, während der zweite Elektromotor EM2 das durch das Hohlrad gelieferte Drehmoment ergänzt, um das durch den Fahrer angeforderte Drehmoment am Rad zu erfüllen. Es ist möglich, die Drehmomente der zwei Elektromotoren, die getrennt auf die zwei zu erreichenden Sollwerte einwirken, sequentiell zu bestimmen. Jedoch hängt im Falle eines doppelten Differentials die Drehzahl der Wärmekraftmaschine von den Drehmomenten der drei Motoren ab, und es wird unmöglich, die Drehzahl der Wärmekraftmaschine und das Drehmoment am Rad des doppelten Differentials durch eine sequentielle Berechnung der Drehmomente der zwei Elektromotoren zu steuern.
  • Es ist ebenfalls erforderlich, die Maximal- und Minimalgrenzen der verwirklichbaren Beschleunigung der Wärmekraftmaschine und des Drehmoments am Rad in Abhängigkeit der Grenzen der Komponenten und des augenblicklichen Zustands des Systems zu etablieren, was die Steuerung eines einfachen Differentials nicht vorsieht.
  • Nun bietet diese Hybridarchitektur mit doppeltem Differential unter anderem den Vorteil, dass sie ein zusätzliches Untersetzungsverhältnis zwischen dem parallel angeordneten Elektromotor und den Rädern bringt, wodurch an das Rad ein höheres Drehmoment übertragen wird. Seine Steuerung, die komplexer ist als diejenige eines Systems mit einfachem Differential, verwirklicht die folgenden Ziele:
    • – Befriedigung der Vorgabe durch den Fahrer, sei es als Drehmoment, als Beschleunigung, als Leistung oder als Geschwindigkeit der Räder;
    • – Steuerung der internen Zustände des Systems, insbesondere der Getriebe, beispielsweise der Geschwindigkeiten der drei Motoren;
    • – Optimierung des Treibstoffverbrauchs und der Schadstoffemissionen;
    • – Verwaltung der Komponentengrenzen, wie beispielsweise der Drehmomente, Geschwindigkeiten, Minimal- und Maximalleistungen, Spannung, Stromstärke, Temperatur der Elektromotoren und der Wärmekraftmaschine, Minimal- und Maximalladungs- und -entladungsleistung der Batterie.
  • Für diesen Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit elektrischem Getriebe vom Typ seriell/parallel, das einerseits eine Wärmekraftmaschine und zwei durch eine Batterie gespeiste Elektromotoren, welche die Räder eines Fahrzeugs über ein doppeltes Planetengetriebe antreiben, umfasst, und andererseits einen elektronischen Steuerrechner, der mit jedem der drei Motoren über deren jeweilige Steuerschaltungen und mit der Batterie über deren Steuerschaltung verbunden ist und der sie in Abhängigkeit der Versenkung des Gaspedals durch den Fahrer steuert, dadurch gekennzeichnet, dass er die Sollwerte des Drehmoments TEM1 des ersten Elektromotors EM1 und TEM2 des zweiten Elektromotors EM2 in Abhängigkeit der endgültigen Sollwerte dreier Größen, der Beschleunigung (dNWKM/dt)f und des Drehmoments (TWKM)f der Wärmekraftmaschine sowie des Drehmoments am Rad (Trad)f, berechnet, die zwischen minimalen und maximalen Grenzwerten definiert sind, welche so berechnet sind, dass sie die Grenzen der Motoren und der Batterie bezüglich Leistung, Drehmoment sowie Minimal- und Maximalgeschwindigkeit respektieren.
  • Die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der Beschreibung einer Ausführungsform des Steuerungsverfahrens offensichtlich werden, die durch die folgenden Figuren veranschaulicht wird, bei denen:
  • 1 ein Prinzipschema einer Getriebevorrichtung in einem Hybridfahrzeug vom seriellen/parallelen Typ mit doppeltem Planetengetriebe ist;
  • 2 ein elektronisches Schema ist, das ein Beispiel eines Steuerungsverfahrens gemäß der Erfindung repräsentiert.
  • Gemäß 1 umfasst die Architektur der Vorrichtung zur mechanischen Übertragung der Leistung an die Räder in einem Hybridfahrzeug vom seriellen/parallelen Typ eine Wärmekraftmaschine 1 in Form eines Verbrennungsmotors, der durch einen Treibstofftank versorgt wird, zwei Elektromotoren EM1 und EM2, die mit einer Batterie 4 oder auch Akkumulator verbunden sind, und ein doppeltes Planetengetriebe 5.
  • Die Wärmekraftmaschine 1 ist mit dem Planetenträger PT6 des ersten Getriebes 6 verbunden. Ein erster Elektromotor EM1 ist einerseits mit dem Sonnenrad P6 des ersten Planetengetriebes 6 und andererseits mit dem Sonnenrad P7 des zweiten Getriebes 7 verbunden.
  • Der zweite Elektromotor EM2 ist mit dem Hohlrad C7 des zweiten Getriebes 7 verbunden, und der Planetenträger PT7 des zweiten Getriebes 7 ist mit dem Hohlrad C6 des ersten Getriebes 6 verbunden, das die Räder 8 über die Ausgangswelle 9 antreibt.
  • Die Elektromotoren EM1 und EM2 und deren zugeordnete elektronische Leistungsschaltungen sind jeder jeweils mit einer elektronischen Steuerschaltung 11 und 12 ausgerüstet, was es ihnen erlaubt, in den vier Quadranten bei Drehmoment-, Strom- und Geschwindigkeitssteuerung betrieben zu werden. Die Wärmekraftmaschine 1 ist einer Schaltung 10 zur Steuerung beispielsweise des Drehmoments oder des Öffnungswinkels der Drosselklappe zugeordnet.
  • Ein elektronischer Steuerrechner 13 vom Überwachertyp empfängt Informationen von den verschiedenen Fahrzeugbestandteilen, wie beispielsweise der Wärmekraftmaschine 1 und den zwei Elektromotoren EM1 und EM2 über deren jeweilige Steuerschaltungen, und von der Steuerschaltung 14 der Batterie 4. Weiterhin berücksichtigt er die Vorgabe des Fahrers, die durch die Versenkung des Gaspedals 15 und den manuellen Schalter 16 zur Auswahl des Wärmekraftmodus, hybrid oder elektrisch, definiert ist. Die Position des Pedals entspricht einer Vorgabe, ein Drehmoment an die Räder anzulegen, um die Geschwindigkeitsvorgabe zu befriedigen, die durch den Fahrer ausgedrückt wird.
  • Gemäß einer Ausführungsvariante kann die Welle 17 der Wärmekraftmaschine mit einem Freilauf 18 verbunden sein, was es im vollelektrischen Modus erlaubt, die zwei Elektromotoren einzusetzen, um das vom Fahrer nachgefragte Drehmoment zu erfüllen, bei gleichzeitiger Optimierung des Wirkungsgrades des Antriebsstrangs. Es ist daher nicht mehr erforderlich, die Wärmekraftmaschine auf ein Nulldrehmoment hin zu regeln, und man profitiert außerdem vom Reaktionsdrehmoment des Freilaufs.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs gemäß dieser relativ komplexen Architektur, das die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Komponenten berücksichtigt. Es berechnet das Drehmoment eines jeden der beiden Elektromotoren anhand des Drehmoments am Rad, das durch den Fahrer nachgefragt wird, und der Sollwerte der Drehzahl und des Drehmoments der Wärmekraftmaschine. Die beiden Sollwerte werden anhand der gemessenen Geschwindigkeit der Räder, des nachgefragten Drehmoments am Rad und des Ladezustands der Batterie bestimmt, mit dem Ziel der Optimierung des Gesamtwirkungsgrades des Antriebsstrangs des Fahrzeugs und der Minimierung des Treibstoffverbrauchs und der Schadstoffemission.
  • Ein Beispiel des erfindungsgemäßen Steuerungsverfahrens ist in der 2 dargestellt, bei welchem der Sollwert der Drehzahl der Wärmekraftmaschine demjenigen des nachgefragten Drehmoments am Rad vorgezogen wird.
  • Der erste Schritt e1 des Verfahrens besteht darin, die Gesetzmäßigkeitstabellen zur Energieverwaltung zu erstellen, welche den Sollwert für die Drehzahl sowie denjenigen für das Drehmoment der Wärmekraftmaschine definieren werden, um das durch den Fahrer nachgefragte Drehmoment am Rad zu erfüllen, den Treibstoff- und Stromverbrauch zu minimieren und die Batterie in Abhängigkeit des Ladezu stands zu entladen oder aufzuladen. Die Nachfrage des Fahrers bezüglich des Drehmoments am Rad wird anhand der Position des Gaspedals interpretiert.
  • Diese Gesetzmäßigkeitstabellen sind in Abhängigkeit des Fahrzeugzustands vorbestimmt, der durch die Geschwindigkeit Vv des Fahrzeugs, das durch den Fahrer nachgefragte Drehmoment am Rad Trad, den Zustand der Batterie und die Minimal- und Maximaldrehmomente eines jeden Elektromotors TEM1 und TEM2 definiert ist. Der Zustand der Batterie umfasst den Ladezustand SOC, die Temperatur, die abgegebene Stromstärke, die Ausgangsspannung und die erhaltenen minimalen und maximalen Leistungen.
  • Anhand dieser Informationen kann das Fahrzeug gemäß verschiedener Modi betrieben werden:
    • – im vollelektrischen Modus, wenn die Wärmekraftmaschine ausgeschaltet ist, wobei das Fahrzeug ausschließlich dank der elektrischen Energie fortbewegt wird;
    • – im Hybridmodus mit elektrischem Boost, wenn die Batterie über den einen oder die beiden Elektromotoren elektrische Energie liefert und sich folglich entlädt;
    • – im Hybridmodus mit Aufladen der Batterie dank der laufenden Wärmekraftmaschine, die dem System Energie zuführt;
    • – im Vollwärmekraftmodus, wenn die Leistung der Batterie null ist.
  • Wenn der Betriebsmodus derart durch den Fahrzeugzustand oder durch manuelle Auswahl festgelegt ist, definieren die Gesetzmäßigkeitstabellen zur Energieverwaltung die Drehzahl NWKM und das Drehmoment TWKM der Wärmekraftmaschine.
  • Außerdem berücksichtigen sie die nachgefragte Leistung am Rad Prad, um daraus die Leistung der Batterie abzuleiten, durch Differenzbildung zwischen dieser Leistung am Rad und der Leistung der Wärmekraftmaschine, abgesehen vom Wirkungsgrad. Im Hybridmodus und im Normalbetrieb ist der Sollwert für die Leistung der Batterie bei geringen Leistungen am Rad negativ, was es der Wärmekraftmaschine erlaubt, an einem Punkt mit gutem Wirkungsgrad betrieben zu werden. Wenn die nachgefragte Leistung am Rad hoch ist, fügt die Batterie ihre Leistung derjenigen der Wärmekraftmaschine hinzu und entlädt sich folglich. Wenn diese Leistung am Rad Prad sich im Bereich mittlerer Werte befindet, gibt die Batterie weder Strom ab noch empfängt sie welchen. Eine solche Tabelle zur Energieverwaltung erlaubt es bei Stadtverkehr, bei einem relativ konstanten Ladungszustand zu bleiben. Falls die Ladung der Batterie geringer wird als ihr definierter Wert, wird die Aufladungsleistung erhöht, wohingegen die Entladungsleistung verringert wird. Diese Veränderungen werden umgekehrt, wenn der Ladungszustand zu hoch ist.
  • So wird der Sollwert der Leistung der Batterie in eine Tabelle zur Energieverwaltung eingegeben, deren Eingänge die Leistung am Rad und der Ladezustand sind.
  • Der zweite Schritt e2 besteht darin, die minimalen und maximalen Grenzen (NWKM)min und (NWKM)max der Drehzahl NWKM der Wärmekraftmaschine zu bestimmen. Wegen der wechselseitigen Abhängigkeit der Drehzahlen der verschiedenen mit dem doppelten Planetengetriebe verbundenen Komponenten gemäß der Willis-Formel sind die jeweiligen vier Geschwindigkeiten der Räder, der zwei Elektromotoren und der Wärmekraftmaschine durch zwei Gleichungen verbunden, was bedeutet, dass nur zwei Geschwindigkeiten voneinander unabhängig sind. Folglich ist die Solldrehzahl der Wärmekraftmaschine bei einer gegebenen Radgeschwindigkeit durch die Minimal- und Maximalgeschwindigkeiten der zwei Elektromotoren EM1 und EM2 begrenzt.
  • Gleichzeitig berechnet ein dritter Schritt e3 die zulässigen Grenzen der Komponenten, bei denen es sich um die Wärmekraftmaschine, die zwei Elektromotoren und die Batterie handelt. Es gibt zwei Typen der Veränderung der Begrenzungen der Komponenten: einerseits diejenigen, die mit einem Versagen der Komponente verbunden sind, beispielsweise im Falle einer Überhitzung, so dass die Leistungs- und Drehmomentgrenzen oder die Minimal- und Maximalgeschwindigkeiten der Komponente über eine im Allgemeinen lange Zeitspanne verändert werden können. Andererseits die Veränderungen, die durch die Grenzen des verfügbaren Drehmoments am Ausgang eines jeden der zwei Elektromotoren und der Wärmekraftmaschine in Abhängigkeit von deren augenblicklicher Drehzahl verursacht werden, die viel schneller sein können. Die Grenzen werden zu jedem Zeitpunkt erneut berechnet.
  • Im Falle eines Versagens können die zulässigen Grenzen der Komponenten entweder direkt auf der Höhe des Überwachers berechnet werden, oder auf der Höhe der Komponente selber, und in diesem Fall muss die Information an den Überwacher hochgereicht werden. Dieser Schritt der Verwaltung der Grenzen trägt beträchtlich zur Robustheit der Steuerung bei. Es wird nicht sequentiell das eine oder andere der Motordrehmomente verändert, um die nachgefragten Sollwerte zu erfüllen, sondern simultan, wenn die Grenzen der Komponenten erreicht sind. Es ist so möglich, die Drehmomentssteuerung zu korrigieren, wenn die benachbarte Komponente gesättigt ist, um die verschiedenen Kriterien zu erfüllen.
  • So geht dieser dritte Schritt e3 einerseits von der augenblicklichen Drehzahl NWKM der Wärmekraftmaschine und den augenblicklichen Drehzahlen NEM1 und NEM2 der Elektromotoren aus, und andererseits von den Informationen über die Komponenten, d.h. dem allgemeinen Zustand der Batterie, und für jeden der Motoren, der Temperatur θ, insbesondere diejenige der Wärmekraftmaschine, um deren Betrieb zu optimieren und die Schadstoffemissionen zu verringern, den Minimal- und Maximalwerten Pmin und Pmax der Leistung, Tmin und Tmax des Drehmoments und Nmin und Nmax der Drehzahl. Dieser Schritt liefert die Grenzen der Komponenten, d.h. die minimalen und maximalen Grenzen der Batterieleistung Pbat der Leistung der Elektromotoren PEM1 und PEM2, des Drehmoments dieser zwei Motoren TEM1 und TEM2 und des Drehmoments der Wärmekraftmaschine TWKM.
  • Der vierte Schritt e4 erlaubt die Bestimmung der Sollwerte des Drehmoments (TWKM)c und der Drehzahl (NWKM)c der Wärmekraftmaschine anhand des Drehmoments TWKM und der Drehzahl NWKM, die durch die Tabelle zur Energieverwaltung beim Schritt e1 bestimmt werden, was den besten Betriebspunkt bei festgelegter Leistung liefert. Wenn die erhaltene Motorgeschwindigkeit die durch die WILLIS-Gleichungen beim Schritt e2 erlaubten Grenzen übersteigt, werden die Sollwerte der Drehzahl und folglich des Drehmoments der Wärmekraftmaschine korrigiert. Die Leistung der Wärmekraftmaschine entspringt direkt der Differenz zwischen der Leistung der Batterie und derjenigen der Räder.
  • Anhand der Regelung der Drehzahl NWKM der Wärmekraftmaschine auf deren Sollwert (NWKM)c, der beim vorherigen Schritt definiert wurde, berechnet der Schritt e5 den Beschleunigungssollwert (dNWKM/dt)c der Wärmekraftmaschine.
  • Diese Regelung ist beispielsweise durch einen Proportional-Integral-Ausgleicher PI oder eine Steuerung mit internem Modell verwirklicht.
  • Die Bestimmung des endgültigen Sollwertes dieser Beschleunigung wird nach Berechnung ihrer oberen und unteren Grenzen im folgenden Schritt e6 durchgeführt, die anhand der Grenzen der Komponenten durchgeführt wird, die beim Schritt e3 berechnet wurden. Hierzu ist die Beschleunigung der Wärmekraftmaschine dNWKM/dt durch die folgende Gleichung E1 definiert: dNWKM/dt = a·TWKM + b·TEM1 + c·TEM2, (E1)welche deren Abhängigkeit von den mechanischen Verbindungen zwischen den drei Motoren und den sie verbindenden Getrieben, sowie deren Ausmaße widerspiegelt. Die Koeffizienten a, b und c sind Parameter, die von den Ausmaßen des Antriebsstrangs abhängen, d.h. den Verhältnissen der Planetengetriebe, den Un tersetzungsverhältnissen und den Trägheiten der Wärmekraftmaschine und der Elektromotoren.
  • Diese gleichzeitige Berücksichtigung der Drehmomente aller Motoren, Wärmekraftmaschine oder Elektromotoren, um den Sollwert zu erfüllen, ist im Falle des doppelten Differentials erforderlich, da die Drehzahl der Wärmekraftmaschine genau von diesen Drehmomenten abhängt. Ohne die neue Steuervorrichtung gemäß der Erfindung können bei Berücksichtigung der Grenzen der Komponenten zu hohe Drehzahlen am doppelten Differential festgestellt werden.
  • Nach diesem Schritt e6 der Berechnung der Maximal- und Minimalgrenzen (dNWKM/dt)max und (dNWKM/dt)min der Beschleunigung der Wärmekraftmaschine wählt der folgende Schritt e7 denjenigen endgültigen Sollwert für die Beschleunigung (dNWKM/dt)f aus, der in den erreichbaren Grenzen enthalten ist und so nah wie möglich am ursprünglichen Beschleunigungssollwert liegt.
  • Wie vorher führt das Verfahren einen Schritt e8 der Sättigung der Nachfrage eines Drehmoments am Rad in Abhängigkeit der Grenzen der Bauteile durch, dank eines Algorithmus zur Suche der Minimal- und Maximalgrenzen (Trad)min und (Trad)max, der unabhängig von den Grenzen der Komponenten durch sukzessive Lösung von Gleichungssystemen auf analytische Weise funktioniert. Dieser Algorithmus kann folglich leicht in einem mitgeführten Rechner kodiert werden und erlaubt es, Drehmomentsverluste am Rad und Oszillationen zu vermeiden. Da die Drehmomente der Motoren sowohl auf die Beschleunigung der Wärmekraftmaschine als auch auf das Drehmoment am Rad rückwirken, wird das letztere anhand einer erwünschten Beschleunigung berechnet, die beim Schritt e7 definiert wird.
  • Die Extremgrenzen des Drehmoments am Rad sind durch die folgende Gleichung E2 definiert: Trad = α·TWKM + β·TEM1 + γ·TEM2, (E2)wobei die Koeffizienten α, β, und γ Parameter gleicher Natur wie die Koeffizienten a, b und c der vorangehenden Gleichung E1 sind.
  • Der folgende Schritt e9 bestimmt den endgültigen Sollwert (Trad)f dieses Drehmoments am Rad, indem dasjenige ausgewählt wird, das am nächsten zu dem ursprünglich nachgefragten Drehmoment liegt.
  • Dieser Sollwert kann in zulässiger Weise verändert werden, d.h. bei Sicherstellung einer minimalen sicherzustellenden Beschleunigung oder Abbremsung, um dem nachgefragten Drehmoment am Rad besser zu entsprechen.
  • Bei Kenntnis des nachgefragten Drehmoments am Rad (Trad)f durch den Schritt e9 und der Beschleunigung der Wärmekraftmaschine (dNWKM/dt)f durch den Schritt e7 bestimmt das Verfahren beim Schritt e10 die am Drehmoment der Wärmekraftmaschine zulässige Minimalgrenze (TWKM)min und Maximalgrenze (TWKM)max in Abhängigkeit der Grenzen der Komponenten, die beim Schritt e3 definiert wurden.
  • Der folgende Schritt e11 wählt dasjenige endgültige Drehmoment der Wärmekraftmaschine (TWKM)f aus, das dem ursprünglich beim Schritt e4 berechneten Drehmoment am nächsten ist.
  • Da es das Ziel des Steuerungsverfahrens ist, die Sollwerte der Drehmomente der zwei Elektromotoren EM1 und EM2 anhand des Drehmoments (TWKM)f der Wärmekraftmaschine, deren erwünschter Beschleunigung (dNWKM/dt)f und des Sollwertes des Drehmoments am Rad (Trad)f zu berechnen, wobei diese drei Angaben in diesem Stadium des Verfahrens bestimmt sind, muss der letzte Schritt e12, ein System mit zwei linearen Gleichungen mit zwei Unbekannten lösen, bei denen es sich um die Drehmomente der zwei elektrischen Motoren des Fahrzeugs handelt.
  • Die dann berechneten Werte erfüllen alle Beschränkungen der Komponenten, da die für deren Berechnung ausgewählten Sollwerte Teil des durch das Steuerungssystem erreichbaren Bereichs sind.
  • Bei diesem Beispiel des Ablaufs des Verfahrens zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, bei welchem der Sollwert der Drehzahl der Wärmekraftmaschine demjenigen des Drehmoments am Rad vorgezogen wurde, besteht die Reihenfolge der Bestimmung der Grenzen darin, als erstes die Grenzen der Beschleunigung der Wärmekraftmaschine zu bestimmen, die dann festgelegt ist, und sodann die Grenzen des Drehmoments am Rad. Diese Reihenfolge, die einer besonderen hierarchischen Gliederung der Steuerungsprioritäten entspricht, kann verändert werden, insbesondere indem das Drehmoment am Rad der Beschleunigung der Wärmekraftmaschine vorgezogen wird, oder indem das Drehmoment der Wärmekraftmaschine, dessen Beschleunigung und dem Drehmoment am Rad vorgezogen wird. Es ist ebenfalls möglich, einen Kompromiss zwischen den zwei Zielen zu finden, um eine ausreichende Drehzahl für die Wärmekraftmaschine sicherzustellen, bei gleichzeitiger Vermeidung von Drehmomentaussetzern bei starken Beschleunigungen oder Abbremsungen der Drehzahl dieser Welle.
  • Dank dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren kann das Hybridfahrzeug gemäß verschiedener Phasen gefahren werden.
  • Insbesondere ist im Hybridbetriebmodus mit Aufladung bei einer Zugphase die Wärmekraftmaschine in Betrieb und liefert dem System Energie, die dazu dient, die Räder anzutreiben und/oder die Reserve an elektrischer Energie der Batterie aufzuladen. Letztere kann ebenso Energie liefern, über den einen oder die beiden Elektromotoren, im Hybridmodus mit elektrischem Boost.
  • Wenn die Wärmekraftmaschine außer Betrieb ist, im vollelektrischen Modus, bewegt sich das Fahrzeug ausschließlich dank elektrischer Energie, und man regelt dann in den verschiedenen Etappen des vorher beschriebenen Verfahrens die Drehzahl der Wärmekraftmaschine auf einen Nullwert.
  • Beim Loslassen des Gaspedals geht das Fahrzeug in eine Phase regenerativer Bremsung über, d.h. dass ein Teil der den Rädern zur Verfügung stehenden Energie in elektrischer Form in die Batterie zurückgeführt wird. Wenn die Wärmekraftmaschine in Betrieb ist, wird diese dann auf ihre Minimaldrehzahl gebracht, die unter anderem durch die RAVIGNEAUX-Diagramme, welche von den Grenzdrehzahlen der Elektromotoren abhängen, von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt. Diese Minimaldrehzahl kann sehr viel höher als null sein.
  • Bezüglich der Logik zum Anlassen wie auch zum Ausschalten der Wärmekraftmaschine, vorausgesetzt dass man die Schwellen wechselt, wird das Anlassen insbesondere entschieden:
    • – bei Erfassung des nachgefragten Drehmoments am Rad und der Fahrzeuggeschwindigkeit und einem nichtzufriedenstellenden Zustand der Batterie, d.h. einem Zustand geringer Beladung bei hoher Temperatur, geringer Spannung, hohem elektrischen Stromfluss oder ungenügender Leistung. In diesem Fall darf die Batterie nicht weiter entladen werden, und die so angelassene Wärmekraftmaschine kann eventuell die Batterie wieder aufladen,
    • – bei Erfassung einer Schwelle der Fahrzeuggeschwindigkeit, jenseits welcher die Abhängigkeit zwischen den Drehzahlen der verschiedenen Motoren, die durch das doppelte Planetengetriebe verbunden sind, es erforderlich macht, die Wärmekraftmaschine anzulassen, die durch eine Mindestgeschwindigkeit begrenzt ist, so dass die Elektromotoren nicht mit überhöhter Drehzahl laufen. Außerdem kann diese Geschwindigkeitsschwelle entsprechend anderer Kriterien variieren, wie beispielsweise dem Batteriezustand oder dem nachgefragten Drehmoment am Rad.
  • In dem soeben beschriebenen Steuerungsverfahren wurden die Kriterien in der folgenden Reihenfolge hierarchisch gegliedert:
    • – Beschleunigung der Wärmekraftmaschine,
    • – Drehmoment am Rad,
    • – Drehmoment der Wärmekraftmaschine.
  • Diese Reihenfolge kann verändert werden und die Verwirklichung des Drehmoments der Wärmekraftmaschine bevorzugen, das sich aus den Gesetzmäßigkeitstabellen zur Energieverwaltung ergibt, und sodann die Regelung der Wärmekraftmaschine und des Drehmoments am Rad.
  • Es ist ebenfalls möglich, mehrere Kriterien zu einem einzigen zusammenzufassen.
  • Die Kriterien oder deren Veränderungen können gesättigt werden, um so zu große Veränderungen des Drehmoments der Wärmekraftmaschine zu vermeiden, oder um eine Veränderung des Drehmoments am Rad von gleichem Vorzeichen wie demjenigen zu erhalten, das durch den Fahrer nachgefragt wird, oder auch um eine minimale Beschleunigung der Drehzahl der Wärmekraftmaschine sicherzustellen.
  • Der Nutzen des Steuerungsverfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, dass es erlaubt, den verschiedenen Kriterien gerecht zu werden, unabhängig von der Reihenfolge ihrer hierarchischen Gliederung oder deren Grenzwerte, die auf jeden Fall zu respektieren sind.
  • Es genügt hierzu, die Reihenfolge der Schritte umzukehren, beispielsweise den Schritt e9 der Berechnung der Grenzen des Drehmoments am Rad Trad mit dem Schritt e6 der Berechnung der Grenzen der Beschleunigung dNWKM/dt zu verwirklichen, oder für ein Kriterium einen Grenzwert vorzuschreiben, beispielweise (dNWKM/dt)min zur Bestimmung des Drehmoments am Rad Trad.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs mit elektrischem Getriebe vom Typ seriell/parallel, das einerseits eine Wärmekraftmaschine und zwei durch eine Batterie gespeiste Elektromotoren, welche die Räder eines Fahrzeugs über ein doppeltes Planetengetriebe antreiben, umfasst, und andererseits einen elektronischen Steuerrechner, der mit jedem der drei Motoren über deren jeweilige Steuerschaltungen und mit der Batterie über deren Steuerschaltung verbunden ist, und der sie in Abhängigkeit der Versenkung des Gaspedals durch den Fahrer steuert, dadurch gekennzeichnet, dass er die Sollwerte des Drehmoments (TEM1) des ersten Elektromotors (EM1) und (TEM2) des zweiten Elektromotors (EM2) in Abhängigkeit der endgültigen Sollwerte dreier Größen, der Beschleunigung (dNWKM/dt)f und des Drehmoments (TWKM)f der Wärmekraftmaschine (1) sowie des Drehmoments am Rad (Trad)f, berechnet, die zwischen minimalen und maximalen Grenzwerten definiert sind, welche so berechnet sind, dass sie die Grenzen der Motoren und der Batterie bezüglich Leistung, Drehmoment, sowie Minimal- und Maximalgeschwindigkeit respektieren.
  2. Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine erste Phase der Bestimmung der Sollwerte der Drehzahl (NWKM)s und des Drehmoments (TWKM)s anhand von Tabellen zur Energieverwaltung umfasst, die als Eingang die Geschwindigkeit (Vf) des Fahrzeugs, das Drehmoment (Trad) am Rad und den Ladezustand (SOC) der Batterie (4) erhalten und den besten Betriebspunkt bei gegebener Leistung zwischen zwei Grenzwerten, minimal und maximal, liefern, die durch die Minimal- und Maximalgeschwindigkeiten der zwei Elektromotoren (EM1 und EM2) definiert sind.
  3. Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Phase der Sättigung jeder der drei Sollwertgrößen, der Beschleunigung (dNWKM/dt) und des Drehmoments (TWKM) der Wärmekraftmaschine sowie des Drehmoments am Rad (Trad), umfasst, wobei in deren Abhängigkeit die Berechnung der Sollwerte der Drehmomente (TEM1) und (TEM2) der zwei Elektromotoren durch einen Algorithmus zur Suche der minimalen und maximalen Grenzwerte in Abhängigkeit der Grenzen der Komponenten, Motoren und Batterie, erfolgt, gefolgt von einer dritten Phase der Bestimmung des endgültigen Sollwerts einer jeden dieser drei Größen, der zwischen den Grenzwerten und so nahe wie möglich am Ursprungssollwert liegt.
  4. Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase der Bestimmung der Sollwerte der Drehzahl (NWKM)s und des Drehmoments (TWKM)s einen Schritt (s1) der Erstellung der Tabellen zur Energieverwaltung anhand der Fahrzeuggeschwindigkeit (Vf), des durch den Fahrer gemäß der Versenkung des Gaspedals geforderten Drehmoments am Rad (Trad) und des Ladezustands (SOC) der Batterie umfasst, welche das Drehmoment (TWKM) und die Drehzahl (NWKM) der Wärmekraftmaschine liefern, um ein Kriterium des Gesamtwirkungsgrads des Fahrzeugs zu optimieren.
  5. Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die minimalen (NWKM)min und maximalen (NWKM)max Grenzwerte der Drehzahl der Wärmekraftmaschine in Abhängigkeit der minimalen und maximalen Geschwindigkeiten der beiden Elektromotoren (EM1 und EM2) bei einer gegebenen Radgeschwindigkeit durch die WILLIS-Formel bestimmt werden, welche die Wechselbeziehung der Drehzahlen der Wärmekraftmaschine, der zwei Elektromotoren und der Räder, die mit dem doppelten Planetengetriebe verbunden sind, wiedergibt.
  6. Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (s3) der Berechnung der zulässigen Grenzen der Komponenten als Eingangsinformation einerseits die Drehzahl (NWKM) der Wärmekraftmaschine sowie die Drehzahlen (NEM1 und NEM2) der zwei Elektromotoren und andererseits Informationen bezüglich der Komponenten, nämlich den Ladezustand (SOC) der Batterie, die Wassertemperatur (T) der Wärmekraftmaschine, Minimal- und Maximalwerte (Pmin) und (Pmax) der Leistung am Rad, (Tmin) und (Tmax) des Drehmoments am Rad sowie (Nmin) und (Nmax) der Drehzahl der Wärmekraftmaschine aufnimmt, und die minimalen und maximalen Grenzwerte der Batterieleistung (Pbat), der Leistung (PEM1) und (PEM2) und des Drehmoments (TEM1) und (TEM2) der Elektromotoren sowie des Drehmoments der Wärmekraftmaschine (TWKM) liefert.
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