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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Momentenaufbaus
während
eines Übergangs
von einer Phase ohne oder mit einer niedrigen Momentenanforderung
zu einer Phase mit hoher Momentenanforderung bei einem Fahrzeug
mit Hybridantrieb. Die Erfindung betrifft ferner einen Hybridantrieb
mit entsprechenden Steuerungsmitteln zur Steuerung des Momentenaufbaus.
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Starke
Drehmomentsprünge
in instationären Betriebsphasen
können
als unangenehm empfundene Schwingungen im Antriebsstrang erzeugen.
Dies gilt insbesondere bei Übergängen aus
einer Phase ohne Momentenanforderung (Schubphase) oder mit einer
nur geringen Momentenanforderung in eine Phase, in welcher schlagartig
eine hohe Momentenanforderung durch den Fahrer vorgegeben wird.
Eine hohe Änderungsgeschwindigkeit
des verbrennungsmotorischen Moments kann eine Schwingungsanregung
für den
nachgeschalteten Triebstrang darstellen. Wird beispielsweise die
bei einem Beschleunigungsvorgang erzeugte Momentenänderung
in voller Höhe
auf den Triebstrang übertragen,
führt dies
häufig
zu einem unkomfortablen Fahrverhalten, insbesondere dann, wenn die
Eigenfrequenzen des Triebstranges angeregt werden.
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Um
Schwingungsanregungen zu vermeiden und einen möglichst hohen Fahrkomfort zu
erreichen, ist bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor bekannt,
in den Motorsteuerungen zum Teil sehr umfangreiche Funktionen zur
Lastschlagdämpfung ("Antiruckelfunktionen") zu implementieren,
die durch schnelle Momenteneingriffe einerseits die Anregung des
Systems begrenzen und andererseits auftretenden Schwingungen durch
gezielte Reduzierung von Schwingungsamplituden begegnen. Grundsätzlich erfolgt
dabei der Momentenaufbau durch eine Erhöhung der Zylinderfüllung des
Verbrennungsmotors, das heißt
durch Öffnung
einer im Ansaugrohr angeordneten Drosselklappe, wobei das verbrennungsmotorische
Moment sigmoidal zunimmt. Wird diese Momentenänderung ohne Beeinflussung
der Änderungsgeschwindigkeit
zugelassen, können
die unerwünschten Triebstrangschwingungen
entstehen. Daher ist bekannt, während
des verbrennungsmotorischen Momentenaufbaus bei einem Ottomotor
temporär
den Zündwinkel
spät zu
verstellen, um eine kurzzeitige Verzögerung des Momentenaufbaus
zu bewirken. Grundsätzlich
kann bei qualitätsgeregelten Verbrennungsverfahren – insbesondere
bei Dieselmotoren – der
gleiche Effekt auch durch eine temporäre Verringerung der zugeführten Kraftstoffmasse erzielt
werden. Bei Otto-Motoren ist diese Maßnahme aufgrund der begrenzten
Abmagerungsfähigkeit nur
begrenzt einsetzbar. Nachteilig an der Zündwinkelspätverstellung ist der erhöhte Kraftstoffverbrauch,
der mit einer verschleppten Energiefreisetzung im verbrennungsmotorischen
Arbeitsprozess sowie den damit verbundenen Anstiegen der Abgas- und
Kühlmittelverluste
und den dadurch verursachten Wirkungsgradeinbußen einhergeht.
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Es
sind ferner Hybridantriebe bekannt, bei denen mindestens zwei Antriebseinheiten
miteinander kombiniert werden, die auf unterschiedliche Energiequellen
zurückgreifen,
um die Leistung für
den Fahrzeugantrieb bereitzustellen. Besonders vorteilhaft ergänzen sich
die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors, der durch die Verbrennung
von Benzin- oder Dieselkraftstoffen kinetische Energie erzeugt,
und einer Elektromaschine, die elektrische Energie in Bewegungsenergie
umsetzt, weswegen heutige Hybridfahrzeuge überwiegend mit einer solchen Kombination
ausgestattet sind. Es lassen sich serielle oder parallele Hybridkonzepte
unterscheiden, wobei auch Mischformen bekannt sind. Bei den so genannten
seriellen Hybridkonzepten erfolgt der Fahrzeugantrieb ausschließlich über den
Elektromotor, während
der Verbrennungsmotor über
einen separaten Generator den elektrischen Strom für die Aufladung
eines, den E-Motor speisenden Energiespeichers beziehungsweise für die direkte
Speisung des Elektromotors erzeugt. Demgegenüber werden heute in PKW-Anwendungen
häufig
Hybridkonzepte eingesetzt, bei denen der Fahrzeugantrieb sowohl
für den
Verbrennungsmotor als auch durch die E-Maschine dargestellt werden
kann. In solchen Parallelkonzepten wird etwa der Elektromotor typischerweise
in Betriebspunkten mit höheren
Fahrzeuglasten unterstützend
zum Verbrennungsmotor zugeschaltet.
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Zum
Zwecke der Verbrauchssenkung wird in Hybridfahrzeugen jeweils diejenige
Antriebsquelle verwendet, die im gegebenen Drehzahl-Last-Bereich den
besseren Wirkungsgrad aufweist. Dementsprechend wird grundsätzlich angestrebt,
den Verbrennungsmotor im Leerlaufbetrieb, in dem dieser einen besonders
geringen Wirkungsgrad aufweist, möglichst selten oder auch gar
nicht zu betreiben. Hierzu ist bekannt, das Hybridfahrzeug mit einer Start-Stopp-Automatik
auszustatten, die eine Abschaltautomatik umfasst, welche insbesondere
in Stillstandsphasen eine automatische Abschaltung des Verbrennungsmotors
bewirkt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Lastschlagdämpfung in
Hybridfahrzeugen zur Verfügung
zu stellen, das gegenüber
den bekannten Verfahren für
Verbrennungsmotoren einen verminderten Kraftstoffverbrauch aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie ein Hybridfahrzeug mit den
Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist vorgesehen, dass während eines Übergangs
von einer Phase ohne oder mit einer niedrigen Momentenanforderung
zu einer Phase mit hoher Momentenanforderung wenigstens zeitweise
einem zunehmenden verbrennungsmotorischen Moment des Verbrennungsmotors
ein elektromotorisches Moment der zumindest einen elektrischen Maschine
aufgeprägt
wird. Damit ein aus der Summe des verbrennungsmotorischen und des
elektromotorischen Moments resultierendes Gesamtmoment eine nicht
konstante Änderungsgeschwindigkeit
erhält,
ist erfindungsgemäß weiter
vorgesehen, dass die Stärke
des aufgeprägten
elektromotorischen Moments während
des Übergangs
in einer nichtlinearen Weise verändert
wird. Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
ist, dass der für
das elektromotorische Moment aufzubringenden Energiebedarf sich mit
einem besseren Wirkungsgrad darstellen lässt, als die herkömmliche
temporäre
Zündwinkelspätverstellung.
Somit lässt
sich die erfindungsgemäße Lastschlagdämpfung mit
einem gegenüber
bekannten Vorgehensweisen verminderten Kraftstoffverbrauch realisieren.
Im vorliegenden Rahmen wird unter dem Begriff elektromotorisches
Moment grundsätzlich
sowohl ein positives Moment verstanden, wenn die E-Maschine motorisch
betrieben wird, als auch ein negatives Moment (Bremsmoment), wenn die
E-Maschine generatorisch betrieben wird. In diesem Zusammenhang
bietet das erfindungsgemäße Verfahren
die vorteilhafte Möglichkeit,
ein positives elektromotorisches Moment aufzuprägen, das heißt die E-Maschine
motorisch zu betreiben, wodurch der Momentenaufbau gegenüber dem
reinen verbrennungsmotorischen Aufbau schneller darstellbar ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführung
des Verfahrens weist ein Verlauf des aufgeprägten elektromotorischen Moments
mindestens einen Abschnitt mit zunehmendem Moment und zumindest
einen Abschnitt mit abnehmendem Moment auf, ist also beispielsweise
glockenförmig
ausgestaltet. Besonders vorteilhaft kann der Verlauf auch wellenförmig mit zumindest
zwei Wellenbergen, insbesondere mit genau zwei Wellenbergen ausgestaltet
sein. Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Verlauf des
aufgeprägten
elektromotorischen Moments ein lokales Minimum aufweist, bei dem
das Moment insbesondere nahe null ist, vorzugsweise gleich null
ist. Alle diese Ausführungen
führen
dazu, dass bei einem bevorzugt im Wesentlichen sigmoidal verlaufenden Anstieg
des verbrennungsmotorischen Moments (hervorgerufen durch die zunehmende
Zylinderfüllung)
das resultierende Gesamtmoment nicht mit konstanter Geschwindigkeit
(das heißt
nicht linear) zunimmt und eine Schwingungsanregung des Antriebsstrangs
unterdrückt.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Momentenaufbau
zumindest zeitweise, bevorzugt vollständig ohne eine Zündwinkelspätverstellung
durchgeführt
werden kann. Insbesondere ist vorgesehen, den Momentenaufbau mit einem
Zündwinkel
durchzuführen,
der im Bereich von einem im Wesentlichen wirkungsgradoptimalen Zündwinkel ± 5° Kurbelwellenwinkel,
insbesondere ± 2° KW liegt.
Besonders bevorzugt wird während
des gesamten Momentenaufbaus der im Wesentlichen wirkungsgradoptimierte
Zündwinkel
eingestellt. Geringe Zündwinkelvariationen
können
aber zum Zwecke des Ausgleichs von Momentenfluktuationen vorgesehen
sein.
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Es
ist weiterhin bevorzugt vorgesehen, dem verbrennungsmotorischen
Moment während
des Momentenaufbaus ausschließlich
positive Momente der E-Maschine zu überlagern, die E-Maschine also nur motorisch
zu betreiben. Dies hat den Vorteil, den Momentenaufbau insgesamt
zu beschleunigen. Zudem führt
die Aufprägung
negativer Momente durch generatorischen Betrieb der E-Maschine dazu,
dass die Zwischenspeicherung der dabei erzeugten elektrischen Energie
mit zusätzlichen
Energiewandlungsverlusten behaftet ist und somit den Gesamtwirkungsgrad
vermindert. In gewissen Situationen, insbesondere für dynamische
Korrekturen zur Einhaltung eines vorgegebenen Sollmomentenverlaufs, kann
es aber erforderlich sein, die E-Maschine kurzzeitig auch generatorisch
zu betreiben. Aus Wirkungsgradgründen
ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die für den Generatorbetrieb
während
des Momentenaufbaus erforderliche Antriebsenergie maximal 40%, insbesondere
maximal 25% und bevorzugt höchstens
10% der verbrennungsmotorisch erzeugten mechanischen Energie beträgt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann in allen Betriebssituationen eingesetzt werden, in denen ein
schneller Momentenaufbau gewünscht
ist. Dies sind beispielsweise Beschleunigungsphasen, bei denen insbesondere
aus einer Schubphase heraus eine Volllastanforderung vorliegt. Das
Verfahren kann vorteilhaft aber auch bei Schaltvorgängen, insbesondere
bei automatischen Schaltgetrieben, insbesondere Wandlerautomaten,
Direktschaltgetrieben oder Doppelkupplungsgetrieben, eingesetzt
werden, um während
und nach dem Schaltvorgang entsprechende schwingungsfreie Verläufe für den Momentenaufbau
zu erzielen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb,
das Steuerungsmittel zur Steuerung des erfindungsgemäßen Momentenaufbaus gemäß vorstehender
Beschreibung aufweist. Die Steuerungsmittel umfassen insbesondere
einen Programmalgorithmus zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere
zur Ansteuerung einer Leistungselektronik der zumindest einen E-Maschine,
wobei der Algorithmus insbesondere in einem allgemeinen Motorsteuergerät gespeichert
ist.
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Weitere
bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen,
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der
zugehörigen
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 schematisch
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Hybridantriebseinheit
und
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2 zeitliche
Verläufe
verschiedener Betriebsparameter während eines Momentenaufbaus mit
Lastschlagdämpfung
gemäß einem
bekannten und dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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In 1 ist
mit 10 insgesamt eine parallele Hybridantriebseinheit eines
im Einzelnen nicht weiter dargestellten Hybridfahrzeugs bezeichnet.
Der Antrieb des Fahrzeugs erfolgt wahlweise oder gleichzeitig durch
einen konventionellen Verbrennungsmotor 12 sowie zumindest
eine elektrische Maschine (E-Maschine) 14, die beide auf
die gleiche Welle wirken (Einwellen-Hybridantrieb), insbesondere
auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12. Die Anbindung
der E-Maschine 14 an die Motorkurbelwelle kann auf verschiedene
Weise erfolgen. So kann die E-Maschine 14 direkt oder über eine
Kupplung mit der Kurbelwelle verbunden sein oder über einen
Riemenantrieb, einen Zahnriemen, ein Getriebe oder eine andere kraft-
und/oder formschlüssige
Verbindung.
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Verbrennungsmotor 12 und
E-Maschine 14 sind über
ein Getriebe 16, das ein manuell betätigtes Handschaltgetriebe oder
ein Automatikgetriebe sein kann, mit einem angedeuteten Triebstrang 18 verbunden.
Die Entkopplung der Antriebswellen des Verbrennungsmotors 12 beziehungsweise
der E-Maschine 14 vom Getriebe 16 erfolgt über eine
Kupplung 20, die durch Betätigung eines nicht dargestellten
Kupplungspedals durch den Fahrer geöffnet werden kann und bei Nicht-Betätigung geschlossen
ist. Zwischen Verbrennungsmotor 12 und E-Maschine 14 kann
optional noch eine zusätzliche
Kupplung angeordnet sein, welche eine Abkopplung des Verbrennungsmotors 12 vom
Antriebsstrang 18 beziehungsweise von der E-Maschine 14 erlaubt,
wodurch sich grundsätzlich
der Vorteil ergibt, dass bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor 12 seine
mechanischen Reibungswiderstände
nicht mitgeschleppt werden müssen.
Der Triebstrang 18 umfasst ausgehend von der Kurbelwelle
des Verbrennungsmotors 12 neben der Kupplung 20 und
dem Getriebe 16 (beziehungsweise Kennungswandler), einen
Achsantrieb, Antriebswellen und Räder und lässt sich physikalisch als eine
Feder mit entsprechenden Feder- und Dämpfungseigenschaften auffassen,
welche insbesondere eine Eigenschwingungsfrequenz aufweist.
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Die
E-Maschine 14, die beispielsweise ein Drehstrom-Asynchronmotor
oder -Synchronmotor ist, kann wahlweise im Motor- oder Generatorbetrieb betrieben
werden. Im motorischen Betrieb treibt die E-Maschine 14 den
Triebstrang 18 unter Verbrauch von elektrischer Energie
(Strom) an. Diese bezieht die E-Maschine 14 aus einem Energiespeicher 22, der
beispielsweise eine Batterie (wie Blei/Säure-, Nickel-Metall-Hydrid-,
Lithiumionenbatterien), bevorzugt aber ein Kondensatorspeicher sein
kann. Kombinationen aus Batterie und Kondensatorspeicher sind ebenfalls
möglich.
Kondensatorspeicher haben den Vorteil, hohe Spitzenströme in sehr
kurzer Zeit darstellen, aber auch speichern zu können. Zusätzlich kann der Motorbetrieb
der E-Maschine 14 den laufenden Verbrennungsmotor 12 unterstützen. Im generatorischen
Betrieb hingegen wird die E-Maschine 14 durch den Verbrennungsmotor 12 beziehungsweise
einen Schub des Fahrzeuges angetrieben und wandelt die kinetische
Energie in elektrische Energie um und füllt dabei den Energiespeicher 22.
Die Umschaltung der E-Maschine 14 zwischen Motor- und Generatorbetrieb
erfolgt durch eine Leistungselektronik 24, die gleichzeitig
eine möglicherweise
erforderliche Umrichtung zwischen Gleich- und Wechselstrom vornimmt.
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Gemäß dem dargestellten
Konzept erfolgt der Fahrzeugantrieb überwiegend durch den Verbrennungsmotor 12,
der durch die als Startergenerator ausgelegte E-Maschine 14 gestartet
wird. Die E-Maschine 14 übernimmt zudem eine Boostfunktion,
indem sie in Hochlastsituationen, insbesondere bei Beschleunigungen
des Fahrzeugs, unterstützend zum
Fahrzeugantrieb zugeschaltet wird (motorischer Betrieb). Andererseits
hat die E-Maschine 14 in Fahrsituationen, bei denen ein Überschuss
kinetischer Energie des Fahrzeugs vorliegt, eine so genannte Rekuperationsfunktion,
indem sie im generatorischen Betrieb die Bewegungsenergie in kinetische Energie
zur Ladung des Energiespeichers 22 umwandelt und somit
gleichzeitig ein Bremsmoment bereitstellt. Eine in diesem Zusammenhang
besonders geeignete E-Maschine 14 weist eine Leistung von höchstens
40 kW, insbesondere von höchstens
20 kW, vorzugsweise im Bereich von 8 bis 15 kW, speziell von etwa
13 kW auf.
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Der
Verbrennungsmotor 12 weist beispielsweise vier Zylinder 26 auf
und kann ein (fremdgezündeter)
Ottomotor oder ein (selbstzündender)
Dieselmotor sein. Eine Luftzufuhr des Verbrennungsmotors 12 erfolgt über ein
Luftansaugrohr 28, in dem gemäß dem hier dargestellten Beispiel
eines Ottomotors eine stellbare Drosselklappe 30 zur Regulierung
des Luftmassenstroms in Abhängigkeit
von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 12 angeordnet ist.
Ein dem Verbrennungsmotor 12 zugeordnetes Kraftstoffzufuhrsystem,
beispielsweise eine Direkt- oder Saugrohreinspritzanlage, ist in 1 nicht
dargestellt.
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Die
Steuerung des Betriebs des Hybridantriebs 10 erfolgt durch
ein Motorsteuergerät 32.
Zu diesem Zweck gehen verschiedene Betriebsparameter, insbesondere
eine vom Fahrer in Form eines Fahrpedalwertes eines Fahrpedals 34 angeforderte Last
L sowie eine Motordrehzahl n, die beispielsweise durch einen an
der Motorkurbelwelle angeordneten Drehzahlsensor erfasst wird, in
das Motorsteuergerät 32 ein,
welches hieraus die Koordination von E-Maschine 14 und
Verbrennungsmotor 12 sowie deren Betrieb steuert. Insbesondere
steuert das Motorsteuergerät 32 die
Drosselklappe 30, das Kraftstoffzufuhrsystem und die Zündanlage
des Verbrennungsmotors 12 sowie die Leistungselektronik 24 der E-Maschine 14.
Zur Steuerung eines Momentenaufbaus in Situationen, in denen ausgehend
von einer niedrigen Last- oder Null-Lastanforderung schlagartig
eine Hoch- oder Volllastanforderung vorliegt, umfasst das Motorsteuergerät 32 ferner
eine Momentenaufbau-Steuerung 36, die insbesondere einen
in dem Steuergerät 32 implementierten
Programmalgorithmus umfasst.
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Die
Funktion der Momentenaufbau-Steuerung 36 wird nachfolgend
anhand von 2 im Vergleich zu einem bekannten
Verfahren erläutert.
Die Fahrsituation gemäß 2 geht von
einem zunächst geringen
angeforderten Moment aus, ausgedrückt durch einen geringen Fahrpedalweg
des Fahrpedals 34, das heißt einen geringen Pedalwert
PW. Dementsprechend wird in dieser Phase niedriger Momentenanforderung
eine geringe relative Zylinderfüllung
ZF eingestellt. Zu diesem Zweck wird die Drosselklappe 30 angedrosselt
(kleiner Ansaugquerschnitt). Zwischen einem Zeitpunkt t0 und t4
wird das Fahrpedal 34 bis zu einem maximalen Pedalwert
PW betätigt, das
heißt,
eine volle Lastanforderung liegt zum Zeitpunkt t4 vor. Entsprechend
dieser Fahrerwunschanforderung ändert
sich die relative Zylinderfüllung
ZF des Verbrennungsmotors 12. Der Aufbau der Zylinderfüllung ZF
stellt im Verfahrensablauf den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt
und damit die zeitbestimmende Größe dar,
da das zwischen Drosselklappe 30 und Einlassventil des
Motors 12 befindliche Saugrohrvolumen zunächst gefüllt und
die Luftmasse entsprechend beschleunigt werden muss. Aus diesem
Grund tritt die Zunahme der Zylinderfüllung ZF mit einer gewissen
Verzögerung
nach Öffnung
der Drosselklappe ein. Da zur Erzielung eines spontanen Ansprechverhaltens
ein zunächst
möglichst
schneller Füllungs-
und damit Momentenaufbau gewünscht
ist, erfolgt die Ansteuerung der Drosselklappe 30 mit hoher
beziehungsweise maximaler Geschwindigkeit.
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Gemäß dem herkömmlichen
Verfahren setzt der Momentenaufbau des verbrennungsmotorischen Moments
M_VM' entsprechend
dem Verlauf der Zylinderfüllung
ZF mit einer zeitlichen Verzögerung
ein. Anschließend
erfolgt eine kontinuierliche, im Wesentlichen lineare Momentensteigerung
bis zum Erreichen des angeforderten Wertes (hier Volllastmoment).
Wird diese Momentenänderung
ohne weitere Eingriffe zugelassen, können die oben beschriebenen
unerwünschten
Schwingungen des Triebstranges 18 entstehen. Daher werden – wie in 2 dargestellt – zum Zwecke
eines schnellen Ansprechverhaltens zunächst möglichst hohe Momentengradienten über die
Zylinderfüllung
ZF realisiert. Ab einem Zeitpunkt t1 wird zur Unterdrückung der
Triebstrangschwingungen die Geschwindigkeit der Momentenzunahme
bis zum Zeitpunkt t2 verzögert,
wodurch eine langsamere restliche Vorspannung der Triebstrangfeder
erreicht und somit eine Schwingungsanregung weitgehend unterdrückt wird.
Da diese Vorgänge
typischerweise innerhalb von wenigen 100 ms ablaufen müssen, sind
entsprechend schnelle Momenteneingriffe notwendig. Diese lassen
sich somit nicht über
die relativ träge
Zylinderfüllung
ZF darstellen. Geeignete Maßnahmen
zum schnellen Momentenabbau werden gemäß dem Stand der Technik über die
schnelleren Pfade der Beeinflussung des Zündwinkels und/oder der Einspritzkraftstoffmasse
durchgeführt.
Dabei kommt beim Otto-Motor
aufgrund seiner begrenzten Abmagerungsfähigkeit und des auch beim magerläufigen Otto-Motoren
aufgrund der hohen Massenströme
in der Regel erforderlichen stöchiometrischen
Betriebs praktisch nur die Zündwinkelverstellung – wie vorliegend dargestellt – in Frage.
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Gemäß Stand
der Technik wird daher der Zündwinkel
ZW' ab dem Zeitpunkt
t1 kurzfristig in Richtung spät
verstellt (Kurve ZW').
Dabei wird unter einer "Zündwinkelverstellung" stets eine Abweichung des
eingestellten Zündwinkels
gegenüber
einem wirkungsgradoptimalen Zündwinkel
ZW_op, der seinerseits betriebspunktabhängig ist, verstanden. Während der
zunehmenden Verzögerung
des Zündwinkels
ZW' zwischen t1
und t2 erfolgt eine zunehmende Verminderung des Motorwirkungsgrades
und somit ein verzögerter
Momentenaufbau (Kurve M_VM'). Die
mit gestrichelter Linie dargestellten Verläufe des Zündwinkels ZW' und des verbrennungsmotorischen Drehmoments
M_VM' stellen die
hypothetischen Verläufe
ohne zusätzliche
Zündwinkelspätverstellung dar.
Das verbrennungsmotorische Moment M_VM' gemäß Stand
der Technik entspricht gleichzeitig dem Gesamtantriebsmoment. Ab
einem Zeitpunkt t2 wird die Zündwinkelspätverstellung
wieder zurückgenommen
und durch den gleichzeitigen Aufbau der Zylinderfüllung ZF
auf den vorgespannten Triebstrang 18 wieder ein höheres Moment
M_VM' aufgeprägt, so dass
auch an den Rädern
wieder das maximal mögliche
Antriebsmoment anliegt. Ab dem Zeitpunkt t3 erfolgt der restliche
Momentenaufbau allein über
den Füllungspfad
ZF.
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Um
den mit der Zündwinkelspätverstellung einhergehenden
Kraftstoffmehrverbrauch zu reduzieren, wird erfindungsgemäß eine andere
Vorgehensweise gewählt,
die nachfolgend erläutert
wird. Erfindungsgemäß wird nämlich ein
elektromotorisches Moment M_EM zusätzlich zu dem verbrennungsmotorischen
Moment M_VM dem Triebstrang 18 beziehungsweise der Kurbelwelle
aufgeprägt.
Dabei ist von Vorteil, dass die E-Maschine 14 praktisch
eine stufenlose Einstellung des Moments M_EM (positiv wie negativ)
im gesamten Betriebsbereich mit sehr hoher Dynamik erlaubt. Innerhalb
weniger 10 ms kann die E-Maschine 14 auf
ihr maximales Drehmoment gefahren werden. Durch den kombinierten
Betrieb von Verbrennungsmotor 12 und E-Maschine 14 ergibt
sich ein Verlauf des Gesamtmoments M, welcher durch Momentenaddition
des elektromotorischen und verbrennungsmotorischen Moments M_EM,
M_VM resultiert. Dabei wird die E-Maschine 14 so angesteuert,
dass das elektromotorische Moment M_EM zumindest einen zunehmenden
und zumindest einen abnehmenden Abschnitt aufweist. In einer vorteilhaften
Ausgestaltung wird das elektromotorische Moment M_EM derart auf-
und abgesteuert, dass sich ein Zeitabschnitt ergibt, in dem das
E-Maschinenmoment nahe oder gleich null ist. Gemäß Figur 2 ist dies
etwa zum Zeitpunkt t2 der Fall. An dieser Stelle weist der Verlauf
M_EM somit ein lokales Minimum auf. Das resultierende Gesamtmoment
M weist somit einen Verlauf auf, der im Wesentlichen einem Doppel-S
entspricht. Entsprechend der Darstellung in 2 wird nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren
das verbrennungsmotorische Moment M_VM beginnend ab dem Zeitpunkt
t0 langsamer gegenüber
dem bekannten Verfahren aufgesteuert, wodurch sich eine Optimierung
des Kraftstoffverbrauchs ergibt.
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Vom
Zeitpunkt t0 bis t1 wird jedoch das elektromotorische Moment M_EM
zunächst
rasch aufgesteuert, um ein schnelles Ansprechen des Fahrzeugs darzustellen.
Dabei kann das elektromotorische Moment M_EM sogar schneller als
das verbrennungsmotorische Moment M_VM gemäß Stand der Technik aufgesteuert
werden, so dass sich hier ein schnelleres Ansprechverhalten ergibt.
Im Zeitabschnitt t1 bis t2 wird das elektromotorische Moment M_EM
bis auf Null reduziert, um ein "weiches
Anlegen" des Triebstranges 18 zu
erreichen. Zum Zeitpunkt t2 entspricht das verbrennungsmotorische
Moment M_VM gemäß der vorliegenden
Erfindung etwa dem bekannten Verfahren. Da im Unterschied zum bekannten
Verfahren jedoch der Zündwinkel
ZW entsprechend dem wirkungsgradoptimalen Zündwinkel ZW_op eingestellt
wird, ergibt sich ein deutlich verminderter Verbrauch. Ab dem Zeitpunkt
t2 wird das elektromotorische Moment M_EM wieder aufgesteuert, um
das Antriebsmoment wieder schnell entsprechend dem Fahrerwunsch
aufzubauen. Zusätzlich zum
verbrennungsmotorischen Momentenaufbau über die Zylinderfüllung ZF
unterstützt
in bevorzugter Ausführung
jetzt zur Dynamiksteigerung wieder die E-Maschine 14, bis
das maximale Moment erreicht ist. Ist der dynamische Momentenaufbau
des Verbrennungsmotors hier ausreichend schnell, kann in dieser
Phase gegebenenfalls auch auf ein elektromotorischen Moment verzichtet
werden, bei nur sehr geringen Einbußen. In Abhängigkeit von der Leistungsfähigkeit
der E-Maschine 14 kann der temporäre Momentenabbau des Gesamtmoments
M auch innerhalb einer kürzeren
Zeitspanne als in 2 dargestellt erfolgen. Hierdurch
lässt sich
das Dynamikverhalten weiter verbessern. Des Weiteren können auch bei
Bedarf höhere
Momente als durch den reinen verbrennungsmotorischen Antrieb erzielt
werden.
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Im
dargestellten Beispiel werden nur positive elektromotorische Momente
M_EM auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 12 aufgebracht,
das heißt,
die elektrische Maschine 14 wird während des Momentenaufbaus zwischen
t0 und t4 ausschließlich motorisch
betrieben. Grundsätzlich
ist jedoch auch denkbar, die E-Maschine auch kurzzeitig generatorisch
zu betreiben, wobei aus Wirkungsgradgründen der Generatorbetrieb eine gewisse
Energieschwelle nicht überschreiten
sollte. Die Aufbringung des elektromotorischen Moments M_EM erfolgt
typischerweise über
eine Dauer von etwa 200 bis 800 ms und wird bevorzugt aus dem Kondensatorspeicher 22 bereitgestellt.
In der Regel sind Energiespeicher stets ausreichend geladen, um
die für
die Unterstützung
des Momentenaufbaus nur kurzzeitig erforderliche Energie bereitstellen.
Kann dies zur Durchführung
der erfindungsgemäßen Lastschlagdämpfung aufgrund
der Größe des Energiespeichers
und/oder der Betriebsstrategie des Hybridfahrzeugs nicht immer sichergestellt
werden, ist bevorzugt vorgesehen, einen Ladezustand des elektrischen
Energiespeichers 22 über die
Motorsteuerung 32 oder ein zusätzliches Steuergerät stets
auf einem entsprechenden Mindestladezustand zu halten. Sollte dies
einmal nicht möglich sein,
kann gegebenenfalls die Lastschlagdämpfung zur Sicherstellung des
gewünschten
Komfortverhaltens auch über
die konventionelle Funktion mit Zündwinkeleingriffen wie ausgeführt dargestellt
werden.
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- 10
- Hybridantrieb
- 12
- Verbrennungsmotor
- 14
- Elektromotor
- 16
- Getriebe
- 18
- Triebstrang
- 20
- Kupplung
- 22
- Energiespeicher
- 24
- Leistungselektronik
- 26
- Zylinder
- 28
- Luftansaugrohr
- 30
- Drosselklappe
- 32
- Motorsteuergerät
- 34
- Fahrpedal
- 36
- Momentenaufbau-Steuerung
- PW
- Pedalwert
des Fahrpedals
- ZF
- relative
Zylinderfüllung
- ZW
- Zündwinkel
- ZW'
- Zündwinkel
gemäß Stand
der Technik
- ZW_op
- wirkungsgradoptimaler
Zündwinkel
- M_VM
- verbrennungsmotorisches
Moment
- M_VM'
- verbrennungsmotorisches
Moment gemäß Stand
der Technik
- M_EM
- elektromotorisches
Moment
- M
- Gesamtmoment