DE102005032205B4

DE102005032205B4 - Verfahren zur Steuerung des Starts eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102005032205B4
Application number: DE102005032205.0A
Authority: DE
Inventors: John Czubay; Jonathan Butcher; Ryan McGee; Ming Kuang; Fazal Syed
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2025-07-12
Also published as: DE102005032205A1; US7107956B2; US20060021808A1; JP4819433B2; GB2416808B; GB0514439D0; GB2416808A; JP2006046342A

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Starts eines Verbrennungsmotors (12) eines Fahrzeugs (10), wobei das Fahrzeug aufweist: eine elektrische Maschine (14), die dahingehend betrieben werden kann, dem Verbrennungsmotor (12) ein Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen sowie eine Energiespeicherungsvorrichtung, die in der Lage ist, Energie zur Verfügung zu stellen, um die elektrische Maschine (14) zu betreiben, mit folgenden Schritten:- Bestimmen einer Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung- Bestimmen einer Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung;- Bestimmen eines Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus für die Energiespeicherungsvorrichtung, wobei sich das Verbrennungsmo-torstartleistungsniveau auf die Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung bezieht, und einer für den Betrieb der elektrischen Maschine (14) erforderlichen Ausgangsleistung für die Energiespeicherungsvorrichtung, um das Startdrehmoment des Verbrennungsmotors (12) zur Verfügung zu stellen;- Starten des Verbrennungsmotors 12, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung an dem oder über dem Verbrennungsmotorstartleistungsniveau liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung des Starts eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs
Mit steigenden Anforderungen an eine Reduzierung von Kraftfahrzeugemissionen werden elektrische Hybridfahrzeuge (HEV) immer populärer. Eine Maßnahme, mittels derer bei einem elektrischen Hybridfahrzeug Emissionen reduziert werden, besteht in einem Abschalten des Verbrennungsmotors und einem Betreiben des Fahrzeugs mittels eines elektrischen Motors oder mehrerer elektrischer Motoren. Der Verbrennungsmotor wird gewöhnlich während Zeiten ausgeschaltet, während derer die Drehmomenterfordernisse des Fahrzeugs nicht hoch sind. Wenn der Fahrer z.B. eine Drehmomenterhöhung über ein gewisses Maß hinaus anfordert, muss der Verbrennungsmotor wieder gestartet werden, um das von dem Elektromotor erzeugte Drehmoment zu erhöhen. Somit kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ein häufiges Starten und Stoppen des Verbrennungsmotors während des Fahrzeugbetriebs erfolgen.
Zusätzlich dazu, Drehmoment auf die Fahrzeugräder zu leiten, kann der Elektromotor in einem elektrischen Hybridfahrzeug dazu eingesetzt werden, den Verbrennungsmotor zu starten. Der Elektromotor, dem Leistung von einer elektrischen Speichervorrichtung - wie z.B. einer Batterie - zugeleitet wird, bewirkt solange ein Drehen der Welle des Verbrennungsmotors, bis eine vorbestimmte Drehzahl erreicht ist, ab der dem Verbrennungsmotor Kraftstoff zugeführt wird und der Verbrennungsmotor beginnt, Drehmoment zu erzeugen. Da der Verbrennungsmotor oft angehalten und gestartet werden kann, während das Fahrzeug in Betrieb ist, sollte der Start des Verbrennungsmotors für den Fahrer transparent erfolgen. Dies bedeutet, dass ein Start des Verbrennungsmotors derart erfolgen sollte, dass das den Rädern zur Verfügung gestellte Drehmoment nicht wegen eines zu niedrigen Ladezustandes (SOC) der Batterie reduziert wird. Wenn zugelassen wird, dass der SOC einen gewissen Grenzwert unterschreitet, müsste das den Fahrzeugrädern vom Motor zur Verfügung gestellte Drehmoment reduziert werden, damit für einen Start des Verbrennungsmotors noch ein ausreichendes Drehmoment zur Verfügung steht. Dies würde zu einem nicht-transparenten Start des Verbrennungsmotors führen und somit die Fahreigenschaften verschlechtern.
Aus der US 64 24 157 B1 (Gollomp et al) ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung einer Fahrzeugbatterie, einschließlich einer in einem elektrischen Hybridfahrzeug eingesetzten Batterie bekannt. Dabei wird ein Computer mit aus einer externen Quelle genommenen Batterieleistungsdaten vorprogrammiert. Es werden zunächst Umgebungstemperaturdaten ermittelt und dann maximale Stromverbrauchsdaten für den Startstrom in Abhängigkeit von der gemessenen Umgebungstemperatur berechnet. Es kann dann dem Kraftfahrzeugfahrer eine Nachricht mit der Angabe der Zeit übermittelt werden, die verbleibt, bevor die Batterie über keine ausreichende Leistung mehr verfügt, den Verbrennungsmotor zu starten. Wenn die verbleibende Zeit kürzer als ein vorbestimmter Zeitraum ist, kann die Nachricht in Form einer Warnung erfolgen.
Nachteilig hierbei ist, dass nur mitgeteilt wird, wann die Batterie den Verbrennungsmotor nicht mehr starten kann; es erfolgt aber keine Anzeige, wenn durch einen Start des Verbrennungsmotors das den Fahrzeugrädern zur Verfügung gestellte Drehmoment reduziert wird. Der Punkt, an dem eine Reduzierung des den Fahrzeugrädern zur Verfügung gestellten Drehmoments erforderlich ist, tritt jedoch weit vor Erreichen des Punktes auf, ab dem die Batterie nicht länger genügend Leistung zur Verfügung stellen kann, um den Verbrennungsmotor überhaupt zu starten. Deshalb garantiert die aus der US 64 24 157 bekannte Maßnahme keinen transparenten Verbrennungsmotorstart.
Aus der DE 693 12 794 T2 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs bekannt, bei dem die Koordination des Starts des Verbrennungsmotors basierend auf dem Ladezustand der Batterie derart koordiniert wird, dass ein vorbestimmter ausreichender Ladezustand der Batterie nach Möglichkeit nicht unterschritten wird.
Die US 6 424 157 B1 beschreibt ein Verfahren, bei dem durch detaillierte Überwachung verschiedener Zustandsparameter einer Batterie vorhergesagt werden soll, ob der Ladezustand der Batterie noch für einen künftigen Motorstart ausreicht. Falls nicht, werden entsprechende Warnungen ausgegeben.
Die JP 2003-314417 A beschreibt ein Verfahren, bei dem die Ansteuerung eines Starters für einen Verbrennungsmotor an den Ladezustand der Batterie angepasst wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotorstarts in einem Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem der Startvorgang transparent erfolgt, ohne dass sich das Fahrverhalten verschlechtert.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung des Verbrennungsmotorstarts in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug weist eine elektrische Maschine auf, die betrieben werden kann, um dem Verbrennungsmotor ein Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen, und eine Energiespeicherungsvorrichtung, die in der Lage ist, Energie zur Verfügung zu stellen, um die elektrische Maschine zu betreiben. Das Verfahren umfasst die Bestimmung einer Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung. Es werden eine Ausgangsleistung und ein Verbrennungsmotorstartleistungsniveau für die Energiespeicherungsvorrichtung bestimmt. Das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau bezieht sich auf die Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung und eine für den Betrieb der elektrischen Maschine erforderliche Leistungshöhe für die Energiespeicherungsvorrichtung, um dem Verbrennungsmotor das Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen. Der Verbrennungsmotor wird gestartet, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung an dem Verbrennungsmotorstartleistungsniveau oder oberhalb des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus liegt.
In weiterer Ausbildung der Erfindung weist der Verbrennungsmotor eine elektrische Maschine auf, die betrieben werden kann, um dem Verbrennungsmotor ein Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen, sowie eine Energiespeicherungsvorrichtung, die in der Lage ist, Energie zur Verfügung zu stellen, um die elektrische Maschine zu betreiben. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung überwacht. Es wird ein erstes Ausgangsleistungsniveau für die Energiespeicherungsvorrichtung bestimmt, wobei diese Bestimmung mindestens teilweise auf einem Ausgangsleistungsbetrag basiert, der für die elektrische Maschine erforderlich ist, um das Startdrehmoment für den Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen. Der Verbrennungsmotor wird gestartet, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung das erste Ausgangsleistungsniveau erfüllt oder übersteigt.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer elektrischen Maschine, die betrieben werden kann, um dem Verbrennungsmotor ein Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen, und einer Energiespeicherungsvorrichtung, die in der Lage ist, Energie zur Verfügung zu stellen, um die elektrische Maschine zu betreiben. Das Fahrzeug weist weiterhin mindestens eine Steuereinheit auf, die konfiguriert ist, um eine Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung und eine Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung zu bestimmen. Die mindestens eine Steuereinheit ist außerdem konfiguriert, um ein Verbrennungsmotorstartleistungsniveau für die Energiespeicherungsvorrichtung zu bestimmen und den Verbrennungsmotor zu starten, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung an dem Verbrennungsmotorstartleistungsniveau oder oberhalb des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus liegt. Das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau bezieht sich auf die Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsgrenze und einen Leistungsbetrag der Energiespeicherungsvorrichtung, der erforderlich ist, um die elektrische Maschine zu betreiben, um dem Verbrennungsmotor das Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung;
2 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung zwischen der Batterieausgangsleistung, dem Verbrennungsmotorstartleistungsniveau und der Entladungsleistungsgrenze;
3 ein Flussdiagramm mit der Darstellung eines Verfahrens gemäß der Erfindung;
4 ein Diagramm mit einer Darstellung, wie ein für den Start eines Verbrennungsmotors erforderlicher Batterieausgangsleistungsbetrag bestimmt werden kann, und
5 eine schematische Darstellung einer Funktion, die benutzt werden kann, um das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau zu bestimmen.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 10 gemäß der Erfindung. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 und eine elektrische Maschine bzw. Generator 14 auf. Der Verbrennungsmotor 12 und der Generator 14 sind über eine Leistungsübertragungseinheit verbunden, die in der vorliegenden Ausführungsform als Planetengetriebesatz 16 ausgebildet ist. Es können natürlich auch andere Leistungsübertragungseinheiten einschließlich anderer Getriebesätze und Getriebe eingesetzt werden, um den Verbrennungsmotor 12 an den Generator 14 anzubinden. Der Planetengetriebesatz weist ein Tellerrad 18, eine Halterung 20, Planetenräder 22 und Sonnenräder 24 auf.
Der Generator 14 kann auch als Motor betrieben werden, der Drehmoment an das an die Welle 26 angeschlossene Sonnenrad 24 abgibt. In entsprechender Weise gibt der Verbrennungsmotor 12 Drehmoment an die an die Halterung 20 angeschlossene Welle 28 ab. Eine Bremse 30 dient dazu, die Drehung der Welle 26 abzubremsen, wodurch das Sonnenrad 24 blockiert werden kann. Da diese Konfiguration es erlaubt, Drehmoment vom Generator 14 auf den Verbrennungsmotor 12 zu übertragen, ist eine Einwegkupplung 32 vorgesehen, derart, dass sich die Welle 28 nur in einer Richtung dreht. Wenn der Generator 14 operativ an den Verbrennungsmotor 12 angeschlossen ist, wie in 1 gezeigt, kann die Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 vom Generator 14 beeinflusst bzw. gesteuert werden.
Das Tellerrad 18 ist an eine Welle 34 angeschlossen, die über einen zweiten Getriebesatz 38 mit Fahrzeugantriebsrädern 36 in Verbindung steht. Das Fahrzeug 10 weist eine zweite elektrische Maschine bzw. einen Motor 40 auf, die bzw. der dazu benutzt werden kann, Drehmoment an die Welle 42 abzugeben. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können Fahrzeuge auch andere Anordnungen elektrischer Maschinen - wie z.B. mehr oder weniger als zwei elektrische Maschinen - aufweisen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform können sowohl der Motor 40 als auch der Generator 14 als Motoren zur Abgabe von Drehmoment eingesetzt werden. Alternativ können beide elektrischen Maschinen 14 und 40 als Generator betrieben werden, um elektrische Leistung an einen Hochspannungsbus 44 und eine Leistungsspeicherungsvorrichtung oder eine Batterie abzugeben.
Die Batterie 46 ist als Hochspannungsbatterie ausgebildet, die dazu geeignet ist, elektrische Leistung zum Betreiben des Motors 40 und des Generators 14 abzugeben. Es können auch andere Arten von Energiespeicherungsvorrichtungen und/oder Ausgabevorrichtungen bei dem Fahrzeug, wie dem Fahrzeug 10, Verwendung finden. Es kann zum Beispiel eine als Kondensator ausgebildete Vorrichtung vorgesehen sein, die wie eine Hochspannungsbatterie in der Lage ist, elektrische Leistung sowohl zu speichern als auch abzugeben. Gemeinsam mit einer Batterie und/oder einem Kondensator kann eine weitere Vorrichtung, wie etwa eine Brennstoffzelle, eingesetzt werden, um elektrische Energie für das Fahrzeug 10 zur Verfügung zu stellen.
Wie in 1 dargestellt, können der Motor 40, der Generator 14, der Planetengetriebesatz 16 und ein Teil des zweiten Getriebesatzes 38 allgemein als Transaxle bzw. Getriebeautomatik 48 bezeichnet werden. Um den Verbrennungsmotor 12 und die Komponenten des Transaxle bzw. der Getriebeautomatik 48 zu steuern, - d.h. den Generator 14 und den Motor 40 - ist eine Steuereinheit 50 vorgesehen. Wie aus 1 ersichtlich, ist die Steuereinheit 50 als Fahrzeugsystemsteuereinheit (VSC) ausgebildet. Obwohl nur eine einzige Steuereinheit dargestellt ist, kann diese auch mehrere Steuereinheiten umfassen. Die VSC 50 kann z.B. ein separates Antriebsstrangsteuermodul (PCM) aufweisen, welches als Software in die VSC implementiert ist, oder es kann sich auch um eine separate Hardwarevorrichtung handeln.
Ein Controllernetzwerk (CAN) 52 ermöglicht es der VSC 50, mit dem Transaxle 48 und einem Batteriesteuerungsmodul (BCM) 54 zu kommunizieren. In gleicher Weise wie der Batterie 46 ein BCM zugeordnet ist, können andere vom VSC 50 gesteuerte Vorrichtungen ihre eigenen Steuereinheiten aufweisen. Eine Verbrennungsmotorsteuereinheit (ECU) kann z.B. mit der VSC 50 kommunizieren und Steuerfunktionen am Verbrennungsmotor 12 ausführen. Außerdem kann das Automatikgetriebe 48 eine oder mehrere Steuereinheiten umfassen, wie z.B. ein Automatikgetriebesteuermodul (TCM), welches dahingehend konfiguriert ist, Komponenten im Automatikgetriebe 48, wie den Generator 14 und/oder den Motor 40, zu steuern.
Das BCM 54 kommuniziert mit der VSC 50 über das CAN 52. Das BCM 54 stellt der VSC Informationen wie die Temperatur, den SOC und/oder Betriebsbedingungen der Batterie zur Verfügung. Das BCM 54 übermittelt an die VSC 50 auch Informationen wie die Entladungsleistungsgrenze für die Batterie 46. Die Entladungsleistungsgrenze hängt teilweise von der speziell eingesetzten Batterie und auch - wie weiter unten erläutert werden wird - von den Betriebsbedingungen der Batterie ab. Batteriedaten einschließlich der Entladungsleistungsgrenzen für verschiedene Betriebsbedingungen stehen typenabhängig zur Verfügung. Typischerweise stellt die Entladungsleistungsgrenze ein Leistungsniveau dar, jenseits dessen ein Batteriebetrieb über eine bestimmte Zeitdauer zu einer Schädigung der Batterie führen kann. Daher ist es generell erwünscht, die Batterieausgangsleistung, wie z.B. diejenige der Batterie 46, an oder unterhalb der Entladungsleistungsgrenze zu halten. Ein Graph mit einer Darstellung der Ausgangsleistung in Bezug auf die Entladungsleistungsgrenze ist aus 2 ersichtlich.
Wie in 2 gezeigt, stellt die Entladungsleistungsgrenze keinen konstanten Wert dar, sondern ändert sich zeitabhängig, so wie sich die Betriebsbedingungen der Batterie 46 ändern. Insbesondere sinkt die Entladungsleistungsgrenze, wenn die Temperatur der Batterie sehr hohe oder sehr niedrige Werte annimmt. Außerdem sinkt die Entladungsleistungsgrenze dann, wenn der SOC der Batterie 46 abnimmt. Umgekehrt steigt die Entladungsleistungsgrenze auch an, wenn die Temperatur der Batterie 46 sehr heiße und sehr kalte Temperaturbereiche verlässt und der SOC zunimmt. Das Alter der Batterie, wie etwa das Alter der Batterie 46, kann ebenfalls die Entladungsleistungsgrenze beeinflussen. Typischweise sinkt die Entladungsleistungsgrenze dann, wenn die Batterie älter wird.
Wie weiterhin aus 2 ersichtlich, ändert sich die Batterieausgangsleistung auf der Basis von Änderungen der Fahrzeugsbetriebsbedingen. Wenn der Fahrer z.B. eine kräftige bzw. „scharfe“ Zunahme des Fahrzeugdrehmoments anfordert, was unter dem Namen „Tip in“ bekannt ist, steigt die Batterieausgangsleistung an, so dass der Motor 40 und/oder der Generator 14 den Fahrzeugrädern 36 zusätzliches Ausgangsdrehmoment zur Verfügung stellen kann. Die Batterieausgangsleistung steigt auch dann an, wenn der Generator 14 Drehmoment zur Verfügung stellt, um den Verbrennungsmotor zu starten.
Die mit dem in 2 gezeigten Kurvenverlauf dargestellte Batterieausgangsleistung umfasst die Leistung, die dem Motor 40 und/oder dem Generator 14 zur Verfügung gestellt wird, und kann auch die Leistung umfassen, die anderen Fahrzeugsystemen und/oder Fahrzeugvorrichtungen zur Verfügung gestellt wird. Dabei wird nicht die gesamte, dem Motor und/oder dem Generator 14 zur Verfügung gestellte Energie in Drehmoment umgewandelt. Dies beruht darauf, dass die elektrischen Maschinen 14, bzw. 40 bei Betrieb elektrische Verluste aufweisen.
3 zeigt ein Flussdiagramm 56 mit der Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Eingangs sei bemerkt, dass - obwohl die Schritte in dem Flussdiagramm 56 entsprechend einer besonderen Sequenz gezeigt sind - gewisse Schritte nach einer anderen Sequenz ausgeführt werden und sogar mit anderen Schritten in Widerspruch stehen können. Wie vorstehend beschrieben, handelt es sich bei der Entladungsleistungsgrenze - siehe 2 - um eine variable Größe, die von der Hardware der Batterie 46 und auch von deren Betriebszustand abhängig ist. In Schritt 60 wird die Batterieausgangsleistung bestimmt. Wie aus 2 ersichtlich, werden die Entladungsleistungsgrenze und der Batterieleistungsausgang weder notwendigerweise nur einmal bestimmt, noch erfolgt deren Bestimmung zwingend in einer besonderen Reihenfolge. Bei der Bestimmung der Entladungsleistungsgrenze und der Batterieausgangsleistung handelt es sich vielmehr um einen laufenden Vorgang. Insbesondere überwacht das BCM 54 die Batteriebedingungen und stellt der VSC 50 in einem vorbestimmten Intervall Informationen zur Verfügung.
Wie weiterhin aus 3 ersichtlich, wird in Schritt 62 ein erstes Ausgangsleistungsniveau oder ein „Verbrennungsmotorstartleistungsniveau“ bestimmt. Das in 2 dargestellte Verbrennungsmotorstartleistungsniveau kann durch einen vorbestimmten konstanten oder variablen Wert definiert sein. Wie weiter unten I detailliert beschrieben werden wird, bezieht sich das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau auf die Entladungsleistungsgrenze und einen Ausgangsleistungsbetrag für Betrieb des Generators 14, der erforderlich ist, um dem Verbrennungsmotor 12 ein Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen. Somit kann das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau einen Indikator bereitstellen, der angibt, wann der Verbrennungsmotor 12 - unter Einsatz des Generators 14 - die Batterie 46 veranlasst, die Entladungsleistungsgrenze zu erreichen. Wenn die Entladungsleistungsgrenze während eines Verbrennungsmotorstarts erreicht wird, kann eine Reduzierung des vom Generator 14 den Fahrzeugrädern 46 zur Verfügung gestellten Drehmoments erforderlich sein, um die Batterieausgangsleistung unter die Entladungsleistungsgrenze zurückzuführen.
Wie weiterhin aus 3 ersichtlich, wird in einem Entscheidungsblock 64 bestimmt, ob sich die Batterieausgangsleistung an dem Verbrennungsmotorstarleistungsniveau oder oberhalb des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird der Verbrennungsmotor 12 - siehe Schritt 66 - nicht gestartet. Falls sich die Batterieausgangsleistung jedoch an dem Verbrennungsmotorstarleistungsniveau oder oberhalb des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus befindet, wird der Verbrennungsmotor 12 gestartet - siehe Schritt 68. Schritt 68 befindet sich gemäß 2 an dem Punkt, an dem die Batterieausgangsleistungskurve die Verbrennungsmotorstartleistungsniveaukurve berührt.
Wie vorstehend erläutert, kann die Bestimmung des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus auf verschiedene Weise ausgeführt werden. In der in 2 gezeigten Ausführungsform ist z.B. das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau durch einen konstanten Versatz oder einen konstanten Abstand (d) von der Entladungsleistungsgrenze definiert.
Obwohl der Abstand (d) auf jedes beliebige passende Niveau eingestellt werden kann, sollte er so groß sein, dass die Batterie 46 ausreichend Leistung zum Start des Verbrennungsmotors 12 zur Verfügung stellen kann, ohne dass jedoch die Entladungsleistungsgrenze erreicht wird. Wenn die Batterieausgangsleistung die Entladungsleistungsgrenze erreicht, wenn der Verbrennungsmotor 12 gestartet wird, kann es erforderlich sein, das den Fahrzeugrädern zur Verfügung gestellte Drehmoment zu reduzieren, um die Batterieausgangsleistung zu reduzieren. Wie vorstehend dargelegt, ist diese Bedingung unerwünscht, da sie zu einem nicht-transparenten Verbrennungsmotorstart führt. Umgekehrt ist ein zu großer Abstand (d) nicht wünschenswert, da dann der Verbrennungsmotor 12 zu oft gestartet würde, wodurch sich der Nutzen des Betreibens eines HEV reduzieren würde.
Ein Verfahren zur Bestimmung eines konstanten Versatzes - d.h. des Abstands (d) gemäß 2 - besteht darin, ein Fahrzeug, so beispielsweise. das Fahrzeug 10, unter einer Vielzahl unterschiedlicher Bedingungen zu betreiben, den Verbrennungsmotor unter all diesen Bedingungen zu starten und die für den Verbrennungsmotorstart erforderliche Batterie-Ausgangsleistung zu messen. 4 zeigt ein Diagramm mit zwei Kurven, und zwar mit einer Kurve zur Darstellung der Drehzahl des Verbrennungsmotors und mit einer weiteren Kurve zur Darstellung der Batterieausgangsleistung. An dem Punkt, an dem der Fahrer Erhöhungen („Tip in“) anfordert, gibt eine Steuereinheit, wie beispielsweise die VSC 50, das Signal für einen Verbrennungsmotorstart, was einen Anstieg der Batterieausgangsleistung einleitet. Die Batterieausgangsleistung steigt solange an, bis der Verbrennungsmotor beginnt, Drehmoment abzugeben. Von diesem Punkt an nimmt die Batterieausgangsleistung ab.
Der Abstand zwischen der Batterieausgangsleistung vor dem „Tip in“ und der Spitzenbatterieausgangsleistung ist in 4 mit (c) bezeichnet. Das in 4 dargestellte Diagramm entspricht einem Verbrennungsmotorstart unter bestimmten Betriebsbedingungen. Andere Werte für den Abstand (c) können bestimmt werden, während das Fahrzeug unter einer Vielzahl anderer Bedingungen betrieben wird. Das Fahrzeug kann z.B. unter unterschiedlichen Temperaturen, in unterschiedlichen Höhen und mit Verbrennungsmotoren betrieben werden, die unterschiedliche Betriebsstundenzahlen oder unterschiedliche Laufleistungen aufweisen. Die Abstandswerte (c) können mathematisch kombiniert bzw. gemittelt werden, z.B. unter Einsatz statistischer Techniken. Auf diese Weise kann ein geeigneter Versatz bestimmt und als konstanter Wert dazu benutzt werden, das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau zu bestimmen. Somit kann der Versatz als Startleistungswert angesehen werden, der in die Steuereinheit, wie z.B. die VSC 50, einprogrammiert werden kann. Die VSC 50 kann dann das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau als Differenz zwischen der Entladungsleistungsgrenze und dem Versatz definieren.
Ein anderer Weg zur Bestimmung des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus besteht darin, einen variablen Versatz einzusetzen, der von der VSC 50 bestimmt werden kann, indem eine Funktion implementiert wird, welche Eingangswerte auf der Basis unterschiedlicher Fahrzeugbetriebsbedingungen berücksichtigt. 5 zeigt beispielsweise schematisch eine Funktion, die dazu eingesetzt werden kann, einen variablen Versatz zur Definition des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus zu bestimmen. Zunächst wird ein kalibrierbarer Wert (CAL) definiert und in die Steuereinheit, wie beispielsweise in die VSC 50, einprogrammiert. Die kalibrierbare Konstante (CAL) kann dem Wert eines für den Start eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise des Verbrennungsmotors 12, erforderlichen nominalen Wertes der Batterieausgangsleistung entsprechen. Die Konstante (CAL) wird dann um einen Faktor modifiziert, der die Höhe, in der das Fahrzeug 10 betrieben wird, berücksichtigt. Da ein geringeres Drehmoment erforderlich ist, um einen Verbrennungsmotor in größeren Höhen zu starten, nimmt der in 5 dargestellte Höhenfaktor ab, wenn die Höhe, in der das Fahrzeug 10 betrieben wird, zunimmt. Somit besteht zwischen dem in 5 dargestellten Höhenfaktor und der Höhe, in der das Fahrzeug betrieben wird, eine umgekehrte Relation. In ähnlicher Weise besteht eine umgekehrte Relation zwischen dem Temperaturfaktor und der Temperatur des Kühlwassers des Verbrennungsmotors 12. D.h., wenn die Kühltemperatur sinkt, ist ein größeres Drehmoment zum Start des Verbrennungsmotors 12 erforderlich, weshalb der Temperaturfaktor ansteigt.
Schließlich werden noch die elektrischen Verluste des Generators 14 und/oder des Motors 40 berücksichtigend hinzugefügt, derart, dass der VSC 50 das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau bestimmen kann.
Wenn eine variable Funktion - wie die in 5 dargestellte Funktion - benutzt wird, um das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau zu bestimmen, so wird der Versatz - d.h. die in 2 dargestellte Entfernung (d) - näher an oder weiter weg von der Entladungsleistungsgrenze in Abhängigkeit von den Fahrzeugsbetriebsbedingungen liegen. Natürlich kann eine Funktion wie die in 5 dargestellte Funktion andere Faktoren umfassen, um das Motorstartleistungsniveau zu bestimmen oder alternativ weniger Faktoren oder andere als die in 5 dargestellten umfassen. Wenn eine Funktion wie die auf der 5 dargestellte Funktion benutzt wird, kann es sich bei den unterschiedlichen, bei der Implementierung der Funktion benutzten Faktoren um statische oder dynamische, in die VSC 50 vorprogrammierte, Eingangswerte handeln. Der Höhenfaktor kann z.B. aus einer in die VSC 50 vorab einprogrammierten Nachschlagtabelle bestimmt werden, in welcher die Fahrzeughöhen in Bezug auf das Fahrzeugstartdrehmoment dargestellt sind. Diese Nachschlagtabelle kann einmal in die VSC 50 einprogrammiert sein, und es kann dann während der Lebensdauer des Fahrzeugs 10 hierauf Bezug genommen werden.
Alternativ kann bei der VSC 50 ein adaptiver Algorithmus verwendet werden, der Werte aus der Nachschlagetabelle auf der Basis aktueller Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 10 benutzt. In einem solchen Fall können die von der in 5 dargestellten Funktion benutzten Eingangswerte dynamische Werte sein, die entsprechend den aktuellen Betriebsbedingungen und den während des Fahrzeugbetriebs vorgenommenen Messungen auf den neuesten Stand gebracht werden. Dasselbe gilt für die weiteren Eingangswerte, wie den Temperaturfaktor und die elektrischen Verlustwerte. In beiden Fällen würde die Verwendung einer Funktion wie der in 5 dargestellten Funktion ein variables Verbrennungsmotorstartleistungsniveau zur Folge haben. Im Fall einer Verwendung statischer Eingänge kann das Motorstartleistungsniveau auf der Basis vorprogrammierter Beziehungen bestimmt werden; während es die Verwendung dynamischer Eingangswerte erlaubt, die Verhältnisse zu aktualisieren und an das spezifisch zu betreibende Fahrzeug anzupassen.

Claims

Verfahren zur Steuerung des Starts eines Verbrennungsmotors (12) eines Fahrzeugs (10), wobei das Fahrzeug aufweist: eine elektrische Maschine (14), die dahingehend betrieben werden kann, dem Verbrennungsmotor (12) ein Startdrehmoment zur Verfügung zu stellen sowie eine Energiespeicherungsvorrichtung, die in der Lage ist, Energie zur Verfügung zu stellen, um die elektrische Maschine (14) zu betreiben, mit folgenden Schritten: - Bestimmen einer Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung - Bestimmen einer Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung; - Bestimmen eines Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus für die Energiespeicherungsvorrichtung, wobei sich das Verbrennungsmo-torstartleistungsniveau auf die Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung bezieht, und einer für den Betrieb der elektrischen Maschine (14) erforderlichen Ausgangsleistung für die Energiespeicherungsvorrichtung, um das Startdrehmoment des Verbrennungsmotors (12) zur Verfügung zu stellen; - Starten des Verbrennungsmotors 12, wenn die Ausgangsleistung der Energiespeicherungsvorrichtung an dem oder über dem Verbrennungsmotorstartleistungsniveau liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug mindestens ein angetriebenes Rad aufweist, gekennzeichnet durch: - Betreiben der elektrischen Maschine (14), um Drehmoment auf das mindestens eine angetriebene Rad aufzugeben, - wobei der Start des Verbrennungsmotors (12) ein Betreiben der elektrischen Maschine (14) umfasst, um dem Verbrennungsmotor (12) Drehmoment zur Verfügung zu stellen, und - wobei das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau einen Indikator dafür zur Verfügung stellt, wann das Starten des Verbrennungsmotors (12) das von der elektrischen Maschine (14) dem mindestens einen Rad des Fahrzeugs (10) zur Verfügung gestellte Drehmoment reduziert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsmotorstartleistungsniveau die Definition eines Leistungsniveaus bei einem konstanten Versatz der Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konstante Versatz bestimmt wird durch: Messen der Ausgangsleistung einer Energiespeicherungsvorrichtung, welche Energie an die elektrische Maschine (14) abgibt, wenn der Verbrennungsmotor (12) des Fahrzeugs (10) unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen gestartet wird, wodurch eine Vielzahl von Ausgangsleistungsmessungen generiert wird, und Kombinieren mindestens einiger der Ausgangsleistungsmessungen, um den konstanten Versatz zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Verbrennungsmotorstartleistungsniveaus die Definition eines Leistungsniveaus bei einem variablen Versatz der Entladungsleistungsgrenze für die Energiespeicherungsvorrichtung umfasst, wobei der variable Versatz eine Funktion einer Vielzahl von Fahrzeugbetriebsbedingungen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbetriebsbedingungen mindestens einen der nachfolgenden Parameter beinhalten: die Kühltemperatur des Verbrennungsmotors (12), die Höhe, in der das Fahrzeug (10) betrieben wird, und die elektrischen Verluste der elektrischen Maschine (14).
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bestimmung des variablen Versatzes verwendete Funktion auf den Fahrzeugbetriebsbedingungen basierende, statische Eingangswerte benutzt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Bestimmung des variablen Versatzes bestimmte Funktion auf den Fahrzeugbetriebsbedingungen basierende dynamische Eingangswerte benutzt, wobei die dynamischen Eingangswerte auf Messungen basieren, die während des Fahrzeugbetriebs ermittelt worden sind.