DE102005039928A1 - Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren - Google Patents

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Abstract

Im Rahmen des Verfahrens zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren für ein mit einem elektrodynamischen Anfahrelement bzw. einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüstetes Fahrzeug, umfassend einen Elektromotor (1) und ein Planetengetriebe (2), die zwischen dem Verbrennungsmotor (4) und einem Getriebe (5) angeordnet sind, wobei der Elektromotor (1) über eine Kupplung (9) mit dem Verbrennungsmotor (4) verbindbar ist, erfolgt die Steuerung bzw. Regelung drehmomentbasiert, wobei zum Anfahren der Elektromotor verwendet wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Elektrodynamische Antriebssysteme bzw. Anfahrelemente sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist im Rahmen der DE 199 34 696 A1 der Anmelderin ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug beschrieben, umfassend ein zwischen einer Antriebsmaschine und einem Schaltgetriebe angeordnetes Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und einem Planetenträger, wobei der Planetenträger mit dem Schaltgetriebe und das Hohlrad mit der Antriebsmaschine verbunden ist. Bei dieser Konstruktion ist das Sonnenrad mit einem Elektromotor und einem elektrischen Wirbelstromretarder verbunden, derart, dass mittels dieser Anordnung die Antriebsmaschine gestartet, elektrische Energie erzeugt und das Fahrzeug elektrisch abgebremst werden kann. Des weiteren ist ein Anfahren des Fahrzeugs auch aus dem Stand möglich.
  • Ferner ist aus der DE 101 52 481 A1 der Anmelderin ein elektrodynamisches Antriebssystem für ein Fahrzeug bekannt, mit einem Schaltgetriebe und einem Planetengetriebe, umfassend die Elemente Sonnenrad, Hohlrad und Planetenträger, von denen ein erstes Element mit einer Abtriebswelle verbunden ist, ein zweites Element mit einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs verbunden ist und ein drittes Element mit einem Elektromotor und einer Dauerbremseinrichtung in Form einer Wirbelstrombremse verbunden ist. Des weiteren umfasst dieses System eine Steuerung und eine Schalteinrichtung, die eine erste Schaltstellung aufweist, in der eine drehfeste Verbindung zwischen zwei Elementen des Planetengetriebes zur Überbrückung des Planetengetriebes besteht, wobei in einer zweiten Schaltstellung die Verbindung zwischen den beiden Elementen des Planetengetriebes unterbrochen ist. Die Schalteinrichtung weist eine dritte Schaltstellung auf, in der eine drehfeste Verbindung zwischen dem dritten Element des Planetengetriebes und einem festen Gehäuseteil besteht, wobei an dem mit der Schalteinrichtung verbundenen Element ein Rotor der Wirbelstrombremse angeordnet ist, der mit einem am Gehäuseteil angeordneten Stator zusammenwirkt, und wobei das Planetengetriebe an einer Abtriebswelle am Ausgang des Schaltgetriebes angeordnet ist. Vorzugsweise ist das mit der Schalteinrichtung verbundene Element das Hohlrad des Planetengetriebes; zur Überbrückung des Planetengetriebes werden das Hohlrad und der Planetenträger drehfest miteinander verbunden.
  • Aus der DE 101 52 471 A1 der Anmelderin ist ein Verfahren zum Anlassen eines Verbrennungsmotors eines mit einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüsteten Fahrzeugs bekannt, das einen Elektromotor und ein Planetengetriebe zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe umfasst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Elektromotor auf eine Drehzahl beschleunigt wird, die grundsätzlich ausreichend ist, um den Verbrennungsmotor zu starten, und dass danach eine geregelte Schließung einer die Drehung der Eingangswelle des Schaltgetriebes abbremsenden Bremse gegen ein feststehendes Gehäuseteil erfolgt, wodurch ein Moment als Summe aus Elektromotormoment und Rotationsmoment der rotierenden Bauteile auf den Verbrennungsmotor wirkt.
    •
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren für ein mit einem elektrodynamischen Anfahrelement bzw. einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüstetes Fahrzeug anzugeben, umfassend einen Elektromotor und ein Planetengetriebe, die zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet sind, wobei der Elektromotor über eine Kupplung mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, welches ein verschleißfreies und verlustarmes Anfahren ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus den Unteransprüchen hervor.
  • Demnach wird ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren vorgeschlagen, im Rahmen dessen die Steuerung bzw. Regelung drehmomentbasiert erfolgt, wobei zum Anfahren der Elektromotor verwendet wird.
  • Gemäß der Erfindung wird das gewünschte Getriebeeingangsmoment vorgegeben und anschließend mittels der Übersetzung des Planetengetriebes auf das Antriebsmoment des Elektromotors umgerechnet. Das auf diese Weise berechnete Antriebsmoment des Elektromotors dient als Eingangssignal für den Wechselrichter, dessen Stromregler das gewünschte Drehmoment einstellt, wenn die Randbedingungen, beispielsweise die maximale Leistung des Elektromotors, die Spannung und/oder der Strom dies erlauben.
  • Für den Fall, dass eine Abweichung zwischen dem gewünschten Getriebeeingangsmoment und dem tatsächlich über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment entsteht, wird die Differenz von der Kupplung übernommen.
  • Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Moment, welches für die Beschleunigung des Elektromotors bzw. für die Überwindung der Massenträgheit des Elektromotors benötigt wird, beim Vergleich zwischen dem gewünschten Getriebeeingangsmoment und dem tatsächlich über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment berücksichtigt wird bzw. vom über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment abgezogen wird.
  • Die Getriebeübersetzung ist (l-i0), wobei i0 die Standgetriebeübersetzung des Planetengetriebes ist.
  • Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird der verschleißfreie und verlustarme Elektromotor maximal ausgenutzt und die Kupplung nur falls nötig eingesetzt, was zudem in einer geringen Kupplungsbelastung resultiert.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Elektromotor nur bis zu einem gewissen Grad eingesetzt, um auf diese Weise einen gewissen Vorhalt für den Elektromotor zu erhalten, was in einer schnelleren Reaktion des Elektromotors resultiert.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines elektrodynamischen Antriebssystems bzw. Anfahrelementes für ein Kraftfahrzeug;
  • 2 eine schematische Ansicht der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens relevanten Komponenten eines elektrodynamischen Antriebssystems bzw. Anfahrelementes und
  • 3 eine schematische Ansicht der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist einelektrodynamisches Anfahrelement, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt. Es umfasst einen Elektromotor 1 und ein Planetengetriebe 2, die zwischen der Kurbelwelle 3 eines Verbrennungsmotors 4 und einem Getriebe 5 angeordnet sind. Bei dem gezeigten Beispiel ist die Kurbelwelle 3 über eine Dämpfungseinrichtung 6 mit dem Hohlrad 7 des Planetengetriebes verbunden; des weiteren ist das Sonnenrad 11 mit dem Rotor 10 des Elektromotors 1 verbunden, wobei der Rotor 10 über eine Kupplung 9, die vorzugsweise als nasse Lamellenkupplung ausgebildet ist, mit der Kurbelwelle 3 bzw. mit dem Verbrennungsmotor 4 lösbar verbindbar ist. Wie 1 zu entnehmen ist, ist der Planetenträger 8 drehfest mit der Eingangswelle 12 des Getriebes 5 verbunden, wobei zwischen dem Planetenträger 8 und der Eingangswelle 12 ein Freilauf 13 vorgesehen ist.
  • In 2 sind die relevanten Komponenten eines elektrodynamischen Antriebssystems bzw. Anfahrelementes und deren Verbindung zueinander veranschaulicht; der Verbrennungsmotor ist mit 4, der Elektromotor mit 1, das als Summierungsgetriebe dienende Planetengetriebe mit 2, das Getriebe mit 5 und die Steuerungseinrichtung für den Verbrennungsmotor 4 und den Elektromotor 1 ist mit 14 bezeichnet.
  • Die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches beispielsweise bei Systemen nach 1 und 2 anwendbar ist, sind im Rahmen von 3 veranschaulicht.
  • Mit M_Getriebeeingang ist das vorgegebene einzustellende Getriebeeingangsmoment bezeichnet. Gemäß der Erfindung wird M_Getriebeeingang mittels der Übersetzung i0 des Planetengetriebes 2 auf das entsprechende Antriebsmoment des Elektromotors 1 bzw. E-Antriebs M_soll_EM umgerechnet, wobei M_soll_EM als Eingangssignal für den Wechselrichter 15 dient, dessen Stromregler das gewünschte Drehmoment M_ist_EM einstellt, wenn die Rand bedingungen, beispielsweise die maximale Leistung des Elektromotors 1, die Spannung und/oder der Strom dies erlauben.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass M_ist_EM nach Umrechnung über die Getriebeübersetzung (im vorliegenden Fall 1/i0) mit dem einzustellenden Getriebeeingangsmoment M_Getriebeeingang verglichen wird, wobei für den Fall, dass eine Abweichung zwischen dem gewünschten Getriebeeingangsmoment M_Getriebeeingang und dem tatsächlich über den Elektromotor 1 eingestellten Getriebeeingangsmoment M_ist_EM entsteht, die Differenz bzw. das Differenzmoment M_Kupplung_soll von der Kupplung 9 übernommen wird.
  • Um eine exakte Steuerung bzw. Regelung zu erzielen, kann vorgesehen sein, dass das Moment, welches für die Beschleunigung des Elektromotors 1 bzw. für die Überwindung der Massenträgheit des Elektromotors 1 benötigt wird, beim Vergleich zwischen dem vorgegebenen einzustellenden Getriebeeingangsmoment M_Getriebeeingang und dem über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment M_ist_EM berücksichtigt wird bzw. vom über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment abgezogen wird. Dies wird in der Figur dadurch veranschaulicht, dass die zeitliche Ableitung der Winkelgeschwindigkeit w_ist_EM des Rotors des Elektromotors über die Getriebeübersetzung als Parameter bei der Berechnung des von der Kupplung 9 zu übernehmenden Momentes M_Kupplung_soll eingeht.
    • 1
    Elektromotor
    2
    Planetengetriebe
    3
    Kurbelwelle
    4
    Verbrennungsmotor
    5
    Getriebe
    6
    Dämpfungselement
    7
    Hohlrad
    8
    Planetenträger
    9
    Kupplung
    10
    Rotor
    11
    Sonnenrad
    12
    Getriebeeingangswelle
    13
    Freilauf
    14
    Steuerungseinrichtung
    15
    Wechselrichter

Claims (4)

  1. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren für ein mit einem elektrodynamischen Anfahrelement bzw. einem elektrodynamischen Antriebssystem ausgerüstetes Fahrzeug, umfassend einen Elektromotor und ein Planetengetriebe, die zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Getriebe angeordnet sind, wobei der Elektromotor über eine Kupplung mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung bzw. Regelung drehmomentbasiert erfolgt, wobei zum Anfahren der Elektromotor verwendet wird.
  2. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene einzustellende Getriebeeingangsmoment (M_Getriebeeingang) über die Übersetzung des Planetengetriebes (2) auf das Antriebsmoment des Elektromotors (1) (M_soll_EM) umgerechnet wird, wobei (M_soll_EM) als Eingangssignal für den Wechselrichter (15) dient, dessen Stromregler das gewünschte Drehmoment (M_ist_EM) einstellt, und dass (M_ist_EM) nach Umrechnung über die Getriebeübersetzung mit dem einzustellenden Getriebeeingangsmoment (M_Getriebeeingang) verglichen wird, wobei für den Fall, dass eine Abweichung zwischen dem gewünschten Getriebeeingangsmoment (M_Getriebeeingang) und dem tatsächlich über den Elektromotor (1) eingestellten Getriebeeingangsmoment (M_ist_EM) entsteht, die Differenz bzw. das Differenzmoment (M_Kupplung_soll) von der Kupplung (9) übernommen wird.
  3. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass, um eine exakte Steuerung bzw. Regelung zu erzielen, das Moment, welches für die Beschleunigung des Elektromotors (1) bzw. für die Überwindung der Massenträgheit des Elektromotors (1) benötigt wird, beim Vergleich zwischen dem vorgegebenen einzustellenden Getriebeeingangsmoment (M_Getriebeeingang) und dem über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment (M_ist_EM) berücksichtigt wird bzw. vom über den Elektromotor eingestellten Getriebeeingangsmoment (M_ist_EM) abgezogen wird.
  4. Verfahren zur Steuerung oder Regelung des elektrodynamischen Anfahrelementes bzw. Antriebssystems beim Anfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) nur bis zu einem gewissen Grad eingesetzt wird, um einen gewissen Vorhalt für den Elektromotor (1) zu erhalten, was in einer schnelleren Reaktion des Elektromotors (1) resultiert.
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