DE102006013677A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Hybridfahrzeugs, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines ersten Antriebsmoments und eine motorisch als auch generatorisch betreibbare elektrische Maschine zur Erzeugung eines zweiten Antriebsmoments umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte: - Überwachung der das geforderte Antriebsmoment bestimmenden Lastanforderung, - Detektion einer Boost-Lastanforderung für den Fall, dass die vorliegende Lastanforderung größer oder gleich einer vorgegebenen Lastschwelle für einen Boostbetrieb ist, - Bestimmen einer elektrischen Energiemenge zur Erzeugung eines erhöhten Antriebsmoments der elektrischen Maschine, wobei die Energiemenge derart bemessen ist, dass für die Beschleunigung des Fahrzeugs von einer Ausgangsgeschwindigkeit auf eine um einen vorbestimmten Betrag höhere Geschwindigkeit, die elektrische Energiemenge bereitgestellt wird, die aufgrund einer Energiegewinnung während eines vorgegebenen Verzögerungsverlaufs mindestens erzeugbar ist, und - Erzeugen des erhöhten Antriebsmoments durch die elektrische Maschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Hybridfahrzeugs.
  • Es sind bereits verschiedene Antriebseinheiten für Kraftfahrzeuge mit mehreren miteinander kombinierten bzw. gekoppelten Antriebseinrichtungen bekannt. Vielfach Anwendung finden Antriebseinheiten, die eine Brennkraftmaschine als Hauptantriebseinrichtung und eine zumindest zeitweise zuschaltbare elektrische Maschine als Zusatzantriebseinrichtung aufweisen. Die kombinierten Antriebseinheiten können dabei unterschiedliche Ziele verfolgen.
  • Bei einer Gruppe dieser Antriebseinheiten steht im Vordergrund, eine möglichst energiesparende und Emissionen vermeidende Betriebsart der Fahrzeuge. Dies wird in der Regel dadurch erreicht, dass in Betriebsphasen mit geringeren Leistungsanforderungen, z.B. im Stadtverkehr, im Stauverkehr, bei allen stop-and-go-Phasen bzw. beim Einparken ein emissionsfreier Betrieb ausschließlich über den Elektromotor stattfindet und bei Betriebsphasen mit höherer Leistungsanforderung der Elektromotor durch die Brennkraftmaschine abgelöst wird.
  • Bei einer anderen Gruppe von Antriebseinheiten dient die neben der Brennkraftmaschine vorhandene und in den Antriebsstrang bzw. Antriebsfluss einschaltbare elektrische Maschine lediglich Komfortmaßnahmen.
  • Eine weitere Gruppe von Antriebseinheiten hat zum Ziel, bei Fahrsituationen mit erhöhtem Leistungsbedarf (z.B. bei kick-down) eine möglichst hohe Beschleunigung für das Fahrzeug bereit zu stellen. Dies kann dadurch erreicht werden, indem in der Beschleunigungsphase der Elektromotor mit seinem deutlich schnelleren Ansprechverhalten (hohes Drehmoment schnell abrufbar – nahezu unverzögert) in den Antriebsstrang des Fahrzeugs eingeschaltet wird und die Drehmomente von Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine sich zu einem deutlich verbesserten Beschleunigungsverhalten addieren.
  • Aus der DE 102 18 983 A1 ist eine Antriebseinheit mit einem Verbrennungsmotor und einer elektrischen Maschine bekannt, wobei die Verbrennungsmaschine als Hauptantriebseinrichtung dient und die elektrische Maschine zum Zwecke einer Drehmomentaufnahme oder einer Drehmomentabgabe in den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zwischengeschaltet ist. Durch die gezielte Zwischenschaltung der elektrischen Maschine in den Antriebskraftfluss zwischen Verbrennungsmaschine und Getriebe kann der Schaltzeitpunkt eines automatisierten oder vollautomatischen Getriebes beeinflusst werden und so ein ungewolltes Hin- und Herschalten in bestimmten Lastsituationen vermieden werden.
  • Ferner ist aus der DE 100 43 724 A1 ein Gerät zum Regeln eines Fahrzeugs bekannt, das ebenfalls einen busy-shift genannten häufigen Gangwechsel verhindert. Hierbei ist vorgesehen, bei einem niedrigen Ladezustand der Batterie das Getriebe zurückzuschalten, um durch ein erhöhtes Antriebsmoment das Phänomen des busy-shift zu vermeiden zu können.
  • In der DE 101 48 345 A1 wird eine mit einer Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine beschrieben, die über eine Steuereinrichtung je nach Anforderung entweder in einem wirkungsgradoptimalen Betriebszustand oder in einem dynamischoptimalen Betriebszustand betreibbar ist. Dabei wird die elektrische Maschine im Normalbetrieb energieoptimiert im wirkungsgradoptimalen Betriebszustand betrieben und für den Betrieb beispielsweise als Startermotor im dynamischoptimalen Betriebszustand betrieben. In einem anderen Betrieb (mit dynamischoptimalem Betriebszustand) der elektrischen Maschine ist diese zur Unterstützung von Schaltvorgängen eingesetzt. Hierbei wird über die elektrische Maschine im dynamischoptimalen Betrieb eine beschleunigte Synchronisation zwischen Brennkraftmaschinenausgang und Getriebeeingang erreicht.
  • Aus der DE 44 22 647 A1 ist ein Verfahren zur automatischen Steuerung der Bereitstellung von Leistung in Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb bekannt. Für den Fall, dass die angeforderte Antriebsleistung größer als eine vorgegebene Grundleistung ist, wird durch den Elektromotor, bei ausreichender Ladung eines elektrischen den Elektromotor versorgenden Energiespeichers, additiv ein Teil der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug bereitgestellt.
  • Eine Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine und mit einer elektrischen Maschine, bei der mittels der elektrischen Maschine das Ansprechverhalten der Antriebseinheit aufgrund einer auf einen Fahrerwunsch zurückzuführenden Leistungsanforderung verbessert wird (so genannter Boostbetrieb), ist bereits aus der DE 199 19 452 A1 bekannt. Für den Fall, dass ein erhöhter Fahrantrieb-Leistungsbedarf vorhanden ist, diesem aber nicht nachgekommen werden kann, wird hier auf eine Zuschaltung der elektrischen Maschine verzichtet.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik bleiben Möglichkeiten zur Antriebsunterstützung durch die eine entsprechende Verbesserung der Fahrleistungen möglich ist ungenutzt, oder es wird in Kauf genommen, dass eine mögliche Unterstützung nicht zeitinvariant ist und somit ein mit Sicherheit reproduzierbares Fahrverhalten nicht erzeugt werden kann.
  • Zur Behebung dieser Probleme ist aus der DE 103 59 071 B3 bereits eine Antriebseinheit mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine bekannt, bei der sowohl die Brennkraftmaschine als auch die elektrische Maschine in einem Boostbetrieb ein gemeinsames Antriebsmoment erzeugen. Hierbei wird im Fahrbetrieb für den Fall eines detektierten leeren Energiespeichers ein automatischer Gangwechsel eingeleitet, durch den ein erhöhtes Beschleunigungspotential für einen gegebenenfalls angeforderten Boostbetrieb bereitgehalten wird. Diese erhöhte Antriebsleistung ist somit zeitinvariant und reproduzierbar, die Antriebsleistung im Boostbetrieb jedoch nicht höher als die bei geeigneter Rückschaltung maximal mögliche rein verbrennungsmotorische Leistung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit bereitzustellen, die bei einer auftretenden erhöhten Lastanforderung, die bei geeigneter Rückschaltung maximal verfügbare Leistung der Brennkraftmaschine übersteigt und jederzeit ein der erhöhten Lastanforderung entsprechendes reproduzierbares Ansprechverhalten der Antriebseinheit gewährleistet.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Verhalten der Antriebseinheit zur Erfüllung einer erhöhten Leistungsanforderung (im Folgenden auch Boostfunktion genannt), insbesondere einer Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine als Hauptantriebseinheit und einer elektrischen Maschine als Zusatzantriebseinheit, bei der im Falle einer entsprechenden erhöhten Leistungsanforderung die Zusatzantriebseinheit die Hauptantriebseinrichtung unterstützen soll, im derzeit bekannten Stand der Technik abhängig von dem Ladezustand des Energiespeichers der Zusatzantriebseinheit und abhängig von der Temperatur der Zusatzantriebseinheit ist. Hier setzt der Gegenstand der Erfindung an, durch den dem Fahrzeugführer bei einer entsprechenden erhöhten Leistungsanforderung jederzeit ein reproduzierbares, der erhöhten Leistungsanforderung entsprechendes Ansprechverhalten und Leistungsangebot der Antriebseinheit zur Verfügung gestellt wird. Dabei ist die bereitgestellte reproduzierbare maximale (Gesamt-)Antriebsleistung stets größer, als die unter diesen Bedingungen rein verbrennungsmotorisch verfügbare Antriebsleistung.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bei einer detektierten erhöhten Lastanforderung (Boost-Lastanforderung) oberhalb einer definierten Lastanforderungsschwelle wird für einen so genannten Boostbetrieb eine erhöhte aber reproduzierbare Leistung der elektrischen Maschine ermittelt und bereitgestellt. Diese reproduzierbare Leistung ist dabei abhängig von dem vorliegenden aktuellen Betriebszustand (insbesondere der Fahrzeuggeschwindigkeit) aber unabhängig von der Fahrzeugvergangenheit (z.B. wie oft und in welchem Umfang bereits ein Boostbetrieb aktiviert wurde). Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird hierfür ein reproduzierbares Antriebsmoment (bzw. eine jederzeit reproduzierbare Energiemenge zur Erzeugung eines reproduzierbaren Antriebsmoments) der elektrischen Maschine ermittelt, in dem der elektrischen Maschine zur Erzeugung eines erhöhten Antriebsmoments genau so viel Energie aus einem Energiespeicher (z.B. Hochleistungskondensator bzw. Supercap) zur Verfügung gestellt wird, wie bei einem vorgegebenen Verzögerungsvorgang ausgehend von einer fiktiven Fahrzeuggeschwindigkeit (v2), die um einen vorbestimmten Geschwindigkeitsbetrag (Δv) größer ist als die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit (v1) (Ausgangsgeschwindigkeit), zurück auf die Ausgangsgeschwindigkeit (v1), mindestens erzeugt werden kann. Mit Vorteil wird eine reproduzierbare Leistung demnach derart ermittelt, dass sichergestellt ist, dass unter Berücksichtigung aller relevanten (auf die elektrische Maschine und den elektrischen Speicher einwirkenden) Wirkungsgrade für jedes kleine vorbestimmte Geschwindigkeitsdelta (Δv = v2 – v1) genau so viel elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher (insbesondere Doppelschichtkondensator bzw. so genannter Supercap) zum Boosten verwendet wird, wie unter ungünstigsten Bedingungen bei einer entsprechenden Verzögerung um das gleiche Geschwindigkeitsdelta wieder erzeugt und im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann.
  • Unter Boostbetrieb im Sinne der Erfindung wird eine Betriebsart verstanden, bei der aufgrund einer Lastanforderung zur Erfüllung dieser Anforderung ein Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine erforderlich ist, eine Gangstufe eingelegt ist (oder ein entsprechender Schaltvorgang eingeleitet wird) bei der die größtmögliche Zugkraft gewährleistet ist und darüber hinaus zur Erfüllung der Anforderung eine Antriebsunterstützung durch die elektrische Maschine erforderlich ist. Die elektromotorische Antriebsunterstützung wird dabei derart geregelt, dass keine aus der Elektrifizierung (Zuschaltung der elektrischen Maschine) resultierende Zeitvarianz der Fahrzeugbeschleunigung gegeben ist.
  • Gemäß der Erfindung wird die für die Beschleunigung eingesetzte elektrische Energie derart bemessen, dass sie stets kleiner oder gleich der elektrischen Energie ist, die bei einem vorbestimmten Verzögerungsvorgang wieder erzeugt werden kann (ΔEa <= ΔEb). Aus diesem vorausgesetzten Energiegleichgewicht (bzw. Energieungleichgewicht) ergibt sich folgender Formel-Zusammenhang: ΔEa <= ΔEb → Pa × ta ≤ Pb × tb → Pa × (Δv/a) ≤ Pb × (Δv/b) → Pa/a ≤ Pb/b;mit:
    • Ea
    = Betrag der elektrischen Energie während des Beschleunigungsvorgangs,
    Eb
    = Betrag der elektrischen Energie während des Verzögerungsvorgangs,
    Pa
    = Betrag der elektrischen Leistung während des Beschleunigungsvorgangs,
    Pb
    = Betrag der elektrischen Leistung während des Verzögerungsvorgangs,
    a
    = Betrag der Beschleunigung,
    b
    = Betrag der Verzögerung.
  • Erfindungsgemäß ist demzufolge stets sicherzustellen, dass das Verhältnis von elektrischer Leistung Pa für den Beschleunigungsvorgang zum Betrag der Fahrzeugbeschleunigung a während des Boostvorgangs zu jedem Zeitpunkt kleiner oder gleich dem Verhältnis der elektrischen Leistung Pb für die Verzögerung zu dem Betrag der Verzögerung b während des Verzögerungsvorgangs ist. Vorzugsweise ist die elektrische Leistung Pb während der Verzögerung die (betragsmäßig) größtmögliche generatorische Leistung.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung wird als vorgegebener Verzögerungsvorgang, derjenige Verzögerungsvorgang vorgegeben, bei dem während der Dauer der Verzögerung die geringste Menge an Energie erzeugt werden kann. Vorzugsweise ist der vorgegebene Verzögerungsvorgang der einer Vollbremsung des Fahrzeugs, da bei einer Vollbremsung die geringste Zeit für eine Energieerzeugung verfügbar ist.
  • Bei dem vorgestellten erfindungsgemäßen Verfahren hat die Energieerzeugung stets höchste Priorität, da für die Gewährleistung des reproduzierbaren Beschleunigungsverhaltens zu jeder Zeit ein definierter Ladezustand des elektrischen Energiespeichers erforderlich ist. In Abhängigkeit vom Ladezustand des elektrischen Energiespeichers bzw. in Abhängigkeit vom Verzögerungswunsch des Fahrers kann somit auch in Verzögerungsphasen ein zusätzlicher Betrieb der mit der elektrischen Maschine gekoppelten Brennkraftmaschine erforderlich sein. Hierfür wird laufend der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers überwacht, der Ist-Ladezustand mit einem Soll-Ladezustand verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis in Verzögerungsphasen entweder ein Rekuperationsbetrieb bei deaktivierter und ggf. abgekoppelter Brennkraftmaschine durchgeführt oder ein aktiver Ladebetrieb, bei dem die elektrische Maschine im Generatorbetrieb durch die Brennkraftmaschine angetrieben wird, durchgeführt. Auch ein kombinierter Betrieb, bei dem während der Verzögerungsphase sowohl durch Rekuperation als auch durch aktiven Antrieb der elektrischen Maschine durch die befeuerte Brennkraftmaschine Energie erzeugt wird, ist möglich.
  • Die der elektrischen Maschine für den reproduzierbaren Boostbeschleunigungsvorgang zur Verfügung gestellte Energiemenge wird bevorzugt an Hand einer hinterlegten Kennlinie ermittelt, die den Energieinhalt des elektrischen Energiespeichers über der Fahrzeuggeschwindigkeit abbildet. Diese Kennlinie ist entweder versuchstechnisch ermittelt oder durch spezielle Verfahren, insbesondere mittels Modellen die einen derartigen Verzögerungsvorgang nachbilden, berechnet worden.
  • Um eine erhöhte Boostleistung zu erreichen kann die elektrische Maschine zumindest zeitweise, vorzugsweise während der gesamten Zeitdauer des Verzögerungs- und/oder des Beschleunigungsvorgangs (Boostbetriebs), unter maximaler Überlast betrieben werden.
  • Um eine möglichst hohe zeitinvariante Boostleistung zu erreichen wird insbesondere während des Verzögerungsvorgangs (der im Rahmen einer worst-case-Betrachtung für ein Δv in der Regel von geringerer Zeitdauer ist, als der Beschleunigungsvorgang im Boostbetrieb für das gleiche Δv) die elektrische Maschine im Rahmen ihrer Spezifikation gezielt überlastet und während des Beschleunigungsvorgangs derart unterhalb ihrer spezifizierten Dauerleistung betrieben, dass in einem vorbestimmten Geschwindigkeitsintervall (v1 bis v2) (vorzugsweise bei alternierenden Boostphasen und Phasen mit maximaler Verzögerung (Vollbremsphasen)) die elektrische Maschine im zeitlichen Mittel möglichst an ihrer Dauerleistung betrieben wird. Die Steuereinheit für die elektrische Maschine ist derart ausgebildet, dass für eine den Spezifikationen entsprechende Nutzung der Leistung der elektrischen Maschine, die zeitinvariante Beschleunigung so hoch wie möglich ist.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein weiterer Betriebsmodus für die Antriebseinheit wählbar ist, bei dem der elektrischen Maschine bei einer erhöhten Lastanforderung stets die maximal verfügbare (und für die elektrische Maschine verarbeitbare) Energiemenge zur Verfügung gestellt wird, und mit Vorteil die elektrische Maschine während des Beschleunigungsvorgangs zumindest zeitweise mit maximaler Überlast betrieben wird. Hierdurch kann die Boostleistung noch einmal erhöht werden – der erzielte Vorteil der Reproduzierbarkeit ist in diesem Betriebsmodus allerdings nicht gewährleistet. Die Umschaltung in den Boostbetrieb mit nicht reproduzierbarem Leistungsverhalten sollte daher nur durch manuelle Einstellung des Fahrers über ein Bedienelement erlaubt sein. Bei jeder erneuten Inbetriebnahme des Fahrzeugs sollte die Einstellung mit reproduzierbarer Boostleistung automatisch wieder als Einstellung mit höherer Priorität im Vergleich zu der Einstellung der nicht zeitinvarianten Betriebesweise – gegebenenfalls als Grundeinstellung – voreingestellt sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1: den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs in schematischer Darstellung,
  • 2: den Verlauf der Geschwindigkeit über der Zeit für eine Beschleunigung im Rahmen einer zuvor gemäß der Erfindung ermittelten Energiemenge,
  • 3: den Verlauf des Energieinhalts eines die elektrische Maschine versorgenden elektrischen Energiespeichers über der Geschwindigkeit bei einem vorgegebenen Verzögerungsvorgang, und
  • 4: den Verlauf der Geschwindigkeit über der Zeit für Beschleunigungs- und Bremsvorgänge aus einem Testzyklus in einem Diagramm.
  • 1 zeigt einen Antriebsstrang für einen Hybridantrieb umfassend eine Brennkraftmaschine 2, eine mit dieser über eine Kupplung 4 verbundene elektrische Maschine 6 und eine Getriebeeinrichtung 8, die mit ihrer Getriebeausgangswelle über ein Differential auf Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs wirkt. Der elektrischen Maschine 6 ist ein elektrischer Energiespeicher 6a zugeordnet, der zumindest eine Kondensatoreinrichtung in Form von so genannten Supercaps (Doppelschicht- bzw. Hochleistungskondensatoren) und gegebenenfalls eine Akkumulatorbatterie umfasst. Übergeordnet ist eine Steuereinrichtung 10 vorgesehen, die in Abhängigkeit von Betriebsparametern (insbesondere in Abhängigkeit von einem vorliegenden Lastanforderungssignal) zumindest die elektrische Maschine 6 beziehungsweise den ihr zugeordneten Energiespeicher 6a ansteuert derart, dass mittels der elektrischen Maschine 6 bei einer erhöhten Lastanforderung (z.B. kick-down) eine reproduzierbare erhöhte Antriebsleistung (ein erhöhtes Antriebsmoment auf die Antriebsräder) bereit gestellt wird.
  • Hierfür findet ein Verfahren gemäß der Erfindung Anwendung, welches anhand der 2 bis 4 näher erläutert wird.
  • In 2 ist der Verlauf der Geschwindigkeit v über der Zeit t für eine Beschleunigung im Rahmen einer zuvor gemäß der Erfindung ermittelten Energiemenge E dargestellt.. In einem Zeitpunkt t0, in dem sich ein Fahrzeug mit einer aktuellen Geschwindigkeit v1 bewegt, erhält das Fahrzeug eine (über einer vorbestimmten Lastanforderungsschwelle liegende) erhöhte Lastanforderung (Boost-Lastanforderung) und wird aufgrund der Erfüllung dieser Boost-Lastanforderung innerhalb einer Zeitdauer T1 auf eine, um einen definierten (kleineren) Geschwindigkeitsbetrag Δv größere Geschwindigkeit v2 im Zeitpunkt t1 beschleunigt. Für diesen Teil des Boost-Beschleunigungsvorgangs von der Ausgangsgeschwindigkeit v1, im Zeitpunkt t0 der erhöhten Lastanforderung, auf die Geschwindigkeit v2, auf die das Fahrzeug reproduzierbar schnellstmöglich beschleunigt werden soll, wird eine bestimmte elektrische Energiemenge (Boostenergie) ermittelt. Die zu ermittelnde Boostenergiemenge wird dabei maximal so groß gewählt, wie die Energiemenge (z.B. Rekuperationsenergie oder innerhalb der Verzögerungszeit maximal erzeugbare Energiemenge auch unter Verwendung der Brennkraftmaschine um die elektrische Maschine als Generator anzutreiben) ist, die bei einem Verzögerungsvorgang von der Geschwindigkeit v2 auf die im Zeitpunkt t0 der Lastanforderung vorliegende Ausgangsgeschwindigkeit v1 mindestens gewonnen werden kann. Der Berechnung liegt mit Vorteil das Beschleunigungsverhalten eines Fahrzeuges ohne elektrischen Zusatzantrieb zugrunde. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Verzögerungsvorgang der Verzögerungsvorgang einer Vollbremsung des Fahrzeugs der Boostenergieermittlung zugrunde gelegt. Für den vorgegebenen Verzögerungsvorgang wird eine Energiemenge E2, dargestellt durch die schraffierte Fläche F2, ermittelt. Genau diese Energiemenge E2 = E1, nun dargestellt durch die Fläche E1, kann für den Boost-Beschleunigungsvorgang innerhalb der Zeitdauer T1 der Beschleunigung eingesetzt werden. Der Vergleich der Energiemengen erfolgt dabei aus Sicht des elektrischen Energiespeichers 6a. Dementsprechend werden bei der Berechnung der Boostleistung alle relevanten Wirkungsgrade, insbesondere die Wirkungsgrade von elektrischer Maschine 6 und elektrischem Energiespeicher 6a bei der Ermittlung der Boostleistung berücksichtigt. Vorzugsweise wird der gesamte Geschwindigkeitsbereich (siehe 4: vStart bis vZiel) in definierte kleine Geschwindigkeitsintervalle Δvi, Δvi+1; Δvi unterteilt, wobei jedem Geschwindigkeitsintervall Δvi, Δvi+1; Δvi eine bestimmte Energiemenge zugeordnet ist. Dabei sind die Energiemengen in Abhängigkeit von der vorliegenden Ausgangsgeschwindigkeit vorzugsweise unterschiedlich.
  • In dem in 4 dargestellten Testzyklus, in dem sich an eine Beschleunigungsphase während einer Zeitdauer T10 (t10-t00) unmittelbar eine vorbestimmte Verzögerungsphase (beispielsweise in Form einer Vollbremsung) für eine Zeitdauer T11 (t20-t10) anschließt, wird beim Boostbetrieb die Leistung Pa entsprechend der aufeinander folgenden Geschwindigkeitsdeltas (Δv) und der dem jeweiligen Geschwindigkeitsdelta (Δv) zugrunde liegenden Berechnung geregelt. Die für den Boostbetrieb von der Startgeschwindigkeit vStart zur Zielgeschwindigkeit vZiel eingesetzte Energie ist gleich der Summe der bei den jeweiligen Geschwindigkeitsänderungen (Δv) jeweils eingesetzten Energie. Entsprechend wird bei der im Testzyklus unmittelbar folgenden Verzögerung von der Zielgeschwindigkeit vZiel auf die Startgeschwindigkeit vStart die Summe der jeweils bei den Verzögerungen um das vorbestimmte Geschwindigkeitsdelta Δv erzeugten Energiemengen erzeugt.
  • Für den Fall, dass eine elektrische Maschine vorhanden ist, die für eine bestimmte Zeitdauer in einem Überlastbetrieb betrieben werden kann, wird die Erkenntnis, dass der Beschleunigungsvorgang mindestens solange dauert, wie der entsprechende Verzögerungsvorgang bei einer Vollbremsung, dahingehend berücksichtigt, dass für die Energieerzeugung während der Zeitdauer der Verzögerung (von v2 auf v1) eine Überlastung der elektrischen Maschine um ein vorbestimmtes Maß (im spezifizierten Rahmen) zugelassen wird. Insbesondere erfolgt diese bewusste Überlastung der elektrischen Maschine 6 derart, dass bei einem Zyklus entsprechend 2 die elektrische Maschine 6 im zeitlichen Mittel an ihrer spezifizierten Dauerleistung betrieben wird. Hierdurch wird die Leistungsfähigkeit der elektrischen Maschine 6 im Sinne einer möglichst hohen zeitinvarianten Boostbeschleunigung optimal genutzt.
  • In 3 ist der Energieinhalt des elektrischen Energiespeichers 6a in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v für einen vorgegebenen (der entsprechenden Betriebsstrategie zugrunde gelegten) Verzögerungsvorgang dargestellt, insbesondere ist hier der Energieinhalt über der Geschwindigkeit v für einen Verzögerungsvorgang in Form einer Vollbremsung des Fahrzeugs nachgebildet. Diese Kennlinie kann versuchstechnisch oder rechnerisch ermittelt und in einem, mit der Steuereinrichtung 10 gekoppelten Speicher 10a hinterlegt sein.
  • Vorzugsweise sind weiterhin in dem Speicher 10a Kennfelder für die elektrische oder mechanische Leistung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrgeschwindigkeit und von dem Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswunsches des Fahrers hinterlegt. Diese dienen dann vorzugsweise als Vorsteuerung für die elektrische Maschine, mit dem Ziel, während des Fahrbetriebs den Energieinhalt des elektrischen Speichers in Übereinstimmung mit dem für die jeweilige Geschwindigkeit entsprechend der 3 zugehörigen Soll-Energieinhalts zu halten.
  • Im Fahrbetrieb wird diese Vorsteuerung nicht ausreichend sein, da die Bedingungen (Fahrwiderstände, Beladung, Fahrbahnneigung) im Allgemeinen von den idealen Werten abweichen werden. Um den Energieinhalt mit dem Sollwert entsprechend 3 in Übereinstimmung zu halten wird es dann vorzugsweise noch einen Regelungsanteil geben, wodurch der aktuelle Energieinhalt des Energiespeichers (Istwert) mit einem Sollwert des Energiespeichers anhand einer Kennlinie verglichen wird und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis (bzw. einer hier ermittelten Differenz) das Antriebsmoment erhöht bzw. verringert wird.
  • Alternativ zu den Kennfeldern für die Leistung der elektrischen Maschine kann auch als Kennlinie das Vollast-Beschleunigungsverhalten eines Fahrzeuges ohne elektrischen Zusatzantrieb (Referenzfahrzeug) in der Steuereinheit 10a abgelegt werden und die nötigen Informationen für die Vorsteuerung der elektrischen Maschine unter Berücksichtigung weiterer in der Steuereinheit 10a hinterlegter Fahrzeuginformationen hieraus berechnet werden. Zusätzlich zu den beschriebenen Regelungsvorgängen mit Vorsteuerung können Fahrwiderstandskorrekturen beispielsweise auch in Abhängigkeit von dem Vergleich von zu erwartender Geschwindigkeitsänderung und gemessener Geschwindigkeitsänderung für eine gegebene Leistungsanforderung ermittelt werden (z.B. bei einer automatischen Berg-Erkennung wie sie bereits bei Getriebesteuerungen in BMW Fahrzeugen bekannt ist) und als Erweiterung der Vorsteuerung dienen.
  • 4 veranschaulicht, wie bereits erwähnt, die Beschleunigungs- und Bremsvorgänge eines Hybridfahrzeugs in Form von Testzyklen in einem Diagramm, in dem die Fahrzeuggeschwindigkeit v über der Zeit t dargestellt ist. Hier wird veranschaulicht, wie ein Boostleistungsvorgang in kleinen vorbestimmten Geschwindigkeitsschritten (Δv) durchgeführt wird. Um die angestrebte Zeitinvarianz sicher zu stellen, werden die Geschwindigkeitsschritte (Δv), wie gemäß 2 beschrieben, unter Verwendung einer erfindungsgemäß bestimmten elektrischen Energiemenge durchgeführt.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Hybridfahrzeugs, wobei die Antriebseinheit eine Brennkraftmaschine (2) zur Erzeugung eines ersten Antriebsmoments und eine motorisch als auch generatorisch betreibbare elektrische Maschine (6) zur Erzeugung eines zweiten Antriebsmoments sowie einen die elektrische Maschine (6) mit elektrischer Energie versorgenden Energiespeicher (6a) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten: – a) Überwachung der das geforderte Antriebsmoment bestimmenden Lastanforderung, – b) Detektion einer Boost-Lastanforderung für den Fall, dass die vorliegende Lastanforderung größer oder gleich einer vorgegebenen Lastschwelle für einen Boostbetrieb ist, und im Falle eines detektierten Boostbetriebs – c) Bestimmen einer elektrischen Energiemenge (E1) zur Erzeugung eines erhöhten Antriebsmoments der elektrischen Maschine (6), wobei die Energiemenge (E1) derart bemessen ist, dass sie ausreichend ist für die Beschleunigung des Fahrzeugs von der aktuellen Geschwindigkeit (v1) auf eine Geschwindigkeit (v2), die um eine vorbestimmte Geschwindigkeitsdifferenz (Δv) größer ist als die aktuelle Geschwindigkeit (v1), und wobei die Energiemenge (E1) nicht größer ist, als die Energiemenge (E2), die bei einem Bremsvorgang von der größeren Geschwindigkeit (v2) auf die Geschwindigkeit (v1) von der aus beschleunigt wurde, gemäß einem vorgegebenen zu erwartenden Verzögerungsverlauf mindestens wieder zurück gewonnen werden kann, – d) Erzeugen eines erhöhten Antriebsmoments durch die elektrische Maschine (6) ausschließlich unter Verwendung der zuvor bestimmten Energiemenge (E1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Durchführung von Schritt c) als Referenz das Beschleunigungsverhalten eines Fahrzeugs ohne elektrischen Zusatzantrieb herangezogen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte c) und d) wiederholt werden, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Boost-Lastanforderung nicht mehr vorliegt.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Geschwindigkeitsdifferenz (Δv) kleiner ist, als die Geschwindigkeitsdifferenz zwischen einer Startgeschwindigkeit (vStart) im Zeitpunkt der Lastanforderung und einer zum Zeitpunkt der Beendigung der Lastanforderung erreichten Zielgeschwindigkeit (vZiel).
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Beschleunigung des Fahrzeugs bereitgestellte Energiemenge (E1) bestimmt wird anhand einer hinterlegten Kennlinie, die den Energieinhalt (E) des elektrischen Energiespeichers (6a) in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) abbildet.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Verzögerungsverlauf den Bremsvorgang einer Vollbremsung abbildet.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dauer der Verzögerung die elektrische Maschine (6) in einem Überlastbetrieb betrieben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) derart betrieben wird, dass über die Dauer eines Betriebszyklus, mit einer Boostbeschleunigung von der aktuellen Geschwindigkeit (v1) auf die um ein vorbestimmtes Maß erhöhte Geschwindigkeit (v2) und mit einem Verzögerungsvorgang von der erhöhten Geschwindigkeit (v2) auf die Geschwindigkeit (v1), die elektrische Maschine (6) im zeitlichen Mittel mit ihrer spezifizierten Dauerleistung betrieben wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (6) für die Zeitdauer (T1) des Beschleunigungsvorgangs von der jeweils aktuellen Geschwindigkeit (v1) auf die um die vorbestimmte Geschwindigkeit (Δv) erhöhte Geschwindigkeit (v2) unter Überlast betrieben wird.
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