DE102006016133A1

DE102006016133A1 - Betriebsarten- und Momentenkoordination bei Hybrid-Kraftfahrzeugantrieben

Info

Publication number: DE102006016133A1
Application number: DE102006016133A
Authority: DE
Inventors: Jens-Werner Falkenstein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-04-06
Filing date: 2006-04-06
Publication date: 2007-10-11
Also published as: US20100198436A1; US8615340B2; WO2007115922A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die als Antriebsaggregate mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine aufweist, deren Drehmomente in Abhängigkeit verschiedener Betriebsarten zum Generieren eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs verwendet werden, und mit mindestens einem mindestens ein Antriebsaggregat in mindestens einer Betriebsart steuernden Signalfluss, wobei ein einziger Signalfluss mindestens eines der Antriebsaggregate in sämtlichen Betriebsarten durch Vorgabe von mindestens einer Drehmomentgrenze steuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die als Antriebsaggregate mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine aufweist, deren Drehmomente in Abhängigkeit verschiedener Betriebsarten zum Generieren eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs verwendet werden und mit mindestens einem, mindestens ein Antriebsaggregat mindestens in einer Betriebsart steuernden Signalfluss.
Verfahren der eingangs genannten Art sind bekannt. So gibt es Verfahren, welche für unterschiedliche Betriebsarten jeweils einen Signalfluss verwenden. Die DE 101 60 819 B4 beschreibt zum Beispiel eine Steuerung des Schleppbetriebes von Fahrzeugantrieben, bei denen ein Fahrer zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi wählen kann. Der Signalfluss stellt eine Steuergröße dar, welche den Antriebsaggregaten jeweils ein Drehmoment in Abhängigkeit von einem Antriebssolldrehmoment vorgibt. Dabei werden in den unterschiedlichen Signalflüssen Parameter, wie zum Beispiel der Ladezustand eines elektrischen Speichers, unterschiedlich berücksichtigt. Bei einem Wechsel von einer Betriebsart in die andere, zum Beispiel bei einem Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb, kann es passieren, dass beim Öffnen einer Kupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine der Verbrennungsmotor durch den plötzlichen Verlust eines Gegenmoments „hoch dreht" und dadurch zum einen unnötige Verluste im Verbrennungsmotor bewirkt und zum anderen von einem Fahrer als unangenehm empfunden wird. Um einen kontinuierlichen „sanften" Übergang zwischen den Betriebsarten zu schaffen, werden aufwändige Funktionalitäten eingesetzt, die durch Umschalten der Betriebsart hervorgerufene Unstetigkeiten filtern oder verrampen.
Erfindungsgemäß steuert ein einziger Signalfluss mindestens eines der Antriebsaggregate in sämtlichen Betriebsarten durch Vorgabe von mindestens einer Drehmomentgrenze. Durch die Verwendung eines einzigen Signalflusses werden zum einen Ressourcen in einem Steuergerät des Fahrzeugs nur gering beansprucht und zum anderen entfallen die Nachteile, welche bei einem Umschalten von einer Betriebsart in die andere beziehungsweise von einem Signalfluss in einen anderen entstehen. Durch die Verwendung eines einzigen Signalflusses wird ermöglicht, dass eine Betriebsart in die andere direkt übergeht. Die Verwendung eines einzigen Signalflusses wird durch die Vorgabe der mindestens einen Drehmomentgrenze ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird die Antriebsvorrichtung in den Betriebsarten Hybridbetrieb, Boostbetrieb, Rekuperationsbetrieb, Elektrobetrieb, Verbrennungsmotorbetrieb oder Segelbetrieb betrieben. Im Hybridbetrieb werden Verbrennungsmotor und Elektromaschine gleichzeitig betrieben, wobei die Elektromaschine überwiegend generatorisch beansprucht wird. Im Boostbetrieb wird zusätzlich zu einem Drehmoment des Verbrennungsmotors ein Drehmoment der elektrischen Maschine zugeschaltet, wodurch eine hohe Beschleunigung ermöglicht wird. Im Rekuperationsbetrieb wird das generatorische Potential der Elektromaschine ausgenutzt. Im Elektrobetrieb wird allein die Elektromaschine und im Verbrennungsmotorbetrieb allein der Verbrennungsmotor zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet. Im Segelbetrieb (oder auch Rollbetrieb genannt) übertragen weder der Verbrennungsmotor noch die Elektromaschine ein Drehmoment auf die Antriebsräder des Fahrzeugs.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Drehmomentgrenze zum Wechsel mindestens einer Betriebsart verändert. Somit wird nicht ein Signalfluss gewechselt, sondern durch das Ändern einer Größe in einem Signalfluss eine andere Betriebsart ermöglicht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromaschine ein elektrischer Speicher zuordenbar, und im Hybridbetrieb der Elektromaschine wird ein Sollmoment in Abhängigkeit einer Ladesteuerung vorgegeben. In den meisten Betriebspunkten ist das Sollmoment negativ, was zu einem generatorischen Betrieb der Elektromaschine führt, und somit ein Aufladen eines elektrischen Speichers ermöglicht.
Vorteilhafterweise ist die Ladesteuerung von dem Gesamtwirkungsgrad des Antriebs und/oder Abgasemissionen der Antriebsvorrichtung und/oder einer Wunschleistung eines elektrischen Systems des Fahrzeugs abhängig. Durch die Ladesteuerung wird die generatorische Leistung der Elektromaschine erhöht, beziehungsweise das Sollmoment weiter in den negativen Drehmomentenbereich geschoben, wenn dadurch günstigere Gesamtwirkungsgrade der gesamten Antriebsvorrichtung erreicht werden und günstige Auswirkungen auf die Abgasemissionen entstehen. Außerdem sorgt die Ladesteuerung dafür, dass im Mittel die Wunschleistung des elektrischen Systems des Fahrzeugs erfüllt wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Elektromaschine eine obere und/oder eine untere Drehmomentgrenze vorgegeben.
Vorteilhafterweise wird mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit von dem Ladezustand des der Elektromaschine zugeordneten elektrischen Speichers vorgegeben. So kann zum Beispiel die obere Drehmomentgrenze der elektrischen Maschine so gewählt werden, dass von der Elektromaschine nicht mehr Drehmoment gefordert wird, als mit dem Ladezustand des elektrischen Speichers möglich ist oder sinnvoll wäre. Ebenso kann die untere Drehmomentgrenze der Elektromaschine so gewählt werden, dass im generatorischen Betrieb der elektrische Speicher nicht überladen wird, zum Beispiel im Rekaperationsbetrieb.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit der Elektromaschinentemperatur vorgegeben wird. Dadurch wird verhindert, dass die Elektromaschine sowohl im generatorischen als auch im motorischen Betrieb überhitzt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dem Verbrennungsmotor eine obere Drehmomentgrenze für den Boostbetrieb vorgegeben. Wird durch ein vom Fahrer gefordertes Antriebssolldrehmoment die obere Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors überschritten, so leistet der Verbrennungsmotor ein Drehmoment bis zu der vorgegebenen Drehmomentgrenze und die Elektromaschine leistet das fehlende Drehmoment. Dadurch wird zum Beispiel ein direkter Übergang von Hybridbetrieb in den Boostbetrieb ermöglicht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird dem Verbrennungsmotor eine untere Drehmomentgrenze für den Rekuperationsbetrieb vorgegeben. Betätigt der Fahrer das Fahrpedal nicht, so entsteht ein negatives Antriebssolldrehmoment, darüber hinaus kann dieses Antriebssolldrehmoment durch Betätigen des Bremspedals weiter in den negativen Bereich verschoben werden. Wird durch ein so vorgegebenes Antriebssolldrehmoment die untere Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors unterschritten, so wird das noch fehlende Drehmoment des Verbrennungsmotors durch ein Drehmoment der Elektromaschine (im generatorischen Betrieb) ersetzt. Somit ist auch ein direkter Übergang vom Hybridbetrieb in den Rekuperationsbetrieb möglich.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird mindestens eine Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors zum Einschränken eines Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors vorgegeben. Zum Beispiel kann ein Betrieb des Verbrennungsmotors bei geringen Drehmomenten im Rahmen einer Heizstrategie für einen Katalysator sinnvoll sein. Dies lässt sich durch entsprechende Vorgaben für die obere und/oder die untere Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors realisieren.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird im Boostbetrieb die obere Drehmomentgrenze der Elektromaschine rampenförmig reduziert. Durch den Boostbetrieb wird der elektrische Speicher stark belastet und der Ladezustand nimmt ab. Um eine zu starke Entladung zu vermeiden, kann zum Beispiel die zeitliche Dauer eines einzelnen Boostvorgangs durch rampenförmige Reduzierung des Boostdrehmoments bis auf den Wert Null begrenzt werden. Somit kann auch eine Reproduzierbarkeit des Boostvorgangs erreicht werden.
Vorteilhafterweise werden für einen Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb oder in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors auf das Drehmoment von mindestens einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Nebenaggregat verändert. Durch Einstellen beider Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors auf denselben Wert, wird dem Verbrennungsmotor automatisch ein Solldrehmoment vorgegeben, unabhängig von einem Antriebssolldrehmoment. Soll der Verbrennungsmotor mitsamt seinen Nebenaggregaten kein Drehmoment leisten, so muss berücksichtigt werden, dass die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Nebenaggregate, wie zum Beispiel Lichtmaschine oder Klimakompressor, ein (negatives) Drehmoment auf die Antriebsvorrichtung ausüben. Da im Elektrobetrieb und im Segelbetrieb kein Drehmo ment vom Verbrennungsmotor mit samt seinen Nebenaggregaten geleistet werden soll, muss das Drehmoment des Verbrennungsmotors dem Wert des von den Nebenaggregaten geforderten Drehmoments entsprechen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eingesetzt. Diese dient dazu, den Verbrennungsmotor von der Elektromaschine bei Bedarf mechanisch zu trennen.
Vorteilhafterweise wird die Trennkupplung für den Elektrobetrieb und/oder den Segelbetrieb geöffnet. Dadurch wird der Verbrennungsmotor mechanisch von der übrigen Antriebsvorrichtung getrennt.
Vorteilhafterweise werden die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors für den Elektrobetrieb und für den Segelbetrieb bei geöffneter Trennkupplung und abgeschaltetem Verbrennungsmotor auf den Wert Null verändert. Bei abgeschaltetem Verbrennungsmotor wird zum Beispiel Kraftstoff gespart.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden für einen Wechsel in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine auf den Wert des Drehmoments von mindestens einem der Elektromaschine zugeordneten Nebenaggregat verändert. Wie beim Verbrennungsmotor wird auch hier die Elektromaschine zusammen mit den ihr zugehörigen Nebenaggregaten drehmomentfrei durch Vorgabe von Drehmomentgrenzen der Elektromaschine eingestellt. Dadurch wirken weder positive noch negative Drehmomente auf Antriebsräder des Fahrzeugs, wodurch das Fahrzeug frei rollt beziehungsweise segelt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird zwischen Elektromaschine und einem Getriebe des Fahrzeugs eine Anfahrkupplung ein gesetzt, wobei das Getriebe mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden ist.
Wird die Anfahrkupplung für den Segelbetrieb vorteilhafterweise geöffnet, so wird die Elektromaschine und der Verbrennungsmotor von dem Getriebe mechanisch entkoppelt.
Vorteilhafterweise werden dann die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine für den Segelbetrieb auf den Wert Null verändert. Somit sind im Segelbetrieb sowohl Elektromaschine als auch Verbrennungsmotor zum Sparen von Energie ausgeschaltet.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden sämtliche Drehmomentgrenzen stetig verändert. Sprunghafte Drehmomentänderungen würden zum Beispiel den Fahrkomfort durch plötzliches Ändern eines Geräuschpegels der Antriebsvorrichtung oder durch Ruckeln oder Schwingungen in der Antriebsvorrichtung stark einschränken.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigen
1 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination im Hybridbetrieb,
2 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination im Boostbetrieb,
3 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination im Rekuperationsbetrieb,
4 ein Prinzip der Drehmomentenkoordination beim Übergang vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb.
Die 1 zeigt einen Teil eines Signalflusses 1, welcher für den Hybridbetrieb einer Antriebsvorrichtung 2 erforderlich ist. Die Antriebsvorrichtung besteht dabei aus einem Verbrennungsmotor 3, welcher über eine Trennkupplung 4 mit einer Elektromaschine 5 wirkverbindbar ist, wobei die Elektromaschine 5 über eine Anfahrkupplung 6 mit einem Getriebe 7 wirkverbindbar ist. Bei Doppelkupplungsgetrieben stellt die Anfahrkupplung 6 eine der beiden Kupplungen am Getriebeeingang dar. Bei Automatikgetrieben kann an die Stelle der Anfahrkuppelung 6 ein Drehmomentwandler, eventuell mit Wandlerschaltkupplung treten. Das Getriebe 7 ist mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs wirkverbunden.
An einem Eingang 8 eines Addierers 9 liegt ein Fahrerwunschmoment 10 (trqDes) an. An einem weiteren Eingang 11 des Addierers 9 wird dem Addierer 9 ein am Ausgang 12 eines Addierers 13 vorliegendes Summendrehmoment 14 zugeführt, welches aus einem am Eingang 15 des Addierers 13 anliegenden angeforderten Drehmoment 16 von Nebenaggregaten, welche direkt mit der Elektromaschine 5 gekoppelt sind, und einem am Eingang 17 anliegenden angeforderten Drehmoment 18 von Nebenaggregaten, welche direkt mit dem Verbrennungsmotor 3 gekoppelt sind, besteht. Der Addierer 9 weist an einem Ausgang 19 eine Verbindung 20 zu einem Eingang 21 eines Subtrahierers 22 auf. Außerdem führt von der Verbindung 20 eine weitere Verbindung 23 zu einem Eingang 24 einer Ladesteuerung 25. An einem weiteren Eingang 26 wird der Ladesteuerung 25 die Drehzahl 27 der Elektromaschine 5 zugeführt. An einem weiteren Eingang 28 wird der Ladesteuerung 25 eine Wunschleistung 29 eines elektrischen Systems zugeführt. Von einem Ausgang 30 der Ladesteuerung 25 führt eine Verbindung 31 zu einem Eingang 32 eines Limitierers 33. An einem weiteren Eingang 34 wird dem Limitierer 33 eine weitere Größe 35 zugeführt. Von einem Ausgang 36 des Limitierers 33 führt eine Verbindung 37 zu einem Eingang 38 eines weiteren Limitierers 39, von dem von einem Ausgang 40 eine Verbindung 41 zu einem Eingang 42 einer Steuereinheit 43 führt, welche über eine Verbindung 44 mit der Elektromaschine 5 kommuniziert.
Von der Verbindung 37 führt eine weitere Verbindung 45 zu einem Eingang 46 des Subtrahierers 22, wobei hier der über die Verbindung 45 übermittelte Wert dem Subtrahierer als Subtrahent zugeführt wird. Von einem Ausgang 47 des Subtrahierers 22 führt eine Verbindung 48 zu einem Eingang 49 eines Limitierers 50. An einem Eingang 51 werden dem Limitierer 50 weitere Größen 52 und 52' zugeführt. Von einem Ausgang 53 des Limitierers 50 wird eine Verbindung 54 zu einem Eingang 55 einer Steuereinheit 56, welche über eine Verbindung 57 mit dem Verbrennungsmotor 3 kommuniziert.
Im Hybridbetrieb sind die Trennkupplung 4 und die Anfahrkupplung 6 geschlossen, sodass sich die Drehmomente des Verbrennungsmotors 3 und der Verbrennungsmaschine 5 zu einem Summendrehmoment an der Anfahrkupplung 6 addieren und über das Getriebe 7 in Richtung Abtrieb weitergeleitet werden. Dabei sollen der Verbrennungsmotor 3 und die Elektromaschine 5 zusammen das am Ausgang 19 des Addierers 9 vorliegende Summensolldrehmoment, bestehend aus dem Wunschdrehmoment 10 des Fahrers und den Drehmomenten 16 und 18 der Nebenaggregate, erzeugen. Die Ladesteuerung 25 ermittelt in Abhängigkeit von dem Summensolldrehmoment, der Drehzahl 27 der Elektromaschine 5 und der mittleren elektrischen Wunschleistung 29 ein unlimitiertes Solldrehmoment für die Elektromaschine 5, welches am Ausgang 30 der Ladesteuerung 25 vorliegt. Die Ladesteuerung hat die Aufgabe, die generatorische Leistung der Elektromaschine 5 zu erhöhen, wenn dadurch günstigere Gesamtwirkungsgrade der Antriebsvorrichtung 2 erreicht werden und günstige Auswirkungen auf Abgasemissionen entstehen, bei schlechten Randbedingungen entsprechend abzusenken und im Mittel die Wunschleistung 29 des elektrischen Systems zu erfüllen. In den meisten Betriebspunkten ist das ermittelte Solldrehmoment für die Elektromaschine 5 negativ, was zu einem generatorischen Be trieb der Elektromaschine 5 führt. Das unlimitierte Sollmoment für die Elektromaschine 5 wird durch den Limitierer 33 limitiert. Dieser erhält als Größe 35 momentane Betriebsgrenzen der Elektromaschine 5, welche zum Beispiel von einem Ladezustand eines der Elektromaschine 5 zugeordneten elektrischen Speichers und/oder von der Betriebstemperatur der Elektromaschine 5 abhängig ist. Im Hybridbetrieb entspricht das so limitierte Solldrehmoment dem Solldrehmoment der Elektromaschine 5.
Das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors 3 ergibt sich aus dem Summensolldrehmoment, von dem im Subtrahierer 22 das Solldrehmoment der elektrischen Maschine 5 abgezogen wird. Zusätzlich wird das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors 3 im Limitierer 50 durch die untere Drehmomentgrenze 52 und die obere Drehmomentgrenze 52' des Verbrennungsmotors 3 limitiert.
Im Hybridbetrieb gibt die Ladesteuerung 25 das Solldrehmoment für die Elektromaschine 5 vor und hat damit eine höhere Priorität als das Fahrerwunschdrehmoment 10. Das heißt, ein zu hohes Fahrerwunschdrehmoment 10 wird infolge der Limitierung durch den Limitierer 50, nicht umgesetzt.
Der in 1 dargestellte Signalfluss 1 gilt für einen quasi stationären Betrieb. Maßnahmen zum Dynamikausgleich, das heißt eine Ansteuerung der Elektromaschine 5, um zum Beispiel ein Turboloch eines Verbrennungsmotors auszugleichen, sind nicht dargestellt.
Die 2 zeigt eine Erweiterung des Signalflusses 1 der 1, um einen Boostbetrieb zu ermöglichen. Bei diesem erhält das Fahrerwunschdrehmoment 10 eine höhere Priorität als die Ladesteuerung. Hierbei führt vom Ausgang 47 des Subtrahierers 22 die Verbindung 48 zu einem Eingang 58 eines Elements 59, von dem eine weitere Verbindung 60 zu einem Eingang 61 eines weiteren Elements 62 führt. Von der Verbindung 48 und der Verbindung 60 führen je weils eine Verbindung 63 und 64 zu einem Subtrahierer 65, wobei der von der Verbindung 60 kommende Wert von dem Wert, welcher von der Verbindung 48 kommt, abgezogen wird. Von einem Ausgang 66 des Subtrahierers 65 führt eine Verbindung 67 zu einem Abregelelement 68. Von diesem führt eine weitere Verbindung 69 zu einem Eingang 70 eines Addierers 71, welcher an einem weiteren Eingang 72 die Verbindung 37 aufweist. An einem weiteren Eingang 73 wird dem Element 59 die obere Drehmomentgrenze 52' des Verbrennungsmotors 3 zugeführt. Das Element 59 leitet den kleineren Wert seiner beiden Eingänge 58 und 73 über die Verbindung 60 weiter. Die untere Drehmomentgrenze 52 des Verbrennungsmotors 3 wird an einem Eingang 74 dem Element 62 zugeführt, von dem eine Verbindung 75 zu der Steuereinheit 56 führt. Das Element 62 leitet den größeren Wert seiner beiden Eingänge 61 und 74 über die Verbindung 75 weiter. Von einem Ausgang 76 des Addierers 71 führt eine Verbindung zu dem Eingang 38 des Limitierers 39. An einem Eingang 78 des Limitierers 39 wird dem Limitierer 39 eine untere 79 und eine obere 79' Drehmomentgrenze für die Elektromaschine 5 zugeführt.
Bei einer Vorgabe eines sehr hohen Fahrerwunschdrehmoments 10 gelangt das Solldrehmoment des Verbrennungsmotors 3 an die obere Drehmomentgrenze 52'. Ist ein am Eingang 58 des Elementes 59 anliegendes unbegrenztes Sollmoment für den Verbrennungsmotor größer als die obere Drehmomentgrenze 52', wird die Limitierung durch das Element 59 aktiv. Ein über die Verbindung 60 weitergeleitetes begrenztes Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor entspricht dann der oberen Drehmomentgrenze 52'. Am Ausgang des Subtrahierens 65 entsteht dabei ein Boostmoment, welches einen Wert größer oder gleich Null annimmt und der Differenz aus dem unbegrenzten Solldrehmoment und dem begrenzten Solldrehmoment für den Verbrennungsmotor entspricht. Durch die Verbindung 67 und 69 wird dem Solldrehmoment der Elektromaschine 5 vom Addierer 71 das Boostmoment zusätzlich aufgeschaltet. Durch den Limitierer 39 wird das neue Solldrehmoment der Elektromaschine 5 durch die untere Drehmomentgrenze 79 und die obere Drehmomentgrenze 79' limitiert. Im Boostbetrieb wird das von der Ladesteuerung geforderte Solldrehmoment nicht eingehalten, da das zusätzliche Boostmoment wirkt. Der begrenzte Energieinhalt des in 1 genannten elektrischen Speichers nimmt im Allgemeinen dadurch ab. Um eine zu starke Entladung zu vermeiden beziehungsweise um eine Reproduzierbarkeit des Boostvorgangs zu erreichen, ist durch das Abregelelement 68 eine Abregelung des Boostbetriebs vorgesehen, die das Boostdrehmoment beeinflusst. Zum Beispiel kann durch das Abregelelement 68 die zeitliche Dauer eines einzelnen Boostvorgangs durch rampenförmige Reduzierung des Boostmoments bis auf den Wert Null begrenzt werden. Somit kann der begrenzte Energieinhalt des elektrischen Speichers auf mehrere Boostvorgänge aufgeteilt werden.
Der in 2 dargestellte Signalfluss 1 ermöglicht somit einen kontinuierlichen Übergang vom Hybridbetrieb in den Boostbetrieb, ohne dass weitere Maßnahmen zur Vermeidung von Unschädlichkeiten erforderlich sind.
3 zeigt den Signalfluss 1 aus 2 mit einer Erweiterung zum Ermöglichen eines Rekuperationsbetriebs. Dazu ist ein weiterer Querpfad zwischen Verbrennungsmotor-Solldrehmoment und Elektromaschinensolldrehmoment vorgesehen. Von der Verbindung 60 und von der Verbindung 75 führen jeweils eine Verbindung 80 und 81 zu einem Substrahierer 82, von dem eine Verbindung 83 zu einem Abregelelement 84 führt, von welchem eine Verbindung 85 zu einem Eingang 86 eines Addierers 87 führt, wobei an einem weiteren Eingang 88 dem Addierer 87 die Verbindung 77 zugeordnet ist. Von einem Ausgang 89 des Addierers 87 führt dabei eine Verbindung 90 zu dem Eingang 38 des Limitierers 39.
Betätigt der Fahrer das Fahrpedal nicht, so entsteht ein negatives Fahrerwunschdrehmoment, welches durch Betätigen des Bremspedals weiter in negative Richtung verschoben werden kann. Wird dabei die vorgegebene untere Drehmomentgrenze 52 des Verbrennungsmotors unterschritten, wird der Elektromaschine 5 ein Rekuperationsdrehmoment aufgeschaltet. Dieses entsteht bei aktiver Limitierung des Solldrehmoments des Verbrennungsmotors 3 durch das Element 62. Die untere Drehmomentgrenze 52 des Verbrennungsmotors 3 kann das Schleppmoment oder das minimale Moment des Verbrennungsmotors 3 bei Einspritzbetrieb kennzeichnen, je nachdem ob Schubabschaltung erlaubt beziehungsweise möglich ist. Auch im Rekuperationsbetrieb wird das von der Ladesteuerung eingestellt Solldrehmoment der Elektromaschine 5 nicht eingehalten. Durch das Abregelelement 84 wird das Rekuperationsmoment limitiert, wenn zum Beispiel der Ladezustand des elektrischen Speichers zu hoch ist. Ähnlich wie beim Boostbetrieb erfolgt auch hier ein kontinuierlicher Übergang vom Hybridbetrieb in den Rekuperationsbetrieb.
Die Querpfade für Boostbetrieb und Rekuperationsbetrieb lassen sich außerdem dazu nutzen, um mögliche Betriebsbereiche des Verbrennungsmotors einzuschränken. Zum Beispiel kann ein Betrieb des Verbrennungsmotors 3 bei geringen Drehmomenten im Rahmen einer Heizstrategie für einen Katalysator sinnvoll sein. Die lässt sich durch entsprechende Einschränkung der Drehmomentgrenzen 52 und 52' des Verbrennungsmotors 3 erreichen. Vorzugsweise werden dabei sprungförmige Änderungen der Drehmomentgrenzen vermieden. Die Abregelungen durch die Abregelelemente 68 und 84 sind den eingeschränkten Betriebsbereichen des Verbrennungsmotors 3 entsprechend anzupassen.
Um den Elektrobetrieb zu ermöglichen, muss die Trennkupplung 4 geöffnet werden. Der Verbrennungsmotor ist abgeschaltet und somit sind auch die mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Nebenag gregate im Stillstand, wodurch das Drehmoment 18 der Nebenaggregate den Wert Null hat. Der Signalfluss wird mit den Drehmomentgrenzen 52 und 52' weiter berechnet, wobei diese jeweils den Wert Null aufweisen. Der Einfluss der Ladestrategie kompensiert sich bei der Berechnung. Die Berechnung des Solldrehmoments der Elektromaschine 5 durch die Ladesteuerung 25 kann dabei entfallen, um Rechenzeit zu sparen. Dabei kann zum Beispiel der am Ausgang der Ladesteuerung 25 anliegende Solldrehmomentwert der Elektromaschine 5 auf Null gesetzt werden. Die Abregelungselemente 68 und 84 sind entweder deaktiviert oder werden dazu benutzt, das Antreiben und das Verzögern beim Elektrobetrieb zu limitieren.
Im Segelbetrieb ist die Anfahrkupplung 6 geöffnet, der Verbrennungsmotor 3 und die Elektromaschine 5 sind im Stillstand. Der Signalfluss 1 wird mit den Drehmomentgrenzen 52, 52', 79 und 79' gleich Null weiterberechnet.
Alternativ kann für den Segelbetrieb die Trennkupplung 4 geöffnet werden, wodurch der Verbrennungsmotor abgekoppelt wird. Werden die Drehmomentgrenzen 79 und 79' der Elektromaschine 5 auf den Wert des Drehmoments 16 der mit der Elektromaschine 5 gekoppelten Nebenaggregate verändert, so erzeugt die Elektromaschine das von den Nebenaggregaten benötigte Drehmoment und der Abtrieb ist momentenfrei, unabhängig vom Fahrerwunschdrehmoment 10. Die Berechnung des Solldrehmoments der Elektromaschine 5 durch die Ladestrategie 25 kann bei Bedarf entfallen, um Rechenzeit zu sparen. Dabei wird der Wert des am Ausgang der Ladesteuerung 25 anliegenden Solldrehmoments der Elektromaschine 5 auf Null gesetzt.
4 zeigt beispielhaft den Übergang vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb. Dabei sind über die Zeit aufgetragen der Verlauf der unteren Drehmomentgrenze 52 und der oberen Drehmomentgrenze 52' des Verbrennungsmotors 3 sowie das Drehmoment 18 der dem Verbrennungsmotor zugeordneten Nebenaggregate und ein Statusverlauf 91 der Trennkupplung 4 sowie ein Statusverlauf 92 des Verbrennungsmotors 3. Beim Übergang vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb werden beide Drehmomentengrenzen 52 und 52' des Verbrennungsmotors 3 von dem beim Hybridbetrieb gültigen Werten im linken Bereich 93 des Diagramms dargestellt, im Übergangszustand 94, im mittleren Bereich des Diagramms dargestellt, rampenförmig auf den Wert des Drehmoments 18 der dem Verbrennungsmotor 3 zugeordneten Nebenaggregate gefahren. Der Verbrennungsmotor 3 erzeugt dann eben jenes von den Nebenaggregaten benötigte Drehmoment. Die zwischen Verbrennungsmotor 3 und Elektromaschine 5 angeordnete Trennkupplung 4 wird dabei drehmomentfrei und kann geöffnet werden. Dies wird dargestellt durch einen Sprung im Statusverlauf 19. Anschließend gelangen beim Abschalten des Verbrennungsmotors 3, wobei die Drehzahl des Verbrennungsmotors 3 auf Null abfällt, dargestellt durch eine rampenförmige Änderung des Statusverlaufs 92, gelangen auch die direkt angekoppelten Nebenaggregate in den Stillstand. Somit gilt, dass sowohl Drehmoment 18 der dem Verbrennungsmotor 3 zugeordneten Nebenaggregate als auch die obere Drehmomentgrenze 52' und die untere Drehmomentgrenze 52 des Verbrennungsmotors 3 den Wert Null aufweisen.
Ähnlich kann der Übergang zum Beispiel aus dem Hybridbetrieb zum Segelbetrieb erfolgen. Dabei werden die beiden Drehmomentgrenzen 52 und 52' des Verbrennungsmotors 3 rampenförmig auf den Wert des Drehmoments 18 der dem Verbrennungsmotor 3 zugeordneten Nebenaggregate gefahren, während die beiden Drehmomentgrenzen 79 und 79' der Elektromaschine 5 rampenförmig auf den Wert des Drehmoments 16 der der Elektromaschine 5 zugeordneten Nebenaggregate gefahren werden. Dabei wird die Anfahrkupplung 6 momentenfrei und kann geöffnet werden. Verbrennungsmotor 3 und die Elektromaschine 5 werden abgeschaltet, wobei dann im Stillstand gilt, dass sowohl das Drehmoment 18 der dem Verbrennungsmotor 3 zugeordneten Nebenaggregate als auch das Drehmoment 16 der der Elektromaschine 5 zugeordneten Nebenaggregate gleich Null ist. Ebenfalls sind die Drehmomentgrenzen 52 und 52' des Verbrennungsmotors 3 und die Drehmomentgrenzen 79 und 79' der Elektromaschine 5 gleich Null. Auch in der zweiten Variante des Segelbetriebs, mit einer geöffneten Trennkupplung 4, in der die Elektromaschine 5 das von den direkt gekoppelten Nebenaggregaten benötigte Drehmoment erzeugt, erfolgt durch Verrampen der Drehmomentgrenzen 52 und 52', entsprechend dem Übergang ins elektrische Fahren. Die Berechnung des Solldrehmoments der Elektromaschine 5 durch die Ladesteuerung 25 kann bei Bedarf entfallen, um Rechenzeit zu sparen. Dabei kann zum Beispiel das am Ausgang der Ladesteuerung 25 anliegende Solldrehmoment der Elektromaschine 5 gleich Null gesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, die als Antriebsaggregate mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens eine Elektromaschine aufweist, deren Drehmomente in Abhängigkeit verschiedener Betriebsarten zum Generieren eines Antriebsdrehmoments des Fahrzeugs verwendet werden und mit mindestens einem, mindestens ein Antriebsaggregat in mindestens einer Betriebsart steuernden Signalfluss, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Signalfluss mindestens eines der Antriebsaggregate in sämtlichen Betriebsarten durch Vorgabe von mindestens einer Drehmomentgrenze steuert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung in den Betriebsarten Hybridbetrieb, Boostbetrieb, Rekuperationsbetrieb, Elektrobetrieb, Verbrennungsmotorbetrieb oder Segelbetrieb betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentgrenze zum Wechsel mindestens einer Betriebsart verändert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromaschine ein elektrischer Speicher zuordenbar ist und dass im Hybridbetrieb der Elektromaschine ein Sollmoment in Abhängigkeit einer Ladesteuerung für den elektrischen Speicher vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladesteuerung von dem Gesamtwirkungsgrad des Antriebs und/oder Abgasemissionen der Antriebsvorrichtung und/oder einer Wunschleistung eines elektrischen Systems des Fahrzeugs abhängig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromaschine eine obere und/oder eine untere Drehmomentgrenze vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit von dem Ladezustand des der Elektromaschine zugeordneten elektrischen Speichers vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Drehmomentgrenze der Elektromaschine in Abhängigkeit der Elektromaschinen-Temperatur vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor eine obere Drehmomentgrenze für den Boostbetrieb vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungsmotor eine untere Drehmomentgrenze für den Rekuperationsbetrieb vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Drehmomentgrenze des Verbrennungsmotors zum Einschränken eines Betriebsbereichs des Verbrennungsmotors vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Boostbetrieb die obere Drehmomentgrenze der Elektromaschine rampenförmig reduziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Wechsel vom Hybridbetrieb in den Elektrobetrieb oder in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors auf das Drehmoment von mindestens einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Nebenaggregat verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennkupplung zwischen Verbrennungsmotor und Elektromaschine eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennkupplung für den Elektrobetrieb und/oder den Segelbetrieb geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentgrenzen des Verbrennungsmotors für den Elektro- und für den Segelbetrieb auf den Wert Null verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für einen Wechsel in den Segelbetrieb die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine auf den Wert des Drehmoments von mindestens einem der Elektromaschine zugeordneten Nebenaggregat verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Elektromaschine und einem Getriebe eine Anfahrkupplung eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrkupplung für den Segelbetrieb geöffnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentgrenzen der Elektromaschine für den Segelbetrieb auf den Wert Null verändert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Drehmomentgrenzen stetig verändert werden.