DE102006034932A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Steuerparametersätzen (STP1; STP2) mit unterschiedlichen Rekuperationsmomenten (PR1; PR2) für eine ein Rekuperationsmoment des Elektromotors (5) in einer Schubphase einstellende Umwandlungssteuereinrichtung (7), denen ein jeweiliger Fahrmodus-Indikator ("N", "S"; BS) zugeordnet ist; und eine Festlegungseinrichtung (SW; BSE, SW') zum Festlegen eines aktuellen Fahrmodus-Indikators ("N", "S"; BS), wodurch ein dem festgelegten aktuellen Fahrmodus-Indikator ("N", "S"; BS) entsprechender Steuerparametersatz (STP1; STP2) zum Steuern der Umwandlungssteuereinrichtung (7) in einer Schubphase des Hybrid-Fahrzeugantriebs verwendbar ist.

Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
  • Seit einigen Jahren sind als verbrauchssparende und umweltschonendere Alternative zur herkömmlichen Brennkraftmaschine so genannte Hybridantriebe auf dem Markt.
  • Für den Hybridantrieb hat sich die allgemeine Definition etabliert, dass dieser mindestens zwei verschiedene Energiewandler und zwei verschiedene Energiespeicher beinhaltet.
  • Bis auf wenige Ausnahmen handelt es sich dabei in der praktischen Umsetzung bei den Wandlern um einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor und bei den Energiespeichern um einen brennbaren Kraftstoff und eine Batterie.
  • Ein Hybridfahrzeug hat gegenüber konventionellen Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine den Vorteil, dass es die Bremsenergie zu einem großen Teil (bis auf den Wirkungsgradverlust) zurückgewinnen kann. Die zurückgewonnene oder rekuperierte Bremsenergie wird in der Batterie des Elektromotors zwischengespeichert, wobei der Elektromotor generatorisch betrieben wird und als mechanisch-elektrischer Wandler funktioniert.
  • Die Zwischenspeicherung der Energie, also die Rekuperation, tritt beim aktiven Bremsen und im Schubbetrieb auf. Der Schubbetrieb ist ein Fahrzeugzustand, bei dem die Brennkraftmaschine das Fahrzeug nicht aktiv antreibt, weil der Fahrer vom Gas gegangen ist. Das Fahrzeug befindet sich also in einem passiven Zustand und wird nur noch durch seine eigene träge Masse vorwärtsgetrieben, bis die diversen Fahrwiderstände es allmählich bis zum Stillstand verzögern. Bei Hybrid-Fahrzeugantrieben werden in der Schubphase Benzinzufuhr und Zündung abgestellt und darüber hinaus technische Vorkehrungen getroffen, um die Motorbremse der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb zu verhindern und so die kinetische Energie möglichst vollständig dem als mechanischelektrischer Wandler konfigurierten Elektromotor zukommen zu lassen. Am einfachsten lässt sich dies erreichen, indem die Ventile komplett geschlossen werden und somit keine Luft mehr durch den Ansaugtakt in die Zylinder kommen kann. Es tritt dann kein Pumpverlust mehr auf. Ebenfalls möglich ist eine mechanische Abkupplung der Brennkraftmaschine durch eine entsprechende Trennkupplung.
  • Der Dynamo-Effekt des als Wandler funktionierenden Elektromotors erzeugt eine Bremswirkung, die allerdings deutlich schwächer ausgeprägt ist als die herkömmliche Motorbremse der Brennkraftmaschine. Daher wurde vorgeschlagen, in Abhängigkeit von der Stellung des Wählhebels für den Getriebebereich zusätzlich eine Motorbremse der Brennkraftmaschine zuschaltbar zu gestalten, die beispielsweise bei starker Gefälle die Bremswirkung des Elektromotors unterstützt und damit die Fußbremse entlastet. Der Rekuperationsgrad ist in diesem Fall vermindert, weil dabei ein Teil der Bremsleistung in der Brennkraftmaschine vernichtet wird und somit nicht dem Elektromotor zur Wandlung zugute kommt.
  • Als nachteilhaft bei den bekannten Hybrid-Fahrzeugantrieben hat sich die Tatsache herausgestellt, dass in bestimmten Betriebssituationen ein häufiges Ein- und Ausschalten der Brennkraftmaschine in Schubphasen bzw. Langsamfahrtphasen beobachtbar ist, was als störend und verbrauchserhöhend wirkt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs zu schaffen, welche kontrollierbarer ist.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs eines Hybrid-Fahrzeugantriebs gemäß Anspruch 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 5 weisen den Vorteil auf, dass die Rekuperation flexibler gestaltbar ist und dadurch Verbrauchsvorteile und/oder eine Fahrkomforterhöhung erzielbar sind.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein einem festgelegten aktuellen Fahrmodus-Indikator entsprechender Steuerparametersatz zum Steuern der Umwandlungssteuereinrichtung in einer Schubphase des Hybrid-Fahrzeugantriebs verwendbar ist.
  • In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Fahrmodus-Indikator manuell festgelegt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird der aktuelle Fahrmodus-Indikator automatisch festgelegt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird ein erster Fahrmodus-Indikator einem ersten Steuerparametersatz in einem Sportmodus mit einem ersten Rekuperationsmoment und ein zweiter Fahrmodus-Indikator einem zweiten Steuerparametersatz in einem Normalmodus mit einem zweiten Rekuperationsmoment zugeordnet wird und wobei das erste Rekuperationsmoment grösser als das zweite Rekuperationsmoment ist. Dadurch kann bei Langsamfahrt die Häufigkeit des Ein- und Ausschaltens der Brennkraftmaschine erniedrigt werden Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Hybrid-Fahrzeugantriebs, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
  • 2 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs; und
  • 3 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente.
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Hybrid-Fahrzeugantriebs, auf den die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
  • In 1 bezeichnet Bezugszeichen F einen Parallel-Hybrid-Fahrzeugantrieb, dessen auf die Räder R wirkender Antriebsstrang sich aus einer Brennkraftmaschine 1, einer Trennkupplung 6, einem Elektromotor 5, einem Getriebe 2 und einem Differential 4 zusammensetzt. Ein Tank 3 speichert Kraftstoff als Energieträger für die Brennkraftmaschine 1. Eine Hochleistungsbatterie 8 speichert elektrische Energie für den Elektromotor 5. Eine Umwandlungssteuereinrichtung 7 ist zwischen die Hochleistungsbatterie 8 und den Elektromotor 5 geschaltet, welche bidirektional arbeiten kann, nämlich in einem Elektroantriebsmodus dem Elektromotor 5 elektrische Energie der Hochleistungsbatterie 8 zuführen kann und in einem Rekuperationsmodus vom Elektromotor 5 gelieferte Wechselstromenergie in einen Gleichstrom umwandeln und damit die Hochleistungsbatterie 8 laden kann.
  • Der Hybrid-Fahrzeugantrieb F gemäß 1 hat folgende Antriebsmodi:
    konventioneller Brennkraftmaschinenbetrieb ohne Aktivierung des Elektroantriebs;
    elektrischer Antrieb ohne Aktivierung des konventionellen Brennkraftmaschinenantriebs;
    Boosten, wobei der Brennkraftmaschinenantrieb vom Elektroantrieb unterstützt wird;
    Rekuperation, wobei die Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie für die Hochleistungsbatterie 8 zurückgewonnen wird und die Trennkupplung 6 geöffnet ist;
    Lastpunktanhebungsbetrieb, wobei die Brennkraftmaschine 1 einen Teil ihres Drehmoments an den Abtrieb liefert und den restlichen Teil als Generatormoment für den Elektromotor 5 liefert, um durch diesen elektrische Energie für die Hochleistungsbatterie 8 zu erzeugen und dort zu speichern.
  • Eine in 1 mit Bezugszeichen ST bezeichnete Steuereinrichtung steuert fahrbetriebssituationsabhängig den Lastpunkt der Brennkraftmaschine 1, die Stellung der Trennkupplung 6 sowie die Umwandlungssteuereinrichtung 7.
  • Um eine für die jeweilige Betriebssituation optimale Einstellung des Hybrid-Fahrzeugantriebs F zu erreichen, werden der Steuereinrichtung ST über (nicht dargestellte) Erfassungseinrichtungen Betriebssituationsparameter, wie zum Beispiel Drehzahl, Geschwindigkeit, Gaspedal-Betätigungsgrad, Motorlast ..., zugeführt, worauf basierend sie über vorgegebene Steueralgorithmen die jeweils optimale Betriebseinstellung errechnet und die Brennkraftmaschine 1, die Trennkupplung 6 und die Umwandlungssteuereinrichtung 7 entsprechend ansteuert.
  • 2 zeigt ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
  • Mit Bezug auf 2 ist zusätzlich eine in der Steuereinrichtung ST vorgegebene Schubphasenerfassungseinrichtung SF dargestellt, mittels derer das Vorliegen einer Schubphase des Fahrzeugs bestimmt werden kann. STP1 und STP2 bezeichnen (in einer nicht dargestellten Speichereinrichtung) gespeicherte oder vom Prozessor der Steuereinrichtung ST errechenbare Steuerparametersätze für die Schubphase des Fahrzeuges mit einem damit verbundenen Rekuperationsmoment PR1 bzw. PR2, beispielsweise PR1 = 1 Nm, PR2 = 0,1 Nm. Das Auftreten dieser Rekuperationsmomente wird durch Einstellen eines entsprechendes Betriebszustands der Umwandlungssteuereinrichtung 7 durch die Steuereinrichtung ST erreicht. Welchen Steuerparametersatz STP1 oder STP2 die Steuereinrichtung beim Auftreten einer Schubphase zur Einstellung des Rekuperationsmoments PR1 bzw. PR2 benutzt hängt dabei von der Stellung einer zwischengeschalteten Schalteinrichtung SW ab, die bei dieser Ausführungsform vom Fahrer ein manuell bedienbarer Schalter ist.
  • Die Schalteinrichtung SW weist die Schaltstellungen „S" für Sportmodus und „N" für Normalmodus auf. Ist die Schalteinrichtung SW in der in 2 gezeigten Schaltstellung „S", wird der Steuerparametersatz STP1 in der Schubphase gewählt und dementsprechend ist das Rekuperationsmoment PR1 = 1 Nm. Ist hingegen die Schalteinrichtung SW in der Schaltstellung „N", wird der Steuerparametersatz STP2 in der Schubphase gewählt, wobei das Rekuperationsmoment PR2 = 0,1 Nm beträgt.
  • Die Schalteinrichtung SW ermöglicht es somit dem Fahrer, verschiedene Fahrstrategien zu wählen, nämlich eine fahrleistungsoptimierte Strategie in Schaltstellung „S" und eine verbrauchsoptimierte Strategie in Schaltstellung „N", da über die Schaltstellungen das Rekuperationsmoment um einen Faktor 10 variierbar ist.
  • Bei der verbrauchsoptimierten Strategie in Schaltstellung „N" wird das Rekuperationsmoment im Schubbetrieb auf ein Minimum reduziert, sodass das Fahrzeug beim Rollen nur sehr wenig verzögert und somit die Einschalthäufigkeit des Verbrennungsmotors reduziert wird.
  • In der fahrleistungsoptimierten Strategie soll das Hybrid-Fahrzeug in Schubphasen stark verzögern, wie es von einem Sportwagen gewünscht wird. Durch die starke Verzögerung im Schubbetrieb kann viel Energie über den Elektromotor 5 rekuperiert werden, die dann in Beschleunigungsphasen zum Boosten wieder zur Verfügung steht.
  • Zweckmäßigerweise wird der Fahrer im Stadtbetrieb die Schaltstellung „N" wählen, wohingegen er im Landstraßenbetrieb bzw. Autobahnbetrieb die Schaltstellung „S" wählen wird.
  • 3 zeigt ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs.
  • Bei der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform wird die Betriebstrategie nicht manuell vom Fahrer bestimmt, sondern automatisch von einer Fahrmodus-Festlegungseinrichtung BSE vorgegeben. Die Fahrmodus-Festlegungseinrichtung BSE kann beispielsweise abhängig vom zeitlichen Verlauf des Gaspedalbetätigungsgrades bestimmen, ob der Sportmodus „S" oder der Normalmodus „N" zweckmäßig ist. Die Fahrmodus-Festlegungseinrichtung BSE legt dann ein entsprechendes Schaltsteuersignal BS an die elektrisch schaltbare Schalteinrichtung SW'.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
  • Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen für die Festlegung des Rekuperationsmoments im Schubbetrieb zwischen den Betriebsarten Normalmodus und Sportmodus unterschieden wurde, ist es selbstverständlich möglich, weitere Modi mit entsprechenden Rekuperationsmomenten zu definieren. Weiterhin könnten unterschiedlichen Modi anstelle der fest vorgegebenen Rekuperationsmomenten extern durch den Fahrer oder eine Servicewerkstatt einstellbare Rekuperationsmomente zugeordnet werden, deren Wert z.B. aus dem Fahrstil des Fahrers abgeleitet wird. Schließlich können andere und/oder weitere Fahrmodus-Parameter bzw. -Indikatoren die Auswahl der jeweiligen Modi beeinflussen, wie z.B. Geschwindigkeit usw.
  • Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine manuelle bzw. steuerbare Schalteinrichtung zur Auswahl des Steuerparametersatzes verwendet wurde, sind auch andere Realisierungen, z.B. unterschiedliche Adressierung der Speichereinrichtung zum Speichern der Steuerparametersätze vorstellbar.
  • Auch sind die angegebenen Rekuperationsmomente nur beispielhaft und können fahrzeugabhängig stark variieren.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem Elektromotor (5), welches folgende Schritte aufweist: Vorgeben einer Mehrzahl von Steuerparametersätzen (STP1; STP2) mit unterschiedlichen Rekuperationsmomenten (PR1; PR2) für eine ein Rekuperationsmoment des Elektromotors (5) in einer Schubphase einstellende Umwandlungssteuereinrichtung (7); Zuordnen eines jeweiligen Fahrmodus-Indikators („N", „S"; BS) zu der Mehrzahl von Steuerparametersätzen (STP1; STP2); Festlegen eines aktuellen Fahrmodus-Indikators („N", „S"; BS); und Verwenden eines dem festgelegten aktuellen Fahrmodus-Indikator („N", „S"; BS) entsprechenden Steuerparametersatzes (STP1; STP2) zum Steuern der Umwandlungssteuereinrichtung (7) in einer Schubphase des Hybrid-Fahrzeugantriebs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Fahrmodus-Indikator („N", „S"; BS) manuell festgelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der aktuelle Fahrmodus-Indikator („N", „S"; BS) automatisch festgelegt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein erster Fahrmodus-Indikator („S") einem ersten Steuerparametersatz (STP1) in einem Sportmodus mit einem ersten Rekuperationsmoment (PR1) und ein zweiter Fahrmodus-Indikator („N") einem zweiten Steuerparametersatz (STP2) in einem Normalmodus mit einem zweiten Rekuperationsmoment (PR2) zugeordnet wird und wobei das erste Rekuperationsmoment (PR1) grösser als das zweite Rekuperationsmoment (PR2) ist.
  5. Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem Elektromotor (5), welches aufweist: eine Mehrzahl von Steuerparametersätzen (STP1; STP2) mit unterschiedlichen Rekuperationsmomenten (PR1; PR2) für eine ein Rekuperationsmoment des Elektromotors (5) in einer Schubphase einstellende Umwandlungssteuereinrichtung (7), denen ein jeweiliger Fahrmodus-Indikators („N", „S"; BS) zugeordnet ist; und eine Festlegungseinrichtung (SW; BSE, SW') zum Festlegen eines aktuellen Fahrmodus-Indikators („N", „S"; BS), wodurch ein dem festgelegten aktuellen Fahrmodus-Indikator („N", „S"; BS) entsprechender Steuerparametersatz (STP1; STP2) zum Steuern der Umwandlungssteuereinrichtung (7) in einer Schubphase des Hybrid-Fahrzeugantriebs verwendbar ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Festlegungseinrichtung (SW; BSE, SW') eine manuell betätigbare Schalteinrichtung (SW) aufweist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Festlegungseinrichtung (SW; BSE, SW') eine steuerbare Schalteinrichtung (SW') und eine automatische Fahrmodus-Festlegungseinrichtung (BSE) zum Erzeugen eines Steuersignals (BS) für die steuerbare Schalteinrichtung (SW') basierend auf mindestens einem Fahrmodus-Parameter aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei ein erster Fahrmodus-Indikator („S") einem ersten Steuerparametersatz (STP1) in einem Sportmodus mit einem ersten Rekuperationsmoment (PR1) und ein zweiter Fahrmodus-Indikator („N") einem zweiten Steuerparametersatz (STP2) in einem Normalmodus mit einem zweiten Rekuperationsmoment (PR2) zugeordnet ist und wobei das erste Rekuperationsmoment (PR1) grösser als das zweite Rekuperationsmoment (PR2) ist.
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