DE102006045823B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Parallel-Hybrid-Fahrzeugantriebs - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung eines Parallel-Hybrid-Fahrzeugantriebs, dessen Antriebsstrang sich aus einer Brennkraftmaschine (1), einer Trennkupplung (6), einem Elektromotor (5), einem Getriebe (2) und einem Differential (4) zusammensetzt, und mit einer Getriebesteuereinrichtung (GSE) zum Steuern einer Gangstellung des gestuften automatischen Getriebes, welches folgende Schritte aufweist: Erfassen einer Ladeleistung einer Hochleistungsbatterie (8) für den Elektromotor (5); Ermitteln mindestens eines Kraftstoffverbrauchsparameters (MF1–MF4) für mehrere verschiedene Gangstellungen (G1–G4) des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung; Ermitteln einer optimierten Gangstellung (G2), bei der der ermittelte Kraftstoffverbrauchsparameter (MF2) einen optimierten Kraftstoffverbrauch anzeigt; und Steuern der Gangstellung des Getriebes auf die ermittelte optimierte Gangstellung (G2) mittels der Getriebesteuereinrichtung (GSE), um die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) und des Elektromotors (5) zu variieren.
Description
- STAND DER TECHNIK
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Parallel-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 als mechanisch-elektrischer Wandler funktioniert.
- Eine 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 mechanisch-elektrischer Wandler konfigurierten Elektromotor zukommen zu lassen.
- In einem Lastpunktanhebungsbetrieb liefert die Brennkraftmaschine einen Teil ihres Drehmoments an den Abtrieb und den restlichen Teil als Generatormoment für den Elektromotor, um durch diesen elektrische Energie für die Hochleistungsbatterie zu erzeugen und dort zu speichern. Zum Stand der Technik wird noch verwiesen auf
DE 199 06 601 A1 undDE 42 17 668 C1 . - Als nachteilhaft bei den bekannten Hybrid-Fahrzeugantrieben hat sich die Tatsache herausgestellt, dass der Lastanhebungsbetrieb in bestimmten Betriebssituationen übermäßig stark den Kraftstoffverbrauch erhöht.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung eines Parallel-Hybrid-Fahrzeugantriebs zu schaffen, welche im Ladebetrieb der Batterie kraftstoffsparender sind.
- VORTEILE DER ERFINDUNG
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Parallel-Hybrid-Fahrzeugantriebs gemäß Anspruch 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 4 weisen den Vorteil auf, dass der Ladebetrieb flexibler gestaltbar ist und dadurch Verbrauchsvorteile erzielbar sind.
- Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass die Steuerung für den aktuellen Ladestrom der Batterie für jeden Gang einen Kraftstoffverbrauchsparameter berechnet, zum Beispiel den Kraftstoffmassenstrom, für mehrere verschiedene Gangstellungen des Getriebes. Anhand dieser Gang-abhängiger Kraftstoffverbrauchsparameter wird der optimierte Gang mit einem optimierten Kraftstoffverbrauch, angezeigt durch den jeweiligen Kraftstoffverbrauchsparameter, zum Beispiel minimaler Kraftstoffmassenstrom, ausgewählt und vom Getriebe eingestellt. Somit wird die Gangstellung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt des Elektromotors variiert.
- In dem parallelen Hybrid-Antriebsstrang-Konzept kann bei Konstantfahrt mit konstantem Radmoment das innere Moment zwischen der Brennkraftmaschine und dem Elektromotor variabel sein. Um einen optimalen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine für den geforderten aktuellen Ladestrom der Hochleistungsbatterie zu erhalten, wird erfindungsgemäß neben der Last der Brennkraftmaschine und des Elektromotors ebenfalls über die Gangwahl die Drehzahl der Aggregate variiert.
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Kraftstoffverbrauchsparameter ein Kraftstoffmassenstrom.
- Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Ermitteln des mindestens einen Kraftstoffverbrauchsparameters für sämtliche Gangstellungen des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung.
- ZEICHNUNGEN
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 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; und -
2 ein Blockdiagramm einer ersten 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 Brennkraftmaschine1 , einer Trennkupplung6 , einem Elektromotor5 , einem Getriebe2 und einem Differential4 zusammensetzt. Ein Tank3 speichert Kraftstoff als Energieträger für die Brennkraftmaschine1 . Eine Hochleistungsbatterie8 speichert elektrische Energie für den Elektromotor5 . Eine Umwandlungssteuereinrichtung7 ist zwischen die Hochleistungsbatterie8 und den Elektromotor5 geschaltet, welche bidirektional arbeiten kann, nämlich in einem Elektroantriebsmodus dem Elektromotor5 elektrische Energie der Hochleistungsbatterie8 zuführen kann und in einem Rekuperationsmodus vom Elektromotor5 gelieferte Wechselstromenergie in einen Gleichstrom umwandeln und damit die Hochleistungsbatterie8 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 Hochleistungsbatterie8 zurückgewonnen wird und die Trennkupplung6 geöffnet ist;
Lastpunktanhebungsbetrieb, wobei die Brennkraftmaschine1 einen Teil ihres Drehmoments an den Abtrieb liefert und den restlichen Teil als Generatormoment für den Elektromotor5 liefert, um durch diesen elektrische Energie für die Hochleistungsbatterie8 zu erzeugen und dort zu speichern. - Eine in
1 mit Bezugszeichen ST bezeichnete Steuereinrichtung steuert fahrbetriebssituationsabhängig den Lastpunkt der Brennkraftmaschine1 , die Stellung der Trennkupplung6 sowie die Umwandlungssteuereinrichtung7 . - 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 Trennkupplung6 und die Umwandlungssteuereinrichtung7 entsprechend ansteuert. -
2 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs. - Mit Bezug auf
2 ist in Verbindung mit der Steuereinrichtung ST eine Ladestrom-Erfassungseinrichtung LSE vorgesehen, welche den aktuellen Ladestrom der Hochleistungsbatterie8 des Elektromotors5 erfasst. - Bezugszeichen GSE bezeichnet eine Getriebesteuereinrichtung, welche ein nicht dargestelltes vierstufiges automatisches Getriebe des betreffenden Kraftfahrzeuges steuert.
- Die Steuereinrichtung ST ist derart ausgelegt, dass sie intern ein Getriebeschaltsignal SSI erzeugen kann, um somit die Gangwahl durch die Getriebesteuereinrichtung GSE zu beeinflussen.
- Ausgehend von der erfassten aktuellen Ladeleistung der Hochleistungsbatterie
8 für den Elektromotor5 berechnet die Steuereinrichtung ST für jeden der vier Gänge G1, G2, G3, G4 des (nicht dargestellten) Getriebes einen zugehörigen Kraftstoffmassenstrom MF1, MF2, MF3, MF4. Aus den berechneten Kraftstoffmassenströmen MF1–MF4 wird der minimale Kraftstoffmassenstrom, im vorliegenden Fall MF2, ermittelt. Mit anderen Worten zeigt der minimale Kraftstoffmassenstrom MF2, der der Gangstellung G2 zugeordnet ist, an, dass bei dieser Gangstellung der Kraftstoffverbrauch minimal ist. Dementsprechend entscheidet die Steuereinrichtung ST, dass bei dem ermittelten aktuellen Ladestrom die Gangstellung G2 mit dem Kraftstoffmassenfluss MF2 die optimierte Gangstellung ist und erzeugt ein entsprechendes Getriebeschaltsignal SSI, welches an die Getriebesteuereinrichtung GSE gesendet wird, um dadurch die Gangwahl festzulegen. - Obwohl bei obiger Ausführungsform das Ermitteln des mindestens einen Kraftstoffverbrauchsparameters für sämtliche Gangstellungen des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung erfolgt, kann z. B. auch ein kleinerer Gangbereich herangezogen werden, wie etwa momentaner Gang +/–1.
- Obwohl bei obiger Ausführungsform der Kraftstoffmassenstrom als Kraftstoffverbrauchsparameter vorgesehen wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So können andere oder zusätzliche Parameter zur Kraftstoffverbrauchsermittlung und anschließenden Optimierung herangezogen werden, wie zum Beispiel Kraftstoffdrucksignale o. ä.
Claims (6)
- Verfahren zur Steuerung eines Parallel-Hybrid-Fahrzeugantriebs, dessen Antriebsstrang sich aus einer Brennkraftmaschine (
1 ), einer Trennkupplung (6 ), einem Elektromotor (5 ), einem Getriebe (2 ) und einem Differential (4 ) zusammensetzt, und mit einer Getriebesteuereinrichtung (GSE) zum Steuern einer Gangstellung des gestuften automatischen Getriebes, welches folgende Schritte aufweist: Erfassen einer Ladeleistung einer Hochleistungsbatterie (8 ) für den Elektromotor (5 ); Ermitteln mindestens eines Kraftstoffverbrauchsparameters (MF1–MF4) für mehrere verschiedene Gangstellungen (G1–G4) des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung; Ermitteln einer optimierten Gangstellung (G2), bei der der ermittelte Kraftstoffverbrauchsparameter (MF2) einen optimierten Kraftstoffverbrauch anzeigt; und Steuern der Gangstellung des Getriebes auf die ermittelte optimierte Gangstellung (G2) mittels der Getriebesteuereinrichtung (GSE), um die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1 ) und des Elektromotors (5 ) zu variieren. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffverbrauchsparameter (MF1–MF4) ein Kraftstoffmassenstrom ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des mindestens einen Kraftstoffverbrauchsparameters (MF1–MF4) für sämtliche Gangstellungen (G1–G4) des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung erfolgt.
- Vorrichtung zur Steuerung eines Parallel-Hybrid-Fahrzeugantriebs, dessen Antriebsstrang sich aus einer Brennkraftmaschine (
1 ), einer Trennkupplung (6 ), einem Elektromotor (5 ), einem Getriebe (2 ) und einem Differential (4 ) zusammensetzt, und mit einer Getriebesteuereinrichtung (GSE) zum Steuern einer Gangstellung des gestuften automatischen Getriebes, welche aufweist: eine Erfassungseinrichtung (LSE), die eine Ladeleistung einer Hochleistungsbatterie (8 ) für den Elektromotor (5 ) erfasst; eine Einrichtung (ST), die mindestens einen Kraftstoffverbrauchsparameter (MF1–MF4) für mehrere verschiedene Gangstellungen (G1–G4) des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung ermittelt, und die eine optimierte Gangstellung (G2), bei der der ermittelte Kraftstoffverbrauchsparameter (MF2) einen optimierten Kraftstoffverbrauch anzeigt, ermittelt; wobei die Einrichtung (ST) derart gestaltet ist, dass sie die Gangstellung des Getriebes auf die ermittelte optimierte Gangstellung (G2) mittels einer Getriebesteuereinrichtung (GSE) steuert, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine (1 ) und des Elektromotors (5 ) zu variieren. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffverbrauchsparameter (MF1–MF4) ein Kraftstoffmassenstrom ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (ST) derart gestaltet ist, dass das Ermitteln des mindestens einen Kraftstoffverbrauchsparameters (MF1–MF4) für sämtliche Gangstellungen (G1–G4) des Getriebes bei der erfassten Ladeleistung erfolgt.
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