DE102006045824A1 - 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 unterschiedlichem Boostverhalten in einer vorgegebenen Betriebssituation, 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) bei Vorliegen der Betriebssituation 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 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 Verzögerungsphase üblicherweise 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 so genannten Boostbetrieb wird die Brennkraftmaschine mit zusätzlichem Drehmoment des Elektromotors versorgt, um das Drehmoment zu erhöhen, da sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Elektromotor parallel als Antrieb verwendet werden.
  • Als nachteilhaft bei den bekannten Hybrid-Fahrzeugantrieben hat sich die Tatsache herausgestellt, dass in bestimmten Betriebssituationen das Zusammenspiel von Brennkraftmaschine und Elektromotor unzufriedenstellend ist.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt daher darin, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs zu schaffen, wobei das Zusammenspiel von Brennkraftmaschine und Elektromotor besser kontrollierbar ist.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs eines Hybrid-Fahrzeugantriebs gemäß Anspruch 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 7 weisen den Vorteil auf, dass das Boosten flexibler gestaltbar ist und dadurch eine Fahrkomforterhöhung bzw. Fahrkomfortdifferenzierung erzielbar ist.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass ein abhängig von einem aktuellen Fahrmodus-Indikator einstellbarer Steuerparametersatz einer Mehrzahl von Steuerparametersätzen mit unterschiedlichem Boostverhalten in einer vorgegebenen Betriebssituation, wie z.B. Anfahrtphase oder Schnellfahrtphase, 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 mit Boosten in einem Sportmodus und ein zweiter Fahrmodus-Indikator einem zweiten Steuerparametersatz ohne Boosten in einem Normalmodus zugeordnet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die vorgegebene Betriebssituation eine Anfahrtphase.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die vorgegebene Betriebssituation eine Schnellfahrtphase.
  • ZEICHNUNGEN
  • 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 Anfahrtphasen-Erfassungseinrichtung SF dargestellt, mittels derer das Vorliegen einer Anfahrtphase des Fahrzeugs bestimmt werden kann, beispielsweise durch Erfassung eines bestimmten Geschwindigkeitsbereichs, wie etwa 5-20 km/h. STP1 und STP2 bezeichnen (in einer nicht dargestellten Speichereinrichtung) gespeicherte oder vom Prozessor der Steuereinrichtung ST errechenbare Steuerparametersätze für die Anfahrtphase des Fahrzeuges, wobei der Steuerparametersatz STP1 vorsieht, dass die Brennkraftmaschine mit zusätzlichem Drehmoment des Elektromotors geboostet wird und wobei der Steuerparametersatz STP2 vorsieht, dass kein Boosten auftritt.
  • Welchen Steuerparametersatz STP1 oder STP2 die Steuereinrichtung beim Auftreten einer Anfahrtphase benutzt, hängt dabei von der Stellung einer zwischengeschalteten Schalteinrichtung SW ab, die bei dieser Ausführungsform vom Fahrer ein manuell bedienbarer Sportschalter 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 Anfahrtphase gewählt und dementsprechend die Brennkraftmaschine mit zusätzlichem Drehmoment des Elektromotors geboostet, um das Anfahrtverhalten zu verbessern, also sowohl die Brennkraftmaschine als auch der Elektromotor als Antrieb verwendet werden. Ist hingegen die Schalteinrichtung SW in der Schaltstellung „N", wird der Steuerparametersatz STP2 in der Anfahrtphase gewählt, wobei entweder nur die Brennkraftmaschine oder nur der Elektromotor als Antrieb verwendet wird. Letzteres hängt von weiteren Parametern, wie z.B. Ladezustand der Hochleistungsbatterie usw. ab.
  • 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".
  • 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-Festlegungs-Einrichtung 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 zwischen den Betriebsarten Normalmodus und Sportmodus unterschieden wurde, ist es selbstverständlich möglich, weitere bzw. andere Modi mit entsprechendem Boostverhalten zu definieren.
  • 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.
  • Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die vorgegebene Betriebssituation eine Anfahrtphase ist, kann die vorgegebene Betriebssituation auch eine Schnellfahrtphase (z.B. größer als 160 km/h) sein, wobei bei nicht vorliegendem Sportmodus, d.h. im Normalmodus, ein Boosten unterdrückt wird, um einen deutlich spürbaren Unterschied in der Performance beim Sportmodus zu erzielen.

Claims (12)

  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 unterschiedlichem Boostverhalten in einer vorgegebenen Betriebssituation; 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) bei Vorliegen vorgegebenen Betriebssituation.
  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) mit Boosten in einem Sportmodus und ein zweiter Fahrmodus-Indikator („N") einem zweiten Steuerparametersatz (STP2) ohne Boosten in einem Normalmodus zugeordnet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Betriebssituation eine Anfahrtphase ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Betriebssituation eine Schnellfahrtphase ist.
  7. Vorrichtung zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs mit einer Brennkraftmaschine (1) und einem Elektromotor (5), welches aufweist: eine Mehrzahl von Steuerparametersätzen (STP1; STP2) mit unterschiedlichen Boostverhalten in einer vorgegebenen Betriebssituation, 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) bei Vorliegen der Betriebssituation verwendbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Festlegungseinrichtung (SW; BSE, SW') eine manuell betätigbare Schalteinrichtung (SW) aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, 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.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei ein erster Fahrmodus-Indikator („S") einem ersten Steuerparametersatz (STP1) in einem Sportmodus mit Boosten und ein zweiter Fahrmodus-Indikator („N") einem zweiten Steuerparametersatz (STP2) in einem Normalmodus ohne Boosten zugeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorgegebene Betriebssituation eine Anfahrtphase ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die vorgegebene Betriebssituation eine Schnellfahrtphase ist.
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