DE102007011739A1 - Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend zwei Antriebseinheiten zur Erzeugung von Antriebsmoment, wobei die Antriebseinheiten sowohl gemeinsam als auch einzeln für sich zur Erzeugung von Antriebsmoment betreibbar sind. Ferner sind eine Einrichtung zur Vorgabe eines Fahrerwunsches sowie eine Steuereinheit zur Verarbeitung des Fahrerwunsches und zur Erzeugung eines Steuersignals zur Ansteuerung der Antriebseinheiten vorgesehen. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches derart ausgebildet, dass innerhalb des Verstellbereichs der Einrichtung eine Kraftstufe mit erhöhter Rückstellkraft vorhanden ist. Die Steuereinheit ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass, ausgehend von einem Fahrbetrieb, bei dem lediglich eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung eines positiven Antriebsmoments aktiv ist, bei Überschreitung der Kraftstufe eine Umschaltung von der einen auf die anderen Antriebseinrichtung oder eine Zuschaltung der anderen Antriebseinrichtung erfolgt. Ferner ist die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches derart ausgebildet, dass die Rückstellkraft bzw. der Gradient der Kennlinie zur Einstellung der Rückstellkraft in ihrem/seinem sich an die Kraftstufe anschließenden Kraftverlauf verändert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Kraftfahrzeuge mit zumindest zwei unterschiedlichen Antriebseinheiten zur Erzeugung von Antriebsmoment sind bereits hinlänglich bekannt. Ein Hybridfahrzeug in Form eines BMW X5, mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine zur Erzeugung von Antriebsmoment, ist bereits in dem Artikel „Tausendsassa" der Fachzeitschrift Auto Motor und Sport, Ausgabe 11/2004, Seite 62 ff. beschrieben. Ein weiteres Hybridfahrzeug mit Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine ist bereits in Form des Toyota Prius bekannt. Bei Hybridfahrzeugen ist es üblicherweise möglich, eine bestimmte Fahrstrecke bzw. eine bestimmte Fahrzeit rein elektrisch zu fahren. Zeitdauer und Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung richten sich nach der vorhandenen elektrischen Leistung (in Form der verwendeten elektrischen Maschine nebst speisendem Energiespeicher) und dem Ladezustand des die elektrische Maschine versorgenden Energiespeichers. Dabei ist bei einem voll geladenen Energiespeicher eine höhere Geschwindigkeit bzw. eine größere Beschleunigung über die elektrische Maschine möglich als im teilweise entleerten Ladezustand. Bevor der Energiespeicher vollständig entleert ist muss die Brennkraftmaschine in Betrieb genommen werden, um weiterhin ein ausreichendes Antriebsmoment zu gewährleisten. Der Fahrer wird bei diesen bekannten Systemen in der Regel über eine optische Signalanzeige in Form eines farbigen Leuchtbalkens über den Ladezustand des Energiespeichers informiert. Diese Information ist allerdings nur relativ ungenau, so dass der Fahrer nicht genau weiß, wann er mit entsprechenden Momenteinbußen der elektrischen Maschine zu rechnen hat und wann somit ein Übergang zum verbrennungsmotorischen Betrieb oder einem Mischbetrieb erfolgt.
  • Nachteilig bei derartigen Systemen ist es, dass der Fahrer auch in Situationen in denen er einen verbrennungsmotorischen Betrieb vermeiden möchte, z. B. beim Rangieren in einer Tiefgarage oder beim so genannten stopp & go Verkehr, dies aber nicht sicher vermeiden kann. Ferner sind Situationen denkbar, in denen der Fahrer aus einem gewissen Sicherheitsbedürfnis heraus rein vorsorglich die Brennkraftmaschine in Betrieb nehmen möchte, z. B. für den Fall, dass unmittelbar eine starke Beschleunigung bevorsteht, dies aber ebenfalls nicht sicher gewährleistet werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, bei dem eine erheblich verbesserte Bedienbarkeit gewährleistet ist.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind. Gemäß der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit zumindest zwei Antriebseinheiten zur Erzeugung von Antriebsmoment vorhanden. Vorzugsweise ist eine der Antriebseinheiten als Brennkraftmaschine und die andere der Antriebseinheiten als elektrische Maschine ausgebildet. Die Erzeugung und Bereitstellung des Antriebsmoments im Antriebsstrang kann durch die beiden Antriebsmaschinen gemeinsam erfolgen, indem beide Maschinen Antriebsmoment erzeugen und dieses addiert beispielsweise auf eine Antriebswelle übertragen wird – möglich ist aber auch, dass (je nach Betriebsart) das Antriebsmoment entweder durch die eine oder die andere der Antriebseinheiten (also entweder durch die Brennkraftmaschine oder durch die elektrische Maschine) erzeugt und bereitgestellt wird. Derartige Anordnungen sind beispielsweise als Parallelhybrid bekannt. In bekannter Weise wird z. B. über die Auslenkung eines Fahrpedals ein Fahrerwunsch (Fahrerwunschmoment) vorgegeben und dieser, beispielsweise in Form eines elektrischen Signals, als Eingangssignal an eine Steuereinheit weitergeleitet. Der vorgegebene Fahrerwunsch wird durch die Steuereinheit verarbeitet und in Form einer oder mehrerer Stellgröße(n) an die jeweilige Antriebseinheit weitergeleitet. Bei einer Brennkraftmaschine werden durch die Stellgrößen der Steuereinheit beispielsweise eine Drosselklappe zur Steuerung der Luftzufuhr, eine Einspritzanlage zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr und/oder eine Zündanlage zur Steuerung der Zündzeitpunkte zur Zündung des den Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches angesteuert. Im Falle einer elektrischen Antriebsmaschine wird eine elektrische Stellgröße zur Vorgabe eines Antriebsmoments an diese weitergeleitet. Gemäß der Erfindung ist die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches derart ausgebildet, dass innerhalb des Verstellbereichs der Einrichtung eine Kraftstufe mit erhöhter Rückstellkraft vorhanden bzw. erzeugbar ist. Ferner ist gemäß der Erfindung die Steuereinheit derart ausgebildet, dass, ausgehend von einem Fahrbetrieb bei dem lediglich eine der Antriebseinrichtungen zur Erzeugung eines positiven Antriebsmoments aktiv ist, bei Überschreitung der Kraftstufe eine Umschaltung von der einen auf die andere Antriebseinrichtung oder eine Zuschaltung der anderen Antriebseinrichtung erfolgt. Hierdurch ist es dem Fahrer möglich gezielt eine Umschaltung zwischen den Antriebseinheiten vorzunehmen. Erfindungsgemäß ist die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches ferner derart ausgebildet, dass die Fahrpedalkraft (bzw. die auf das Fahrpedal wirkende Rückstellkraft) bzw. der Gradient der Kennlinie zur Einstellung der Fahrpedalkraft in ihrem/seinem sich an die Kraftstufe anschließenden Kraftverlauf (im Vergleich zu dem Kraftverlauf vor Erreichen der Kraftstufe) verändert ist. Hierdurch wird erreicht, dass der Fahrer auch nach Überwinden der Kraftstufe durch den unterschiedlichen Anstieg (Gradienten) der Fahrpedalrückstellkraft eine Rückmeldung über den aktuell vorliegenden Betriebsmodus erhält.
  • Die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches ist vorzugsweise durch ein so genanntes Force Feedback Pedal realisiert. Diese Art von Fahrpedal ermöglicht es, in die Fahrpedalkennlinie (die die Fahrpedal-Rückstellkraft über dem Fahrpedalweg bzw. Fahrpedalwinkel abbildet) eine Kraftstufe einzuprägen. Dabei ist die Position der Kraftstufe über den gesamten Verstellbereich des Fahrpedals (Gesamt-Fahrpedalweg) frei einstellbar. Auch die Form (Kraftstärke, Wegbereich über den sich die Kraftstufe erstrecken soll, ...) der Kraftstufe kann beliebig gewählt bzw. eingestellt werden. Für den bevorzugten Fall, in dem das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug mit Brennkraftmaschine und elektrischer Antriebsmaschine ausgebildet ist, kann durch die Kraftstufe der Übergang vom elektrischen zum verbrennungsmotorischen Betrieb oder umgekehrt bewusst vom Fahrer eingeleitet werden.
  • Ferner kann ausgehend von einem deaktivierten Betrieb (Motorstopp) der Antriebsmaschinen, etwa bei einem Motor-Stopp-Start Betrieb, ein Start einer oder beider Antriebseinheiten eingeleitet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Kraftstufe dafür verwendet, ausgehend von einem rein elektrischen Fahrbetrieb bei Übertreten der Kraftstufe die Brennkraftmaschine zuzuschalten oder auf reinen Brennkraftmaschinenbetrieb umzuschalten.
  • Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen, ausgehend von einer Stoppphase während eines Motor-Stopp-Start Betriebs des Kraftfahrzeugs, bei Übertreten der Kraftstufe die Brennkraftmaschine zu starten.
  • Darüber hinaus ist vorgesehen die bzw. eine Kraftstufe dafür vorzusehen, einen so genannten Boostbetrieb gezielt durch den Fahrer einleiten zu können. Bei „Übertreten" der hierfür vorgesehenen Kraftstufe werden vorzugsweise automatisch beide Antriebsmaschinen in Betrieb genommen bzw. eine zwischenzeitlich deaktivierte Antriebsmaschine zugeschaltet derart, dass ein im Vergleich zur Fahrpedalstellung bei Betrieb mit nur einer Antriebseinrichtung erhöhtes Antriebsmoment erzeugt wird – insbesondere wird zumindest eine der beiden Antriebsmaschinen derart betrieben, dass diese ihr größtmögliches Antriebsmoment bereitstellt.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in einem Boostbetrieb für den Fall, dass eine vorhandene Antriebsmomentenreserve einen vorbestimmten Grenzwert erreicht bzw. unterschreitet, die Rückstellkraft bzw. der Gradient der Kennlinie zur Einstellung der Rückstellkraft in ihrem/seinem Kraftverlauf (für den Fahrer spürbar) verändert. Im Sinne der Erfindung ist unter Antriebsmomentenreserve ein vorhandenes Reservemoment äquivalent zum Ladungsinhalt bzw. Ladezustand des elektrischen Energiespeichers als auch ein potentiell vorhandenes und über einen Restpedalweg des Fahrpedals abrufbares Antriebsmoment über die Brennkraftmaschine zu verstehen. So kann für den Fall, dass im Fahrpedalweg zu diesem Zeitpunkt noch ein Rest-Fahrpedalweg vorhanden ist (keine maximale Pedalwegauslenkung vorliegt), dieser genutzt werden, um eine vorgehaltene Leistungsreserve der Brennkraftmaschine als Ersatz für die zurückgehende elektrische Leistung (der E-Maschine) abzurufen. Gleichzeitig erfolgt über die geänderte Pedal-Rückstellkraft eine Rückmeldung an den Fahrer über die aktuelle Situation der vorhandenen bzw. nicht vorhandenen Momentenreserve. So wird ein Einbrechen der Antriebsleistung kompensiert oder zumindest abgemildert. Vorzugsweise wird in diesem Fall die Rückstellkraft des Fahrpedals verringert.
  • Für den Fall, dass innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer voraussichtlich keine Momentenreserve (Brennkraftmaschine/Restfahrpedalweg bzw. Ladezustand Batterie) mehr vorhanden sein wird, wird die Rückstellkraft des Fahrpedals vorzugsweise erhöht.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches und/oder die mit der Einrichtung gekoppelte Steuereinheit derart ausgebildet, dass die Kraftstufe innerhalb des Verstellbereichs (z. B. Fahrpedalweg) der Einrichtung an unterschiedlichen Stellen beliebig positionierbar ist.
  • Bevorzugt erfolgt diese Positionierung in Abhängigkeit vom Ladezustand des die elektrische Maschine versorgenden Energiespeichers. Dabei wird die Kraftstufe bei sich entladendem Energiespeicher in Richtung kleinerer Fahrpedalwinkel verschoben und umgekehrt. Das bedeutet, dass die Kraftstufe bei sehr vollem Energiespeicher erst bei sehr großen Fahrpedalwinkeln (Fahrpedal weit durchgetreten) erreicht wird und je leerer der Energiespeicher ist desto früher (d. h. bei kleineren Fahrpedalwinkeln) die Kraftstufe erreicht wird (mit leerer werdendem Energiespeicher wird die Kraftstufe immer weiter Richtung Fahrpedal-Ruhepostion verschoben). Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist ein Fahrer unmittelbar in der Lage abzuschätzen, ob es sich lohnt, noch weiter rein elektrisch zu fahren oder nicht. Alternativ oder zusätzlich wird die Kraftstufe bei stehendem Fahrzeug, insbesondere bei einem Motor-Stopp-Start Betrieb für den Fall eines automatischen Motor-Stopps, an die Stelle gelegt, bei der beim Anfahren in der ersten Gangstufe der Verbrennungsmotor anspringen würde. Dies entspricht einem Punkt mit sehr kleinem Fahrpedalwinkel – dieser Winkel entspricht in etwa dem, der bei herkömmlichen automatischen Motor-Starts zum Start der Brennkraftmaschine festgelegt wird. Der (Gesamt-Schwenkbereich) Fahrpedalwinkel bei einem herkömmlichen Kraftfahrzeug (PKW) beträgt in etwa 16° Winkelgrad, wobei von diesem Gesamtwinkel bzw. Gesamt-Schwenkbereich nur zirka 8°–10° Winkelgrad zur tatsächlichen Betätigung genutzt werden, während der restliche Bereich bei einer Betätigung keine Wirkung mehr zur Folge hat. Ausgehend hiervon sollte der automatische Motorstart bei zirka 10–20% des Gesamtbetätigungsweges – bei einem PKW also bei spätestens 2° Winkelgrad Auslenkung erfolgen. Ausgehend von einem automatischen Motorstopp wird bei Erreichen der Kraftstufe vorzugsweise die Brennkraftmaschine gestartet um sicher ein bestimmtes Mindest-Antriebsmoment zu gewährleisten.
  • Mit Vorteil ist das System derart ausgebildet, dass der Fahrer im Stand (z. B. Motorstopp) ohne eingelegte Gangstufe, bei betätigter (getretener) Kupplung durch Überdrücken der Kraftstufe die Brennkraftmaschine starten kann. Hierdurch ist ein zeitlicher Vorsprung sichergestellt, da anderenfalls das System den Leistungsbedarf aus dem elektrischen Anfahrvorgang erst erkennen und während des Beschleunigungsvorgangs die Brennkraftmaschine starten muss. Der gewonnene Zeitvorsprung ist ein erheblicher Sicherheitsgewinn. Ein unbeabsichtigtes Starten der Brennkraftmaschine wird durch die Kraftstufe sicher unterbunden.
  • Allgemein sind neben der Kombination von Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine auch beliebige andere Kombinationen von Antriebseinheiten denkbar, bei denen der erfindungsgemäße Gedanke umsetzbar ist.
  • Die einzige Zeichnungsfigur (1) zeigt in schematischer Darstellung den Kraftverlauf der Rückstellkraft FR über dem Fahrpedalwinkel α bei einem so genannten Force Feedback Pedal. Dabei ist die Kennlinie derart ausgebildet (z. B. mittels Software programmtechnisch eingestellt), dass in einem vorbestimmten (und vorzugsweise veränderbaren) Fahrpedalwinkel αSchwelle eine Kraftstufe K eingeprägt ist. In einem Fahrpedalwinkelbereich unterhalb dieser Kraftstufe K wird das Kraftfahrzeug beispielsweise lediglich durch die als elektrische Maschine ausgebildete Antriebseinheit angetrieben, während oberhalb dieser Kraftstufe K ein Antrieb durch die als Brennkraftmaschine ausgebildete Antriebseinheit alleine oder durch beide Antriebseinheiten gemeinsam erfolgt. Durch die beidseitig der Kraftstufe eingezeichneten Pfeile soll veranschaulicht werden, dass die bzw. jede Kraftstufe K beliebig auf der Kennlinie zwischen kleinen und großen Fahrpedalwinkeln positionierbar ist – vorzugsweise wie beschrieben in Abhängigkeit vom Ladezustand des Energiespeichers der elektrischen Maschine.
  • Des Weiteren ist veranschaulicht, dass nach jeder Kraftstufe K'; K; K'' der Gradient der Kennlinie verändert wird (hier: insbesondere ansteigt) (Realisierung einer progressiv wirkenden Rückstellkraft). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Kraftstufe K' im Anfangsbereich des Fahrpedalwinkels zur Realisierung eines automatischen Motorstarts im Motor-Stopp-Start-Betrieb vorgesehen, im weiteren Verlauf der Kennlinie ist eine zweite Kraftstufe K vorgesehen, über die ein entsprechender Umschalt- oder Zuschaltvorgang der Antriebseinheiten erfolgt. Bei Übertreten der Kraftstufe K' soll ausgehend von einem stehenden Fahrzeug zwingend die Brennkraftmaschine gestartet werden.
  • Schließlich ist im weiteren Verlauf der Kennlinie eine dritte Kraftstufe K'' eingeprägt, bei deren Erreichen die Antriebseinheiten in dem zuvor beschriebenen Boostbetrieb betrieben werden.
  • Unabhängig von den dargestellten Kraftstufen K'; K; K'' kann im obersten Antriebsbereich (bzw. Pedalwegbereich) ein zusätzlicher kick-down-Bereich umgesetzt sein, wie er bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Automatikgetriebe üblich ist. Dieser kick-down-Bereich kann insbesondere unabhängig von irgendwelchen zusätzlichen Kraftstufen auch bei der Erfindung umgesetzt sein.

Claims (7)

  1. Kraftfahrzeug, umfassend – zwei Antriebseinheiten zur Erzeugung von Antriebsmoment, wobei die Antriebseinheiten sowohl gemeinsam als auch einzeln für sich zur Erzeugung von Antriebsmoment betreibbar sind, – eine Einrichtung zur Vorgabe eines Fahrerwunsches, ausgebildet als mit einer Rückstellkraft (FR) beaufschlagter Gasdrehgriff oder als mit einer Rückstellkraft (FR) beaufschlagtes Fahrpedal, – eine Steuereinheit zur Verarbeitung des Fahrerwunsches und zur Erzeugung eines Steuersignals zur Ansteuerung der Antriebseinheiten, dadurch gekennzeichnet, dass – die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches derart ausgebildet ist, dass innerhalb des Verstellbereichs der Einrichtung eine Kraftstufe (K, K', K'') mit erhöhter Rückstellkraft vorhanden ist, – und die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass, ausgehend von einem Fahrbetrieb bei dem lediglich eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung eines positiven Antriebsmoments aktiv ist, bei Überschreitung der Kraftstufe (K', K, K'') eine Umschaltung von der einen auf die andere Antriebseinrichtung oder eine Zuschaltung der anderen Antriebseinrichtung erfolgt, – und dass die Einrichtung zur Vorgabe des Fahrerwunsches derart ausgebildet, dass die Rückstellkraft (FR) bzw. der Gradient der Kennlinie zur Einstellung der Rückstellkraft (FR) in ihrem/seinem sich an die Kraftstufe (K', K, K'') anschließenden Kraftverlauf verändert ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Antriebseinrichtungen als Brennkraftmaschine und die andere als elektrische Maschine ausgebildet ist.
  3. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung derart ausgebildet ist, dass die Kraftstufe innerhalb des Verstellbereichs der Einrichtung an unterschiedlichen Verstellwegstellen positionierbar ist.
  4. Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung und/oder die Steuereinheit derart ausgebildet, dass die Position der Kraftstufe in Abhängigkeit von dem Ladezustand der die elektrische Maschine versorgenden Energiespeichereinrichtung automatisch veränderbar ist
  5. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung und/oder die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass die Kraftstufe (K') bei stehendem Fahrzeug an eine Verstellwegposition gelegt wird, bei der bei einem automatischen Motorstart mindestens eine der Antriebseinrichtungen gestartet würde, und bei Überschreitung der derart positionierten Kraftstufe (K') automatisch die Brennkraftmaschine gestartet wird.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit derart ausgebildet ist, dass bei Erreichen einer vorbestimmten Boost-Kraftstufe (K'') die Antriebseinheiten in einem Boostbetrieb mit erhöhtem Antriebsmoment betrieben werden.
  7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei aktiviertem Boostbetrieb, für den Fall, dass eine vorhandene Antriebsmomentenreserve einen vorbestimmten Grenzwert erreicht bzw. unterschreitet, die Rückstellkraft bzw. der Gradient der Kennlinie zur Einstellung der Rückstellkraft in ihrem/seinem Kraftverlauf verändert wird.
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