DE102007016514A1

DE102007016514A1 - Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102007016514A1
Application number: DE102007016514A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Back; Harald Dr.-Ing. Braun; Norbert Dipl.-Ing. Ebner; Ralf Dipl.-Ing. Körber; Martin-Claudio Dipl.-Ing. Schuler; Oliver Dipl.-Ing. Vollrath
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2007-04-05
Publication date: 2008-10-09
Also published as: WO2008122393A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle (4) umfassenden Verbrennungsmotor (2) und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor (2), insbesondere der Kurbelwelle (4) gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor (3), wobei, wenn sich das Fahrzeug im Schubbetrieb mit aktivierter Schubabschaltung (SAS) befindet, bei Deaktfnahen Drehzahlbereich anhand einer aus einem Kennlinienfeld (F(K1 bis Kn; L1 bis Ln)) in Abhängigkeit von einem Drehzahlgradienten (dn/dt) und/oder einer Drehzahldifferenz (Deltan) ermittelten Kennlinie (K1 bis Kn oder L1 bis Ln) ein Solldrehmoment (M<SUB>SollE</SUB>) für den Elektromotor (3) ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle umfassenden Verbrennungsmotor und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor koppelbaren Elektromotor.
Ein derartiges Antriebssystem wird üblicherweise als Hybridantrieb bezeichnet. Bei der Entwicklung und Optimierung neuer Antriebssysteme von Kraftfahrzeugen werden insbesondere Emissionsverhalten, Verbrauch, Leistung und Fahrkomfort berücksichtigt. Dabei werden heutige Verbrennungsmotoren im Allgemeinen mit Motormanagementfunktionen ausgestattet, die verschiedene Betriebszustände einstellen können.
So ist beispielsweise zur Senkung des Verbrauchs und von Schadstoffemissionen als Betriebszustand ein Schubbetrieb einstellbar, wenn der Fahrer während der Fahrt den Fuß vom Fahrpedal nimmt. Dabei wird im Schubbetrieb der Verbrennungsmotor durch die Trägheit des Kraftfahrzeuges angeschoben, wobei die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors nicht mehr benötigt wird. Durch Aktivierung einer so genannten Schubabschaltung im Schubbetrieb werden insbesondere oberhalb einer unteren Drehzahlgrenze, die deutlich oberhalb der Leerlauf drehzahl liegt, üblicherweise die Einspritzung und die Zündung des Verbrennungsmotors abgeschaltet, wobei das Kraftfahrzeug durch die vom Verbrennungsmotor zu verrichtende Kompressionsarbeit abgebremst wird. Eine Deaktivierung der Schubabschaltung erfolgt entweder zumindest mittelbar durch den Fahrer, z. B. indem dieser wieder Gas gibt, oder automatisch, z. B. wenn die Drehzahl des Verbrennungsmotors eine bestimmte Grenze, die oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegt, unterschreitet. Daraufhin wird erneut Kraftstoff zugeführt und die Zündung zugeschaltet, so dass der Verbrennungsmotor wieder ein Antriebsmoment erzeugt.
Dabei erfolgt die Deaktivierung der Schubabschaltung und somit die Zuschaltung der Einspritzung üblicherweise in einem Drehzahlbereich deutlich über der Leerlaufdrehzahl in einem Drehzahlbereich von ca. 1500 U/min, da bei Aufrechterhaltung der Schubabschaltung unterhalb von diesem Drehzahlbereich die Gefahr bestehen würde, dass die Leerlaufdrehzahl erreicht oder unterschritten wird und nicht schnell genug ein Drehmoment aufgebaut werden kann, so dass der Verbrennungsmotor ausgeht (= so genanntes "Abwürgen").
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges anzugeben, bei welchem insbesondere im Schubbetrieb zur Kraftstoffeinsparung und Komfortverbesserung ein verlängerter Schubabschaltungsbetrieb ermöglicht ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle umfassenden Verbrennungsmotor und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor, insbesondere dessen Kurbelwelle gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor wird, wenn sich das Kraftfahrzeug im Schubbetrieb mit aktivierter Schubabschaltung befindet, bei Deaktivierung der Schubabschaltung im leerlaufnahen Drehzahlbereich anhand einer aus einem Kennlinienfeld in Abhängigkeit von einem Drehzahlgradienten und/oder einer Drehzahldifferenz ermittelten Kennlinie ein Solldrehmoment für den Elektromotor ermittelt, das insbesondere am Elektromotor zum Aufbringen eines zusätzlichen Drehmoments auf die Kurbelwelle eingestellt wird.
Durch das Einstellen und Aufbringen eines aus dem Solldrehmoment resultierenden Drehmoments am Elektromotor, das kennliniengeführt anhand einer der das Drehzahlverhalten des Kraftfahrzeuges repräsentierenden Kennlinien gebildet wird und positive Werte aufweist und somit als antreibendes Moment auf die Kurbelwelle aufgebracht wird, kann die Deaktivierung der Schubabschaltung bis in den Bereich der Leerlaufdrehzahl hinaus verzögert werden, ohne dass der Verbrennungsmotor ausgeht (= "abwürgt"), da durch das zusätzlich aufgebrachte Drehmoment des Elektromotors an der Kurbelwelle die Istdrehzahl des Verbrennungsmotors in dem leerlaufnahen Drehzahlbereich gehalten wird. Diese hinausgezögerte Deaktivierung der Schubabschaltung bei gleichzeitiger Zuschaltung des Elektromotors und Aufschaltung eines Drehmoments des Elektromotors auf die Kurbelwelle ermöglicht somit eine Abwürgeschutzfunktion für den Verbrennungsmotor. Dabei wird vorzugsweise durch die fortlaufende Ermittlung von Drehzahlkennwerten des Verbrennungsmotors, wie dem Drehzahlgradienten und der Drehzahldifferenz, das Solldrehmoment an aus diesen Drehzahlkennwerten resultierenden Drehzahlschwankungen bzw. kritischen Drehzahlwerten des Verbrennungsmotors dynamisch angepasst, so dass diese auftretenden Drehzahlschwankungen der Istdrehzahl des Verbrennungsmotors durch Aufschaltung des dynamisch eingestellten Drehmoments des Elektromotors kompensiert werden und sich ein weitgehend gleichmäßiger und ruhiger Drehzahlverlauf ergibt. Darüber hinaus sind durch ein derartig einstellbares gleichmäßiges Fahrverhalten im Schubbetrieb und insbesondere im Schubbetrieb mit Schubabschaltung der Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen reduziert.
Das Verfahren ist bevorzugt in einem oder in mehreren Steuergeräten, insbesondere in einem bereits vorhandenen Steuergerät, z. B. einem Motorsteuergerät, oder in einem Regler, insbesondere einem bereits vorhandenen Regler, z. B. einem Leerlaufregler, implementiert.
Zweckmäßigerweise umfasst das Kennlinienfeld eine Anzahl von ersten Kennlinien, die als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien ausgebildet und jeweils einem Drehzahlgradient zugeordnet sind, wobei jede der ersten Kennlinien ein Solldrehmoment für den Elektromotor in Abhängigkeit einer variablen Drehzahldifferenz beschreibt. Zusätzlich oder alternativ kann das Kennlinienfeld eine Anzahl von zweiten Kennlinien umfassen, die als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien ausgebildet und jeweils einer Drehzahldifferenz zugeordnet sind, wobei jede der Kennlinien ein Solldrehmoment für den Elektromotor in Abhängigkeit von einem variablen Drehmomentgradienten beschreibt.
Vorzugsweise wird als Drehzahldifferenz die Differenz von Leerlaufsolldrehzahl und momentaner Istdrehzahl des Verbrennungsmotors ermittelt. Als Drehmomentgradient wird bevorzugt die erste Ableitung der Drehzahländerungen der Istdrehzahl des Verbrennungsmotors je vorgegebener Zeiteinheit ermittelt. Auf diese Weise lässt sich beispielsweise eine starke Reduzierung der Istdrehzahl dann erfassen, wenn im Schubbetrieb die Schubabschaltung aktiviert ist und die Istdrehzahl zusätzlich durch die Abbremsung des Kraftfahrzeuges aufgrund der vom Verbrennungsmotor zu verrichtenden Kompressionsarbeit stark sinkt und es somit im leerlaufnahen Drehzahlbereich schnell zu einem Unterschreiten der Leerlaufdrehzahl und zu einem Ausschalten des Verbrennungsmotors führen könnte. Die daraus resultierenden ermittelten Drehzahlgradienten bzw. Drehzahldifferenzen dienen der Ermittlung erste Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie bzw. der zweiten Drehmoment-Kennlinie, wodurch anhand der ersten oder zweiten Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie ein entsprechend hohes Drehmoment für den Elektromotor angefordert wird.
Ferner können die einzelnen jeweils als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie ausgebildeten ersten und zweiten Kennlinien in Abhängigkeit vom gewählten Automatikprogramm, von einer Steigung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Längs-, einer Querbeschleunigung und/oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors, des Elektromotors und/oder einer Batterie bestimmt werden. Durch die Berücksichtigung von derartigen, das Fahrverhalten und das Gesamtdrehmoment des Kraftfahrzeugs beeinflussenden Faktoren, wie Automatikprogramm, Steigung, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder verschiedenen Temperaturen ist eine differenzierte Anpassung des zusätzlich eingreifenden Drehmoments des Elektromotors möglich, wodurch ein gleichmäßiges Fahrverhalten des Kraftfahrzeuges und damit ein ruhiges Fahrverhalten im Schubbetrieb und insbesondere im leerlaufnahen Drehzahlbereich möglich ist. Durch Berücksichtigung beispielsweise der verschiedenen Temperaturen, wie Temperatur des Verbrennungsmotors, des Elektromotors und/oder der Batterie, in der jeweiligen Kennlinie wird sichergestellt, dass beispielsweise der Elektromotor bei einer zu niedrigen Temperatur des Verbrennungsmotors, wenn dieser noch kalt ist, keine starke Belastung durch eine Momentenaufbringung durch den Elektromotor auf den Verbrennungsmotor ausführt. Sind alternativ oder zusätzlich die Temperatur des Elektromotors und/oder der Batterie zu hoch, so unterbleibt eine Einstellung des zusätzlichen Drehmoments am Elektromotor, um Nachfolgeschäden, z. B. durch eine zu hohe Belastung des Elektromotors bzw. der Batterie, zu vermeiden. Darüber hinaus können verschiedene Kennlinien zusätzlich vom gewählten Gang abhängig sein. Zur Berücksichtigung von aus unterschiedlichen Steigungen der Fahrbahn resultierenden verschiedenen negativen Schleppmomenten werden die Kennlinien in Abhängigkeit von der Steigung, die beispielsweise mittels eines Beschleunigungs- und/oder Neigungssensors bestimmt wird, ermittelt. D. h. bei verschiedenen Kennlinien sind neben der Drehzahlabhängigkeit verschiedene weitere Parameter berücksichtigt worden.
Vorteilhafterweise wird die momentane Istdrehzahl des Verbrennungsmotors mittels eines Drehzahlsensors fortlaufend erfasst. Darüber hinaus wird beispielsweise von einem Steuergerät, in welchem ein Leerlaufregler implementiert ist, die Leerlaufsolldrehzahl fortlaufend ermittelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Deaktivierung der Schubabschaltung gegenüber herkömmlichen Schubbetriebverfahren erst dann ausgeführt, wenn die Istdrehzahl des Verbrennungsmotors zumindest gleich der Leerlaufsolldrehzahl ist oder diese unterschreitet. Durch eine derartige Verzögerung der Deaktivierung der Schubabschaltung bis in den Leerlaufdrehzahlbereich des Verbrennungsmotors hinein wird der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeuges deutlich gesenkt. Durch Zuschalten des anhand einer der ersten oder zweiten Kennlinien ermittelten Solldrehmomentes für den Elektromotor wird ein hinreichend guter Abwürgeschutz erzielt. Dabei wird der Elektromotor im leerlaufnahen Drehzahlbereich solange mit dem ermittelten dynamischen Solldrehmoment beaufschlagt, bis eine obere Drehzahlgrenze für den Verbrennungsmotor erreicht oder überschritten wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Deaktivierung der Schubabschaltung ausgeführt werden, wenn der ermittelte Drehzahlgradient einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Dies stellt insbesondere bei Erreichen des leerlaufnahen Drehzahlbereiches und großem Drehzahlgradienten sicher, dass durch Wiedereinschalten der Einspritzung und der Zündung unterstützt durch die Zuschaltung eines angeforderten Drehmoments für den Elektromotor schnell ein hinreichend hohes Drehmoment aufgebaut wird und der Verbrennungsmotor sicher nicht ausgeht.
Dabei kann zur Deaktivierung der Schubabschaltung beispielsweise ein Anforderungssignal gesetzt werden. Vorzugsweise wird das Anforderungssignal in Abhängigkeit von den ermittelten Drehzahlkennwerten, wie Höhe der Drehzahldifferenz und des Drehzahlgradienten ermittelt. Zusätzlich kann das Anforderungssignal für eine Aktivierung oder die Deaktivierung der Schubabschaltung in Abhängigkeit vom Ladezustand einer Batterie, von einer Steigung (= Bergauffahrt), von einem im Schubbetrieb angeforderten oder momentanen Schubdrehmoment und/oder von der Drehzahl des Verbrennungsmotors gebildet werden. Dabei hängt die Ermittlung des Anforderungssignals für die Schubabschaltung maßgeblich von den ermittelten momentanen Drehzahlkennwerten ab.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das ermittelte Solldrehmoment für den Elektromotor in Abhängigkeit von einem momentan möglichen Maximaldrehmoment des Elektromotors erhöht. Dies stellt sicher, dass insbesondere in einem Drehzahlbereich unterhalb der Leerlaufdrehzahl der Elektromotor mit dem maximal möglichen und zur Verfügung stehenden dynamischen Drehmoment eingestellt wird, das über dem durch die Kennlinie ermittelten Solldrehmoment liegen kann und diesen dann erhöht. Dabei wird der Elektromotor bis zum Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen oberen Drehzahlgrenze mit dem möglichen Maximaldrehmoment eingestellt, das dann auf die Kurbelwelle aufgebracht wird. Dabei ist die Einstellung des Elektromotors mit dem möglichen Maximaldrehmoment nur einmal pro Zündungslauf aktiv, es sei denn die vorgegebene obere Drehzahlschwelle ist erreicht oder überschritten. Damit wird vermieden, dass die Einstellung des Maximaldrehmomentes bei aktiver Abwürgeschutzfunktion z. B. bei einem leeren Tank mehr als einmal aktiv ist.
Vorzugsweise kann das momentan mögliche Maximaldrehmoment des Elektromotors in Abhängigkeit vom Ladezustand einer Batterie, von der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors, von der Temperatur des Verbrennungsmotors, der Temperatur des Elektromotors und/oder der Temperatur der Batterie ermittelt werden. Somit wird der Elektromotor nur mit einem derzeit zulässigen Maximaldrehmoment eingestellt, so dass eine Überlastung des Elektromotors vermieden ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das ermittelte Solldrehmoment für den Elektromotor auf ein vorgegebenes Minimaldrehmoment des Elektromotors begrenzt. Wird nach dem oben beschriebenen Verfahren ein Solldrehmoment für den Elektromotor zur Erzielung eines Abwürgeschutzes ermittelt, das zweckmäßigerweise oberhalb eines effektiven Minimaldrehmoment des Elektromotors liegt, wird dieser vorzugsweise zugeschaltet, wobei das ermittelte Solldrehmoment für den Elektromotor an diesem eingestellt wird. Das ermittelte Solldrehmoment wird auch bei bereits eingeschaltetem Elektromotor eingestellt. Im Detail wird bei eingeschaltetem Elektromotor die Abwürgeschutzfunktion hoch priorisiert, so dass das ermittelte Solldrehmoment hinreichend schnell eingestellt wird.
Der Elektromotor ist insbesondere eine rotierende elektrische Maschine, welche sowohl als elektrischer Motor als auch als elektrische Bremse, Starter-Generator und/oder Generator betrieben werden kann. Darüber hinaus kann eine in herkömmlicher Weise aus einem eingestellten und aufgebrachten Bremsmoment gewonnene Bremsenergie durch den auch als Generator betreibbaren Elektromotor beispielsweise in einer Batterie gespeichert werden.
Der Elektromotor kann indirekt über ein automatisiertes Handgetriebe oder ein Automatikgetriebe mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt oder koppelbar sein. Alternativ kann der Elektromotor auch direkt gekoppelt oder koppelbar sein, z. B. wenn der Läufer des Elektromotors – ähnlich einem Schwungrad – direkt auf der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors oder auf einer koppelbaren Verlängerung dieser Kurbelwelle angeordnet ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigt:
1 schematisch ein Steuergerät zur Steuerung eines Antriebssystems mit einem Verbrennungsmotor und einem an diesen koppelbaren oder gekoppelten Elektromotor, und
2 ein schematisches Diagramm mit verschiedenen Drehzahlverläufen als Funktion der Zeit,
3 ein schematisches Diagramm mit einem Signalverlauf für eine Schubabschaltung als Funktion der Zeit in Bezug zum Zeitdiagramm gemäß 2 gemäß dem Stand der Technik,
4 ein schematisches Diagramm mit einem Signalverlauf für eine Schubabschaltung als Funktion der Zeit mit einer verzögerten Deaktivierung der Schubabschaltung in Bezug zum Zeitdiagramm gemäß 2, und
5 ein schematisches Diagramm eines Kennlinienfeldes mit verschiedenen Beispielen für erste und zweite Kennlinien, insbesondere Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien zur Ermittlung eines Solldrehmoments für einen Elektromotor.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch ein als Hybridantrieb ausgebildetes Antriebssystem 1 für ein Kraftfahrzeug gezeigt, das einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3 umfasst. Der Elektromotor 3 ist mit einer Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 verbunden oder verbindbar und kann diese antreiben, d. h. positive oder negative Drehmomente auf sie ausüben. Zur Gewinnung von Rekuperationsenergie ist der Elektromotor 3 mit einer Batterie 5 verbunden. Je nach Art und Aufbau des Hyb ridantriebs, z. B. serieller Hybrid, Parallelhybrid oder Mischhybrid, ist der Elektromotor 3 direkt oder indirekt über ein Getriebe 6, z. B. ein automatisiertes Handgetriebe oder ein Automatikgetriebe, mit der Kurbelwelle 4 koppelbar. Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist der Elektromotor 3 direkt mit der Kurbelwelle 4 koppelbar.
Zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebssystems 1 ist ein elektronisches Steuergerät 7 vorgesehen. Das Steuergerät 7 kann ein bereits vorhandenes Steuergerät, z. B. Bremssteuergerät, Motorsteuergerät, Leerlaufregler, sein, in welches das nachfolgend beschriebene Verfahren implementiert ist. Darüber hinaus können weitere Steuerungs- und/oder Regelungsverfahren, z. B. zur Fahrstabilität, Leerlaufregelung, Motorsteuerung und/oder Bremssteuerung, im Steuergerät 7 implementiert sein. Mittels des Steuergeräts 7 sind sowohl der Verbrennungsmotor 2 als auch der Elektromotor 3, bevorzugt nur der Elektromotor 3 steuer- und/oder regelbar.
Im Betrieb des Kraftfahrzeuges kann durch Wegnahme einer Beschleunigungsanforderung, indem beispielsweise der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal 8 nimmt und dieses nicht mehr betätigt, oder indem eine automatische Fahrantriebssteuerung, beispielsweise ein so genannter Tempomat, keine Beschleunigung, sondern eine Geschwindigkeitsreduzierung anfordert, oder indem ein Distanzhalter zur automatischen Einhaltung einer Distanz eine Geschwindigkeitsreduzierung anfordert, für das Kraftfahrzeug als Betriebszustand ein Schubbetrieb eingestellt werden, in welchem das Kraftfahrzeug durch dessen Trägheit angeschoben wird und die Antriebsleistung des Verbrennungsmotors 2 nicht mehr benötigt wird.
Zur Steuerung des Antriebssystems 1 in einem solchen Schubbetrieb dienen dem Steuergerät 7 zumindest folgende Parameter, Werte und/oder Kenngrößen: eine aus einem Aufspannungswert A eines Pedalwertgebers 9 des Fahrpedals 8 abgeleitete Drehmomentanforderung M, mindestens eine Drehzahl n eines Drehzahlgebers 10 (z. B. Istdrehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 und Istdrehzahl n_IstE des Elektromotors), Temperaturwerte T_V, T_E und T_B von Temperatursensoren 11 bis 13 des Verbrennungsmotors 2, des Elektromotors 3 bzw. der Batterie 5. Darüber hinaus können dem Steuergerät 7 weitere Parameter zugeführt oder von diesem anhand anderer Parameter ermittelt werden: eine Leerlaufsolldrehzahl n_SollLeer, momentane minimale Istdrehmomente M_minV und M_minE des Verbrennungsmotors 2 bzw. des Elektromotors 3 des im Schubbetrieb fahrenden Kraftfahrzeuges (die im Weiteren Schubdrehmomente M_minV, M_minE genannt werden), Drehzahlgrenzwerte n_Grenz, ein Anforderungssignal S_SAS zur Aktivierung oder Deaktivierung einer Schubabschaltung SAS und/oder ein effektives Minimaldrehmoment M_effminE des Elektromotors 3 (= minimaler Grenzwert).
Zusätzlich können zur Berücksichtigung von Betriebs- und Fahrkenngrößen bei der Aktivierung oder Deaktivierung der Schubabschaltung SAS weitere Kennwerte dienen: ein Ladezustandswert L eines Ladezustands SOC der Batterie 5, ein Neigungswert N eines Neigungssensors 14, ein Programmwert P eines mittels eines Schalters 15 gewählten Automatikprogramms des Getriebes 6, die Fahrzeuggeschwindigkeit v, eine Längs- bzw. Querbeschleunigung a_{L, Q} des Kraftfahrzeuges.
Mittels des Steuergeräts 7 werden anhand der ermittelten oder erfassten Kennwerte, Parameter und/oder physikalischen Größen direkt oder indirekt ein den Verbrennungsmotor 3 repräsentierender Drehzahlgradient dn/dt für eine vorgegebene Zeitein heit sowie eine Drehzahldifferenz Δn ermittelt. Sowohl der Drehzahlgradient dn/dt sowie die Drehzahldifferenz Δn werden fortlaufend ermittelt und dienen der Ermittlung einer Kennlinie K1 bzw. L1 eines Kennlinienfeldes F (K1 bis Kn; L1 bis Ln) zur Bestimmung eines Solldrehmoments M_SollE für den Elektromotor 3. Die jeweils den Elektromotor 3 führende Drehmoment-Kennlinie K1 bzw. L1 wird wie nachfolgend näher beschrieben, mittels des Steuergeräts 7 anhand der erfassten und/oder ermittelten Drehzahlkenngrößen – dem Drehzahlgradienten dn/dt und der Drehzahldifferenz Δn – und gegebenenfalls weiterer Kenngrößen und/oder Parameter bestimmt.
Im Detail wird im Schubbetrieb in Abhängigkeit vom Wert der dem Steuergerät 7 zugeführten und/oder von diesem ermittelten Kenngrößen, insbesondere in Abhängigkeit vom Erreichen oder Unterschreiten einer vorgegebenen Leerlaufdrehzahl n_L oder der Leerlaufsolldrehzahl n_SollLeer das nachfolgend anhand der 2 bis 6 beschriebene Verfahren zur Einstellung eines Solldrehmomentes M_SollE für den Elektromotor 3 ausgeführt.
2 zeigt drei Drehzahl-Verläufe V1 bis V3 der Istdrehzahl n_IstV und/oder der Istdrehzahl n_IstE des Verbrennungsmotors V2 bzw. des Elektromotors 3 im Schubbetrieb in Abhängigkeit von der Zeit t.
Dabei stellt der Drehzahl-Verlauf V1 den Verlauf der Istdrehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 im Schubbetrieb mit einer bis zum Zeitpunkt t1 aktivierten Schubabschaltung SAS (siehe 3) dar, wie dies im Stand der Technik heute üblich ist. Im Zeitpunkt t1 wird die Schubabschaltung SAS(V1) deaktiviert, d. h. die Einspritzung und die Zündung werden wieder eingeschaltet, so dass der Verbrennungsmotor 2 ein Drehmoment M_IstV erzeugt und die Drehzahl n_IstV im weiteren Zeitver lauf zunächst weiter abfällt und nach dem Zeitpunkt t2 instationär ansteigt und wieder abfällt. Dabei erfolgt die Deaktivierung der Schubabschaltung SAS in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehzahlgrenzwert n_Grenz in einem deutlich oberhalb der Leerlaufdrehzahl n_L liegenden Drehzahlbereich, z. B. bei einem Drehzahlwert von 1500 U/min^–1.
Der Drehzahl-Verlauf V2 zeigt den Verlauf der Istdrehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 für den Fall, dass die Schubabschaltung SAS(V2) verzögert deaktiviert wird, z. B. erst im Zeitpunkt t2, d. h. in einem Drehzahlbereich, in welchem die Istdrehzahl n_IstV die Leerlaufsolldrehzahl n_SollLeer erreicht oder unterschritten hat. Die erst dann ausgeführte späte Einschaltung der Zündung und der Einspritzung reicht nicht aus für einen schnellen Drehmomentenaufbau, so dass der Verbrennungsmotor 2 ausgeht (= "abwürgt").
Zum Vermeiden des Abwürgens des Verbrennungsmotors 2 bei einer derart späten Deaktivierung der Schubabschaltung SAS, d. h. bei einer Deaktivierung der Schubabschaltung SAS im leerlaufnahen Drehzahlbereich, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Abwürgeschutzfunktion im Steuergerät 7 implementiert, welche durch den Drehzahl-Verlauf V3 näher beschrieben wird. Dabei wird, wie beim Drehzahl-Verlauf V2 und dem Zeitdiagramm nach 4, mittels des Steuergeräts 7 die Schubabschaltung SAS(V3) erst dann deaktiviert, wenn die momentane Istdrehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 die Leerlaufsolldrehzahl n_SollLeer erreicht und/oder unterschritten hat. Ist dies der Fall, wird mittels des Steuergeräts 7 anhand einer aus einem Kennlinienfeld F(K1 bis Kn; L1 bis Ln) ermittelten ersten Kennlinie K1 oder zweiten Kennlinie L1 ein Solldrehmoment M_SollE für den Elektromotor 3 ermittelt, welches mittels des Steuergeräts 7 am Elektromotor 3 eingestellt wird. D. h. zum Zeitpunkt t2 werden sowohl die Zündung und die Einspritzung des Verbrennungsmotors 2 eingeschaltet als auch das ermittelte Solldrehmoment M_SollE am Elektromotor 3 eingestellt, wobei bei ausgeschaltetem Elektromotor 3 dieser gegebenenfalls mittels des Steuergeräts 7 noch eingeschaltet wird.
Dabei werden mittels des eingestellten Solldrehmoments M_SollE positive Drehmomentwerte als antreibendes Moment auf die Kurbelwelle 4 gebracht. Durch ein derartiges kennliniengeführtes, zusätzlich auf die Kurbelwelle 4 aufgebrachtes Istdrehmoment M_IstE des Elektromotors 3 wird ein Abfallen des Istdrehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 weit unterhalb der Leerlaufdrehzahl n_L in einen Ausschaltbereich für den Verbrennungsmotor 2 hinein sicher vermieden.
6 zeigt das Kennlinienfeld F(K1 bis Kn, L1 bis Ln) zur Ermittlung der ersten und zweiten Kennlinien K1 bis Kn bzw. L1 bis Ln. Dabei stellen die ersten Kennlinien K1 bis Kn Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien dar, die jeweils einem Drehzahlgradienten dn/dt zugeordnet sind. Jede der ersten Kennlinien K1 bis Kn beschreibt ein Solldrehmoment M_SollE für den Elektromotor 3 in Abhängigkeit von der ermittelten variablen Drehzahldifferenz Δn. Die zweiten Kennlinien L1 bis Ln zeigen Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien, welche jeweils einer Drehzahldifferenz Δn zugeordnet sind. Jede der zweiten Kennlinien L1 bis Ln beschreibt ein Solldrehmoment M_SollE für den Elektromotor 3 in Abhängigkeit vom ermittelten Drehzahlgradienten dn/dt.
Ist nun im Schubbetrieb anhand der ermittelten Drehzahlkenngrößen, wie dem Drehzahlgradienten dn/dt und der Drehzahldifferenz Δn, die Schubabschaltung SAS(V3) erst in einem leer laufnahen Drehzahlbereich deaktiviert worden, so wird anhand der im Steuergerät 7 implementierten und oben beschriebenen Abwürgeschutzfunktion eine aktuelle erste oder zweite Kennlinie K1 bzw. L1 bestimmt, anhand der ein entsprechendes Solldrehmoment M_SollE mittels des Steuergeräts 7 am Elektromotor 3 eingestellt wird. Dabei greift der durch das Solldrehmment M_SollE kennliniengeführte Elektromotor 3 mit zugehörigen positiven Drehmomentwerten auf die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 2 ein, so dass die Istdrehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 sicher in einem Drehzahlbereich oberhalb eines Ausschaltbereichs gehalten wird, wobei durch das kennliniengeführte dynamische Einstellen des Solldrehmoments M_SollE gleichzeitig ein gleichmäßiges und ruhiges Drehzahlverhalten des Verbrennungsmotors 2 eingestellt wird.
Um einen möglichst schnellen Drehmomentaufbau zu ermöglichen, kann das kennliniengeführte Solldrehmoment M_SollE für den Elektromotor 3 zusätzlich in Abhängigkeit von einem momentan möglichen Maximaldrehmoment M_maxE des Elektromotors 3 auf einen entsprechenden Wert erhöht werden. Dies stellt sicher, dass im Drehzahlbereich unterhalb der Leerlaufdrehzahl n_L der Elektromotor 3 mit seinem maximal möglichen und zur Verfügung stehenden dynamischen Drehmoment M_maxE eingestellt wird, das beispielsweise über dem durch die Kennlinie K1 oder L1 ermittelten Solldrehmoment M_SollE liegen kann. Dabei wird der Elektromotor 3 bis zum Erreichen oder Überschreiten einer vorgegebenen oberen Drehzahlgrenze n_Grenz mit dem möglichen Maximaldrehmoment M_maxE eingestellt. Darüber hinaus kann das momentan mögliche Maximaldrehmoment M_maxE des Elektromotors 3 in Abhängigkeit vom Ladezustand SOC der Batterie 5, von der Istdehzahl n_IstV des Verbrennungsmotors 2 und/oder von den Temperaturen T_V, T_E, T_B ermittelt und vorgegeben werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Elektromotor 3 nur mit ei nem derzeit zulässigen Maximaldrehmoment M_maxE eingestellt wird.
Ferner können weitere, das Drehzahlverhalten des Kraftfahrzeuges beeinflussende Kenngrößen berücksichtigt werden. Dazu sind die betreffenden ersten und zweiten Kennlinien K1 bis Kn bzw. L1 bis Ln beispielsweise in Abhängigkeit vom gewählten Automatikprogramm P, von der ermittelten Steigung N und/oder der Temperaturen T_V, T_E, T_B, für eine drehzahlabhängige Kennlinienführung des Solldrehmomentes M_SollE des Elektromotors 3 bestimmt. Die Berücksichtigung dieser Abhängigkeiten durch eine ermittelte Kennlinie K1 bzw. L1 bei der Bestimmung des einzustellenden Solldrehmomentes M_SollE dient insbesondere einem verbesserten Fahrkomfort und/oder der Fahrzeugsicherheit und/oder der Fahrzeugstabilität.
So wird beispielsweise zur Fahrzeugsicherheit bei einer zu hohen Motortemperatur T_E des Elektromotors 3 das Solldrehmoment M_SollE nicht aufgeschaltet, um eine zu hohe Belastung des Elektromotors 3 zu vermeiden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Anforderungssignal S_SAS zur Aktivierung der Schubabschaltung SAS in Abhängigkeit vom Ladezustand SOC der Batterie 5, von der Steigung N, von der Motordrehzahl n des Verbrennungsmotors 2 und/oder vom Wert eines angeforderten Schubabschaltungsmoment M_SAS automatisch gebildet werden. Das angeforderte Schubabschaltungsmoment M_SAS ist dabei ein vom minimalen Schub- oder Istdrehmoment M_IstV des Verbrennungsmotors 2 im Schubbetrieb und vom Bremsvermögen des Verbrennungsmotors 2 und der Trägheit des Kraftfahrzeuges abhängiges Drehmoment M, das beispielsweise mittels des Steuergeräts 7 anhand der Kenngrößen und Parameter ermittelt wird.

1: Antriebssystem
2: Verbrennungsmotor
3: Elektromotor
4: Kurbelwelle
5: Batterie
6: Getriebe
7: Steuergerät
8: Fahrpedal
9: Fahrpedalgeber
10: Drehzahlsensor
11: Temperatursensor für Verbrennungsmotor
12: Temperatursensor für Elektromotor
13: Temperatursensor für Batterie
14: Neigungssensor
15: Schalter zur Auswahl eines Automatikprogramms
A: Aufspannung am Fahrpedal
a_L: Längsbeschleunigung
a_Q: Querbeschleunigung
M_maxE: Maximaldrehmoment des Elektromotors
M_minE: Minimaldrehmoment des Elektromotors
M_effminE: effektives Minimaldrehmoment des Elektromotors
M_SollE: Solldrehmoment des Elektromotors
M_SAS: Schubabschaltungsdrehmoment
N: Steigung
n: Drehzahl
n_IstE: Istdrehzahl des Elektromotors
n_IstV: Istdrehzahl des Verbrennungsmotors
n_L: Leerlaufdrehzahl
n_SollLeer: Leerlaufsolldrehzahl
P: Automatikprogramm
S_SAS: Anforderungssignal für Schubabschaltung
SAS: Schubabschaltung
SOC: Ladezustand der Batterie

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem eine Kurbelwelle (4) umfassenden Verbrennungsmotor (2) und mindestens einem mit dem Verbrennungsmotor (2), insbesondere der Kurbelwelle (4) gekoppelten oder koppelbaren Elektromotor (3), wobei wenn sich das Fahrzeug im Schubbetrieb mit aktivierter Schubabschaltung (SAS) befindet, bei Deaktivierung der Schubabschaltung (SAS(V3)) im leerlaufnahen Drehzahlbereich anhand einer aus einem Kennlinienfeld (F(K1 bis Kn; L1 bis Ln) in Abhängigkeit von einem Drehzahlgradienten (dn/dt) und/oder einer Drehzahldifferenz (Δn) ermittelten Kennlinie (K1 bis Kn oder L1 bis Ln) ein Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromotor (3) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennlinienfeld (F(K1 bis Kn; L1 bis Ln) eine Anzahl von ersten Kennlinien (K1 bis Kn) umfasst, die als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien ausgebildet und jeweils einem Drehzahlgradient (dn/dt) zugeordnet sind, wobei jede der ersten Kennlinien (K1 bis Kn) ein Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromotor (3) in Abhängigkeit einer variablen Drehzahldifferenz (Δn) beschreibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennlinienfeld (F(K1 bis Kn; L1 bis Ln) eine Anzahl von zweiten Kennlinien (L1 bis Ln) umfasst, die als Drehmoment-Drehzahl-Kennlinien ausgebildet und jeweils einer Drehzahldifferenz (Δn) zugeordnet sind, wobei jede der Kennlinien (L1 bis Ln) ein Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromotor (3) in Abhängigkeit von einem variablen Drehmomentgradienten (dn/dt) beschreibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehzahldifferenz (Δn) die Differenz von Leerlaufsolldrehzahl (n_SollLeer) und momentaner Istdrehzahl (n_IstV) des Verbrennungsmotors (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehmomentgradient (dn/dt) die erste Ableitung der Drehzahländerungen (dn) der Istdrehzahl (n_IstV) des Verbrennungsmotors (2) je vorgegebener Zeiteinheit (dt) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Drehzahlsensors (10) die momentane Istdrehzahl (n_IstV) des Verbrennungsmotors (3) fortlaufend erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufsolldrehzahl (n_SollLeer) fortlaufend ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Deaktivierung der Schubabschaltung (SAS(V3)) ausgeführt wird, wenn die Istdrehzahl (n_IstV) des Verbrennungsmotors (2) zumindest gleich der Leerlaufsolldrehzahl (n_SollLeer) ist oder diese unterschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Deaktivierung der Schubabschaltung (SAS(V3)) ausgeführt wird, wenn der ermittelte Drehzahlgradient (dn/dt) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromotor (3) in Abhängigkeit vom momentan möglichen Maximaldrehmoment (M_maxE) des Elektromotors (3) erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das momentan mögliche Maximaldrehmoment (M_maxE) des Elektromotors in Abhängigkeit vom Ladezustand (SOC) einer Batterie (5), von der Istdrehzahl (n_IstV) des Verbrennungsmotors (2), von der Temperatur (T_V) des Verbrennungsmotors (2), der Temperatur (T_E) des Elektromotors (3) und/oder der Temperatur (T_B) der Batterie (5) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Solldrehmoment (M_SollE) für den Elektromo tor (3) auf ein vorgegebenes Minimaldrehmoment (M_effminE) des Elektromotors (3) begrenzt wird.