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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybrid-Antriebsvorrichtung
eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, die eine Brennkraftmaschine
und mindestens eine Elektromaschine aufweist, die über mindestens
eine Kupplung mit einem automatischen Schaltgetriebe wirkverbindbar sind.
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Stand der Technik
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Verfahren
der eingangs genannten Art sind bekannt. Bei den sogenannten Parallel-Hybriden
ist das Schaltgetriebe mit einem eigenständigen Schaltprogramm beziehungsweise
mit einer eigenen Schaltstrategie versehen. In der Regel wird zur
Beurteilung, ob ein Gang gewechselt werden soll, um die Brennkraftmaschine
in einem Bereich günstiger
Wirkungsgrade zu betreiben, ein Fahrerwunschdrehmoment mit einem
Kupplungsdrehmoment verglichen. Bei der Hybrid-Antriebsvorrichtung
führt dies
dazu, dass in Abhängigkeit
von einem Drehmoment der Elektromaschine ein anderer Arbeitspunkt
der Brennkraftmaschine vorliegt als vom Schaltgetriebe beziehungsweise
der Schaltstrategie des Schaltgetriebes angenommen. Hierbei wird
die Brennkraftmaschine also unter Umständen nicht in dem erwarteten
Wirkungsgrad betrieben. Die Schalstrategie versucht trotz der „ungünstigen" Schaltgetriebe-Einstellung die
Brennkraftmaschine weiter im Bereich „günstiger" Wirkungsgrade zu betreiben. Dadurch
kann es zu einer Verschiebung der Ladebilanz eines an die Elektromaschine
angeschlossenen Energiespeichers kommen, die mit der Zeit so weit
führt,
dass ein ungünstiger
Betriebspunkt für
die Brennkraftmaschine eingestellt werden muss.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung sieht vor, dass das Schaltgetriebe in Abhängigkeit
von einem Bereich günstiger Wirkungsgrade
der Brennkraftmaschine und einem Summen-Solldrehmoment aus einem Fahrerwunschdrehmoment
und einer Drehmoment-Anforderung
eines mit der Elektromaschine zusammenwirkenden elektrischen Systems
des Fahrzeugs betätigt
wird. Bei der Betätigung
des automatischen Schaltgetriebes werden also das Fahrerwunschdrehmoment, welches
der Fahrer des Fahrzeugs beispielsweise über ein Gaspedal vorgibt, und
die Drehmoment-Anforderung
des elektrischen Systems des Fahrzeugs an die Elektromaschine zusammengefasst
als Summen-Solldrehmoment berücksichtigt.
Hieraus kann auf einfache Art und Weise das tatsächliche von der Brennkraftmaschine
geforderte Drehmoment beziehungsweise der tatsächliche Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine
bestimmt werden. Fordert das elektrische System beispielsweise,
dass die Elektromaschine generatorisch betrieben wird, um den mit
der Elektromaschine verbundenen Energiespeicher aufzuladen, so wird
das dazu notwendige zusätzliche Drehmoment
von der Brennkraftmaschine erbracht. Durch Berücksichtigung dieses zusätzlichen
Drehmoments ist es möglich,
das Schaltgetriebe vorteilhaft zu betätigen, wodurch ein Betreiben
der Brennkraftmaschine im Bereich günstiger Wirkungsgrade stets
ermöglicht
wird. Das Drehmoment der. Brennkraftmaschine entspricht hierbei
der Summe aus dem Fahrerwunschdrehmoment und der Drehmoment-Anforderung
des elektrischen Systems an die Elektromaschine.
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Vorteilhafterweise
wird der Bereich günstiger Wirkungsgrade
der Brennkraftmaschine für
jeden Gang des Schaltgetriebes durch eine vorgegebene obere Drehmoment-Kennlinie
und eine vorgegebene untere Drehmoment-Kennlinie bestimmt. Diese
können
beispielsweise als Kennlinienschar in einem nicht flüchtigen
Speicher eines Steuergeräts
der Hybrid-Antriebsvorrichtung hinterlegt werden. Wobei die Drehmoment-Kennlinien
durch Experimente und/oder Berechnungen erstellt werden können. Somit
stehen zwei Gruppen von Kennlinien zum Betreiben der Hybrid-Antriebsvorrichtung
zur Verfügung. Zum
Einen die oben genannten oberen und unteren Drehmoment-Kennlinien
beziehungsweise die Kennlinienschar und zum Anderen die in einem
Speicher des Schaltgetriebes hinterlegten üblichen, ein Hoch- und/oder
Herunterschalten bewirkenden Kennlinien des Schaltgetriebes.
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Zweckmäßigerweise
werden die Drehmoment-Kennlinien in Abhängigkeit von der Drehzahl der
Brennkraftmaschine vorgegeben. Durch den direkten Bezug der Drehmoment-Kennlinien
auf eine leicht ermittelbare Zustandsbeziehungsweise Betriebsgröße der Brennkraftmaschine
ist es möglich, das
Schaltgetriebe entsprechend dem aktuellen Arbeitspunkt der Brennkraftmaschine
zu betätigen.
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Nach
einer Weiterbildung der Erfindung wird bei Überschreiten der oberen Drehmoment-Kennlinie durch
das Summen-Solldrehmoment die Getriebeschaltstrategie derart beeinflusst,
dass das Getriebe früher
herunterschaltet. Überschreitet
also die Summe aus Fahrerwunschdrehmoment und Drehmoment-Anforderung
des elektrischen Systems die obere Drehmoment-Kennlinie, so wird
die Getriebeschaltstrategie dahingehend beeinflusst, dass ein Herunterschalten
in einen niedrigeren Gang früher als üblicherweise
vorgesehen erfolgt.
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Dazu
wird vorteilhafterweise bei Überschreiten
der oberen Drehmoment-Kennlinie
ein Schaltstrategie-Schaltzeitpunkt zum Herunterschalten des Getriebes
in Richtung niedrigerer Drehzahlen und/oder Drehmomente verschoben.
Dies kann beispielsweise durch ein Umschalten des Schaltgetriebes
auf einen weiteren/zusätzlichen
Schaltkennliniensatz erfolgen. Durch die Beeinflussung der Getriebeschaltstrategie
wird nicht direkt ein Gangwechsel bewirkt sondern nur „nahegelegt". Es wird eine Schaltanforderung,
beziehungsweise ein Schaltwunsch, abgegeben, die zu einem früheren Herunterschalten
als eigentlich vorgesehen führt.
Ob das Schaltgetriebe dann tatsächlich
schaltet ist abhängig von
der Höhe
des Summen-Solldrehmoments. Ein Auswählen eines bestimmten Ganges
des Schaltgetriebes ist hierbei also nicht vorgesehen.
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Zweckmäßigerweise
wird bei Unterschreiten der unteren Drehmoment-Kennlinie durch das
Summen-Solldrehmoment die Getriebeschaltstrategie derart beeinflusst,
dass das Getriebe früher
hoch schaltet. Ist das geforderte Summen-Solldrehmoment zu niedrig, um die Brennkraftmaschine
in einem Bereich günstiger
Wirkungsgrade betreiben zu können,
so wird das Schaltgetriebe also durch das vorteilhafte Verfahren
dahingehend beeinflusst, dass es früher als eigentlich vorgesehen
in einen höheren Gang
schaltet.
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Vorteilhafterweise
wird dazu bei Unterschreiten der unteren Drehmoment-Kennlinie ein Schaltstrategie-Schaltzeitpunkt
zum Hochschalten des Schaltgetriebes in Richtung höherer Drehzahlen und/oder
Drehmomente verschoben. Dadurch befindet sich der Schaltstrategie-Schaltzeitpunkt
in einem höheren
Drehzahl- und/oder Drehmomentbereich. Wie oben beschrieben, kann
das Verschieben des Schaltstrategie-Schaltzeitpunkts durch Umschalten zwischen
Schaltkennliniensätzen
erfolgen.
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Reagiert
das Schaltgetriebe und findet eine Schaltung statt, dann befindet
sich das Summen-Solldrehmoment beziehungsweise der Arbeitspunkt
der Brennkraftmaschine wahrscheinlich wieder im Bereich günstiger
Wirkungsgrade. Dadurch würde die
oben beschriebene Schaltanforderung beim Schaltgetriebe zurück genommen
werden und ein Umschalten auf den ursprünglichen Schaltkennliniensatz
erfolgen. Dadurch könnte
es zu einem Zurückschalten
in den alten Schaltzustand kommen, der dann wieder eine erneute
Umschaltung beziehungsweise Schaltanforderung auslösen würde. Um ein
ständiges
Hin- und Herschalten zu verhindern, wird daher bevorzugt nach einem
Hoch- oder Herunterschalten des Schaltgetriebes der eingelegte Gang beibehalten,
wenn sich das Summen-Solldrehmoment in einem Bereich günstiger
Wirkungsgrade befindet. Besonders bevorzugt wird dazu die Anforderung
beziehungsweise die Beeinflussung der Schaltgetriebestrategie beziehungsweise
der gewählte Schaltkennliniensatz
beibehalten. Die Anforderung/Beeinflussung wird vorteilhafterweise
erst zurückgenommen
beziehungsweise deaktiviert, wenn entweder die andere Drehmoment-Kennlinie über- beziehungsweise
unterschritten wird, oder eine weitere Schaltung stattfindet, während sich
das Summen-Solldrehmoment im Bereich günstiger Wirkungsgrade befindet.
Eine derartige Schaltung kann beispielsweise aufgrund der in dem
Schaltgetriebe integrierten Schaltstrategie erfolgen. Wird die Anforderung/Beeinflussung
zurück
genommen, so findet eine Neubewertung beziehungsweise ein erneuter Vergleich
von Summen-Solldrehmoment und einem Bereich günstiger Wirkungsgrade statt.
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Alternativ
oder zusätzlich
dazu wird die Beeinflussung des Getriebes deaktiviert beziehungsweise
zurückgenommen,
wenn das Summen-Solldrehmoment eine vom Gang abhängige vorgebbare obere Grenzkennlinie
unterschreitet oder eine vom Gang abhängige vorgebbare untere Grenzkennlinie überschreitet.
Diese Grenzkennlinien bestimmen bevorzugt zusammen mit der jeweiligen
oberen beziehungsweise unteren Drehmoment-Kennlinie einen Bereich,
innerhalb dessen die Anforderung beziehungsweise die Beeinflussung
der Schaltstrategie beibehalten wird.
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Bevorzugt
wird der Bereich günstiger
Wirkungsgrade der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Kraftstoff-Verbrauch
und/oder von Schadstoff-Emissionen vorgegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
Folgenden soll die Erfindung anhand mehrerer Figuren näher erläutert werden.
Dazu zeigen
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
des vorteilhaften Verfahrens in einem Flussdiagramm,
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2 drehzahlabhängige Drehmoment-Kennlinien,
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3 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
des vorteilhaften Verfahrens und
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4 drehzahlabhängige Drehmoment-Kennlinien
und Grenzkennlinien.
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Ausführungsform(en)
der Erfindung
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1 zeigt
in einem Flussdiagramm ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben
einer Hybrid-Antriebsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Hybrid-Antriebsvorrichtung
weist eine Brennkraftmaschine und eine Elektromaschine auf, die über eine Kupplung
mit einem automatischen Schaltgetriebe wirkverbindbar sind. Derartige
Schaltgetriebe weisen in der Regel eine interne Schaltstrategie
auf, die in Abhängigkeit
von einem Fahrerwunschmoment und einem Kupplungsmoment ein Hoch-
oder Herunterschalten bewirkt.
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In
dem vorteilhaften Verfahren wird zunächst in einem ersten Schritt 1 die
Summe aus einem Fahrerwunschdrehmoment 2 und einer Drehmoment-Anforderung 3 eines
mit der Elektromaschine zusammenwirkenden elektrischen Systems des
Fahrzeugs gebildet. Die gebildete Summe entspricht einem Summen-Solldrehmoment 4,
das von der Brennkraftmaschine gefordert wird. Die Brennkraftmaschine
erbringt hierbei also sowohl das von der Elektromaschine geforderte,
insbesondere generatorisch wirkende Drehmoment 3 sowie
das vom Fahrer gewünschte Antriebsmoment
(Fahrerwunschdrehmoment 2).
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Das
Summen-Solldrehmoment 4 wird in einem weiteren Schritt 5 mit
einer vorgegebenen unteren Drehmoment-Kennlinie 6 verglichen,
die aufgrund des eingelegten Ganges des Schaltgetriebes, gekennzeichnet
durch den Pfeil 7, aus einer Kennlinienschar gewählt wurde.
Die Kennlinienschar ist beispielsweise in einem nicht flüchtigen
Speicher eines Steuergeräts
des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Hybrid-Antriebsvorrichtung
hinterlegt. Gleichzeitig oder zeitlich davor oder danach wird das
Summen-Solldrehmoment 4 mit einer oberen Drehmoment-Kennlinie 8 in
einem Schritt 9 verglichen. Die obere Drehmoment-Kennlinie 8 ist
ebenfalls Teil der oben genannten Kennlinienschar und wird aufgrund des
eingelegten Ganges (7) ausgewählt. Die Drehmoment-Kennlinien 6 und 8 bestimmen
zusammen einen Bereich, in dem die Brennkraftmaschine in günstigen
Wirkungsgraden betrieben werden kann. Zusammen hüllen die untere Drehmoment-Kennlinie 6 und
die obere Drehmoment-Kennlinie 8 den genannten Bereich
günstiger
Wirkungsgrade ein, wobei die Drehmoment-Kennlinien 6, 8 als
Drehmoment-Drehzahl Kennlinien der Brennkraftmaschine vorgegebenen
sind.
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Die 2 zeigt
dazu in einem Diagramm beispielhaft das Drehmoment M der oberen
Drehmoment-Kennlinie 8 sowie der unteren Drehmoment-Kennlinie 6 aufgezeichnet über die
Drehzahl n der Brennkraftmaschine. Befindet sich das Summen-Solldrehmoment 4 zwischen
den Drehmoment-Kennlinien 6 und 8, so befindet
sich das Summen-Solldrehmoment 4 im Bereich günstiger
Wirkungsgrade der Brennkraftmaschine, sodass ein Schalten des Schaltgetriebes
unnötig
ist.
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Überschreitet
das Summen-Solldrehmoment 4 die obere Drehmoment-Kennlinie 8,
wie durch den Punkt 10 beispielhaft dargestellt, liegt
es außerhalb des
Bereichs günstiger
Wirkungsgrade, wobei ein Herunterschalten des Schaltgetriebes sinnvoll
wäre. In
dem Schritt 9, wie in der 1 dargestellt,
wird dazu geprüft,
ob das Summen-Solldrehmoment 4 größer als das der aktuellen Drehzahl
entsprechende, durch die obere Drehmoment-Kennlinie 8 gekennzeichnete
Drehmoment M ist. Überschreitet
das Summen-Solldrehmoment 4 die
obere Drehmoment-Kennlinie 8, so wird eine Schaltanforderung
beziehungsweise ein Herunterschaltwunsch, gekennzeichnet durch einen
Pfeil 11, ausgeben, der eine Getriebeschaltstrategie der
derart beeinflusst, dass ein Schaltstrategie-Schaltzeitpunkt der
Getriebeschaltstrategie in Richtung niedriger Drehzahlen und/oder
-momente verschoben wird, sodass das Schaltgetriebe früher herunterschaltet.
Wobei der Herunterschaltwunsch beziehungsweise die Schaltanforderung
(11) nicht notwendigerweise zu einem Herunterschalten führt. Ob
das Schaltgetriebe tatsächlich
den eingelegten Gang wechselt hängt
letztendlich von der Höhe
des Summen-Solldrehmoments 4 ab.
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Liegt
das Summen-Solldrehmoment 4 unterhalb der unteren Drehmoment-Kennlinie 6,
unterschreitet das Summen-Solldrehmoment 4 also diese, wie
in der 2 durch den Punkt 12 beispielhaft dargestellt,
so liegt das Summen-Solldrehmoment
ebenfalls außerhalb
des Bereichs günstiger
Wirkungsgrade. In dem Schritt 5, wie in der 1 dargestellt,
wird daher geprüft,
ob das Summen-Solldrehmoment 4 die
untere Drehmoment-Kennlinie 6 unterschreitet. Ist dies
der Fall, so wird eine Hochschaltanforderung, gekennzeichnet durch
einen Pfeil 13, ausgegeben, die die Getriebeschaltstrategie
derart beeinflusst, dass ein Schaltstrategie-Schaltzeitpunkt zum
Hochschalten des Schaltgetriebes in Richtung höherer Drehzahlen und/oder Drehmomente
verschoben wird, sodass ein Hochschalten früher erfolgt. Wie oben beschrieben,
führt auch
diese Beeinflussung der Schaltstrategie nicht unbedingt zu einem
Schaltvorgang.
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In
einem weiteren Schritt 14 wird überprüft, ob die Schaltanforderungen
(13 oder 11) zu einem Hoch- oder Herunterschalten
des Schaltgetriebes geführt
haben. Ist ein Schalten erfolgt und liegt das Summen-Solldrehmoment 4 anschließend in
einem Bereich günstiger
Wirkungsgrade, so wird in einem darauf folgenden Schritt 15 die
Schaltanforderung/der Schaltwunsch beibehalten. Ansonsten könnte es
zu einem ständigen
Hin- und Herschalten, wie oben beschrieben, kommen.
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In
einem weiteren Schritt 16 wird die Anforderung (11 oder 13)
zurückgenommen,
wenn eine Schaltung des Schaltgetriebes stattfindet, die nicht durch
die Anforderung ausgelöst
wurde. Dazu wird im Schritt 16 gekennzeichnet durch den
Pfeil 17 der Schaltzustand des Schaltgetriebes überwacht
und mit der Schaltanforderung (11, 13) verglichen.
Wird ein Schalten (17) erfasst, so muss eine Neubewertung
der Situation beziehungsweise ein erneuter Vergleich des Summen-Solldrehmoments 4 mit
entsprechenden Drehmoment-Kennlinien erfolgen (Pfeil 18). Alternativ
oder zusätzlich
erfolgt eine Neubewertung, wenn das Summen-Solldrehmoment 4 die
andere Drehmoment-Kennlinie 8 oder 6 über- beziehungsweise
unterschreitet. Wird also zunächst
erfasst, dass das Summen-Solldrehmoment 4 die obere Drehmoment-Kennlinie 8 überschreitet,
wie in der 2 dargestellt, so wird eine
entsprechende Schaltanforderung (13) ausgegeben. Erfolgt
ein Schalten des Getriebes aufgrund dieser Anforderung und unterschreitet
anschließend
das Summen-Solldrehmoment 4 die untere Drehmoment-Kennlinie 6 so
muss eine neue Bewertung der Situation stattfinden.
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Die 3 zeigt
ein weiters Ausführungsbeispiel
des vorteilhaften Verfahrens, welches im Wesentlichen dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel
entspricht, sodass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen
werden soll.
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In
dem zweiten Ausführungsbeispiel
ist ein alternatives Verfahren zum Beibehalten einer Schaltanforderung
vorgesehen. Dabei wird zunächst,
wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel
beschrieben, ein Überschreiten
der oberen Drehmoment-Kennlinie 8 oder ein Unterschreiten
der unteren Drehmoment-Kennlinie 6 durch das Summen-Solldrehmoment 4 erfasst
und entsprechend eine Schaltanforderung (13, 11)
ausgegeben.
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Neben
der Kennlinienschar mit den Drehmoment-Kennlinien 6, 8 sind
bei dem Verfahren gemäß des zweiten
Ausführungsbeispiels
Grenzkennlinien vorgesehen beziehungsweise im Steuergerät hinterlegt.
Die Grenzlinienschar enthält
untere und obere Grenzkennlinien. Die 4 zeigt
dazu das aus der 2 bekannte Diagramm mit den
Drehmoment-Kennlinien 6 und 8. Zusätzlich sind
eine obere Grenzkennlinie 19 und eine untere Grenzkennlinie 20 beispielhaft
eingezeichnet, die zwischen den Drehmoment-Kennlinien 6 und 8 verlaufen.
Wie in der 3 dargestellt wird das im Schritt 1 bestimmte Summen-Solldrehmoment 4 mit
der oberen Grenzkennlinie 19 und der unteren Grenzkennlinie 20 verglichen,
wobei die gewählten
Grenzkennlinie 19, 20 dem eingelegten Gang (7)
des Schaltgetriebes zugeordnet sind. Wird in einem Schritt 21 erfasst,
dass das Summen-Solldrehmoment 4 die Grenzkennlinie 19 überschreitet,
so wird die Schaltanforderung beibehalten. Unterschreitet das Summen-Solldrehmoment 4 die
Grenzkennlinie 20, wie in einem Schritt 22 erfasst
werden kann, so wird die Anforderung zurück genommen. Entsprechendes
gilt für
die Grenzkennlinie 19, wobei die Schaltanforderung beibehalten wird,
solange das Summen-Solldrehmoment 4 die obere Grenzkennlinie 19 nicht
unterschreitet. Mit den Grenzkennlinien 19 und 20 kann
somit eine Hysterese realisiert werden.