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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren für die Steuerung eines
Hybridantriebs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Der Hybridantrieb
umfasst mindestens einen Verbrennungsmotor, mindestens eine elektrische
Maschine und ggf. mindestens je eine Kupplung zwischen der Verbrennungsmotor
und der elektrischen Maschine sowie zwischen der elektrischen Maschine
und dem anschließenden Antriebsstrang des Fahrzeugs. Im
Rahmen der Weiterentwicklung bestehender Antriebskonzepte im Automobilbereich
hinsichtlich der Verbrauchsoptimierung, der Emissionsreduktion und
der Verbesserung des subjektiven Fahrempfindens gewinnen Hybridantriebe
zunehmend an Bedeutung. Diese besitzen neben dem Verbrennungsmotor
noch mindestens eine weitere Antriebsquelle, welche nicht mit fossilen
Brennstoffen betrieben wird. Durch eine geeignete Betriebsstrategie
können die Vorteile der unterschiedlichen Antriebsquellen
optimal ausgenutzt und Nachteile ausgeglichen werden. Die Kombination
eines Verbrennungsmotors mit elektrischen Maschinen als alternative
Antriebsquellen ist dabei die dominante Variante innerhalb des Automobilsektors.
Eine Reihe von unterschiedlichen Hybrid-Fahrzeugen ist als Serien-
oder seriennahe Konstruktionen bereits ausgeführt. Allen
ist gemeinsam, dass sie gegenüber konventionell verbrennungsmotorisch
angetriebenen Fahrzeugen weniger Kraftstoff verbrauchen. Die Verbrauchseinsparung
ist auf die hybridspezifischen Möglichkeiten der Rekuperation
von Energie bei einer elektrischen Maschine durch Bremsen sowie
auf die Realisierung von Start-Stopp-Funktionen zurückzuführen.
Bei einem Hybridantrieb unterscheidet man zwischen Parallel-, Seriell-
und Split-Hybrid. Allen gemeinsam ist die Verwendung zweier Energiespeicher,
einer Batterie und einem Kraftstofftank. Als Alternative zur Batterie
sind auch Kondensatoren als Energiespeicher denkbar. Ein weiteres
Unterscheidungsmerkmal bei Hybridantrieben ist die Leistungsfähigkeit
der elektrischen Maschinen. Man trennt dabei zwischen Mild- und
Full-Hybrid-Varianten, wobei unter einem so genannten Full-Hybrid
ein Fahrzeug zu verstehen ist, das zumindest teilweise in der Lage ist,
mit rein elektrischem Antrieb zu fahren.
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Bei
einer Umsetzung einer Momentenreserve wird im konventionellen Verbrennungsmotor
eine Erhöhung des Luftpfades gefordert, bei gleichzeitiger Reduzierung
des Wirkungsgrades. Oberstes Ziel ist hierbei die Einhaltung des
geforderten Gesamtmoments, das in der Regel hauptsächlich
durch den Fahrer bestimmt wird. Ggf. kann der Wunsch des Fahrers
noch durch Funktionen wie beispielsweise LLR (Leerlaufregelung),
FGR (Fahrgeschwindigkeitsregelung) beeinflusst werden. Bei jedem
Hybridfahrzeug, bei dem die zwei vorgesehenen Antriebsaggregate
gemeinsam an eine Antriebswelle gekoppelt sind, muss eine Anpassung
des Reservekonzepts erfolgen. Ohne Anpassung des Reservekonzepts
würde in einem übergeordneten Momentenkoordinator/Momentenaufteiler
ein Unterschied zwischen dem geforderten Sollmoment für
den schnellen Pfad des Verbrennungsmotors und dem rückgemeldeten
maximal stellbaren Moment auf schnellem Pfad auf Seite des Verbrennungsmotors
erkannt, der dann durch Kompensationseingriffe des Momentenkoordinators
auf dem schnellen Pfad des Verbrennungsmotors ausgeglichen wird,
um das Hybridfahrzeug bei bestmöglichem Wirkungsgrad zu
betreiben, um damit die motorinternen Reserven zu vernichten.
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Bestehende
Ansätze berücksichtigen ein rückgemeldetes
Moment des Verbrennungsmotors, das aufgrund des zeitlichen Verlaufs
von bekannten physikalischen Größen gebildet wird.
Konkret bedeutet das beispielsweise, dass in der Praxis versucht wird,
das Verhalten eines Basismoments des Verbrennungsmotors ohne Reserveanforderung
nachzubilden, indem eine Reserveanforderung mit einem PT1-Filter
verschliffen wird, was der Saugrohrdynamik entsprechen soll, und
dass dieses modulierte Signal von dem tatsächlichen maximalen
Stellbereich des Verbrennungsmotors (Basismoment) subtrahiert wird.
Dieses berechnete Signal wird dann wiederum dem Momentenaufteiler
als maximal stellbarer Bereich für den schnellen Pfad des
Verbrennungsmotors zurückgemeldet, aufgrund dessen der
Sollwert für den schnellen Anteil des Verbrennungsmotors festgelegt
wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass motorinterne Reserven
nicht durch den Momentenaufteiler ignoriert und damit vernichtet
werden. Ein Nachteil dieses Konzepts ist eine nicht mögliche Prädiktion
des Verlaufs von virtuellen Istgrößen (Basismoment
ohne Reserven) bei einem Fahrzeug mit Turbolader, da der verwendete
PT1-Filter nicht den realen Verlauf eines Reserveaufbaus wiedergeben kann.
Weiterhin ist keine schnellstmögliche Umsetzung einer Reserveanforderung
durch ein zweites Antriebsaggregat möglich, was zu einer
Vernachlässigung eines möglichen Einsparpotentials
(Kraftstoff und Dynamik) führt. Ein weiterer Nachteil ist
die Vernachlässigung individueller Reserveanforderungen.
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Aus
DE 101 28 758 A1 ist
ein Verfahren für die Steuerung eines Hybridfahrzeugs bekannt,
bei dem der Antrieb nach Vorgabe einer Betriebssteuerung mittels
einer Verbrennungskraftmaschine und/oder eines Elektromotors erfolgt,
wobei der Anteil des elektromotorischen Antriebs in Abhängigkeit von
die Fahrtstrecke betreffenden, der Betriebssteuerung mitgeteilten
Daten unter Berücksichtigung des Ladezustands eines Energiespeichers
für elektrische Energie gesteuert wird, wobei die Daten
Höheninformationen umfassen, die zur Steuerung des Anteils des
elektromotorischen Antriebs zugrunde gelegt werden, wobei ein in
der Betriebssteuerung vorgegebener oder vorgebbarer Mindestladezustand
des Energiespeichers, bei dem die notwendigen Fahrzeuggrundfunktionen
noch gewährleistet sind, nicht unterschritten wird. Die
Betriebssteuerung erhält die Höheninformation
aus Daten eines Navigationssystems oder eines anderen vorausschauenden
Systems. Als ein solches vorausschauendes System ist GPS erwähnt.
Die mit diesem Verfahren berücksichtigten Daten sind statisch,
da sie praktisch auf im Wesentlichen nicht veränderlichen
geografischen Eigenschaften der Fahrtstrecke beruhen.
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Aus
DE 10 20050375 553.7 ist
ein Verfahren zur Ansteuerung eines Hybridfahrzeugs mit wenigstens
zwei Antriebsmaschinen bekannt, bei dem der Antrieb nach Vorgabe
einer Betriebssteuerung mittels der ersten Antriebsmaschine, insbesondere
einer Verbrennungskraftmaschine, und/oder der zweiten Antriebsmaschine,
insbesondere eines Elektromotors, erfolgt, wobei der Anteil des
Antriebs der zweiten Antriebsmaschine in Abhängigkeit von
die Fahrtstrecke betreffenden, der Betriebssteuerung mitgeteilten
Daten unter Berücksichtigung eines Ladezustands eines Energiespeichers
gesteuert wird. Eine optimierte Betriebsstrategie wird dabei unter Vorgabe
eines geographischen Fahrtziels und/oder eines Zielparameters der
Betriebsstrategie bestimmt, wobei bei Verfügbarkeit alternativer
Fahrtrouten eine Auswahl der Fahrtroute unter Berücksichtigung
der optimierten Betriebsstrategie getroffen wird. Dabei ist es günstig,
wenn zur Auswahl einer geeigneten Fahrtroute Daten eines Navigationssystems
hinsichtlich Höhendifferenzen und/oder Straßenklassen und/oder
Entfernung und/oder voraussichtlicher Fahrtzeit herangezogen werden.
Navigationssysteme können verschiedene Datenquellen zur
Optimierung der Fahrtroute bei gegebenem Fahrtziel nutzen. Karten
auf Datenspeichern können neben Straßenverläufen
eine Vielzahl von weiteren Informationen enthalten, wie z. B. Informationen über
Steigung und Gefälle, Informationen über voraussichtliche
Fahrtgeschwindigkeiten zur Bestimmung einer Drehzahlverteilung am
Generator durch Kenntnis der verfügbaren Straßenarten
(Stadt, Landstraße, Autobahn), Informationen über
voraussichtliche Stoppphasen, z. B. in Innenstädten, dies
auch tageszeitlich differenziert.
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Offenbarung der Erfindung
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Technische Aufgabe
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerung des Hybridantriebs
eines mit Hybridantrieb ausgestatteten Fahrzeugs weiter zu verbessern.
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Technische Lösung
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Diese
Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 genannten Verfahrensmerkmale
gelöst. Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis
zunutze, dass eine weitere Verbesserung der Steuerung eines Hybridfahrzeugs
durch eine optimierte Strategie zur Umsetzung von Reserveanforderungen
erreichbar ist. Dabei können bei einem mit mindestens zwei
Antriebsaggregaten ausgestatteten Hybridfahrzeug die Vorteile beider
Antriebsaggregate optimal genutzt werden.
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Vorteilhafte Wirkungen
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Die
Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der Steuerung eines
Hybridfahrzeugs insbesondere dadurch, dass die Umsetzung einer Reserveanforderung
derart abläuft, dass das Gesamtsystem in einem möglichst
optimalen Betriebszustand betrieben wird. Dabei kann der optimale
Betriebszustand beispielsweise bezüglich des Kraftstoffverbrauchs,
der Heizungsstrategie für den Katalysator oder anderer
Betriebskenngrößen betrachtet werden. Dabei geht
die vorliegende Erfindung davon aus, dass zur Realisierung dieser
optimalen Strategie die Bildung eines rückgemeldeten Moments
angestrebt wird, um entsprechende Momentenanforderungen in jeglicher Hinsicht
optimal umsetzen zu können, wobei bestehende Priorisierungen
(z. B. Fahrerwunsch darf Momentenreserven in der Dynamik ausnutzen,
d. h. Priorität Fahrerwunsch > Priorität Bereitstellung von
Reserveanforderungen) weiterhin Gültigkeit behalten können.
Das rückgemeldete Moment ist in dieser Form notwendig,
damit ein zentraler Momentenkoordinator/Momentenaufteiler die Strategie
festlegen kann, und ein gefordertes Gesamtmoment entsprechend auf
die jeweiligen Aggregate aufgeteilt werden kann, wobei die motorinternen
Reservestrategien in dieser Aufteilung berücksichtigt werden.
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Die
Erfindung ermöglicht somit eine komfortablere Steuerung
des Hybridantriebs durch eine optimale Umsetzung und individuelle
Behandlung diverser Momentenreservenanforderungen, bzgl. ihrer jeweiligen
Anforderungen/Eigenschaften (z. B. Heizen des Katalysators und damit
abgasrelevant). Dadurch ist eine optimale Umsetzung bezüglich
der Dynamik für das Fahrverhalten möglich. Weiterhin
ist eine Optimierung des Kraftstoffverbrauchs möglich,
da der Verbrennungsmotor möglichst oft im Verbrauchsoptimum
betrieben werden kann. Durch die Berücksichtigung spezieller
Reserveanforderungen (z. B. exklusive Momentenreserve) in einer
Schnittstelle können schlanke Schnittstellen zwischen dem
Verbrennungsmotor und einem Fahrzeugkoordinator realisiert werden.
Schließlich ist eine architekturelle Kapselung zwischen
den Subsystemen Motor und Antriebstrang möglich.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung und den
Unteransprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher
erläutert. Dabei zeigt:
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1 in
schematischer Darstellung ein Fahrzeug mit Hybridantrieb;
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2 ein
Blockschaltbild zur Erläuterung der Aufteilung des Gesamtmoments
auf Stellpfade;
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3 Graphen
zur Erläuterung des Reservetyps B;
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4 Graphen
zur Erläuterung des Reservetyps C.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die Zeichnung
näher erläutert. 1 zeigt,
in einer schematischen Darstellung, ein Fahrzeug 100 mit
einem Hybridantrieb 1. Der Hybridantrieb 1 umfasst
einen herkömmlichen Verbrennungsmotor 2 und eine
elektrische Maschine 4. Die elektrische Maschine 4 kann
als Elektromotor oder als Generator betrieben werden. In Abtriebsrichtung
gesehen folgt auf die elektrische Maschine 4 eine erste
Kupplung 5. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und
der elektrischen Maschine 4 ist ggf. eine zweite Kupplung 3 angeordnet.
Hierbei handelt es sich vorzugsweise um eine Proportionalkupplung. Das
Fahrwerk des Fahrzeugs 100 ist durch Räder 7.1, 7.2 und
eine Achse 7.3 mit einem Differential 7.4 angedeutet.
Zwischen der Kupplung 5 und dem ein Getriebe 6 umfassenden
Antriebsstrang können ein weiterer Motor (insbesondere
eine elektrische Maschine 7) und eine weitere Kupplung 8 angeordnet sein.
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In
der folgenden Beschreibung werden die Reserveanforderungen in drei
Kategorien, nämlich A, B und C eingeteilt.
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Reserveanforderung des Typ A
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Eine
Reserveanforderung des Typ A hat zum Ziel, einen positiven Momentenstellbereich
bereitzustellen und diesen schnell nutzen zu können, um
entsprechende Regeleingriffe schnell ausführen zu können.
Bei entsprechender Regelung können die schnellen Eingriffe
auch über die elektrische Maschine umgesetzt werden, so
dass kein positiver Momentenvorhalt auf Seite des Verbrennungsmotors
bereitgestellt werden muss. Dies ermöglicht einen Betrieb des
Verbrennungsmotors mit einem optimalen Wirkungsgrad. Voraussetzung
dafür ist ein ausreichender positiver Stellbereich für
den geforderten Momentenvorhalt. Motorintern wird lediglich der
Teil der Reserveanforderung umgesetzt, der in dem aktuellen Zustand
des Gesamtsystems nicht von der elektrischen Maschine bereitgestellt
werden kann.
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Der
Verbrennungsmotor kann demzufolge weiter mit einem optimalen Wirkungsgrad
betrieben werden, solange der positive Stellbereich der elektrischen
Maschine ausreichend groß ist. Weiterhin muss ein geringerer
positiver Stellbereich für den Fall bereitgestellt werden,
dass der Stellbereich der elektrischen Maschine nicht die volle
Reserveanforderung zur Verfügung stellen kann. Ein vergrößerter Stellbereich
wäre beispielsweise nur durch einen mit einer Verschlechterung
des Wirkungsgrads verbundenen Zündwinkeleingriff möglich.
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Bei
einer Reserveanforderung des Typs A muss nicht zwingend eine motorinterne
Reserve (Momentenstellbereich) aufgebaut werden. Die Anforderer
solcher Stellbereiche (wie beispielsweise die Funktion Leerlaufregelung
LLR) berücksichtigen in ihrer Regelungsstrategie jeweils
den Grundsatz der verbrauchsoptimalen Umsetzung, das heißt,
dass schnelle Eingriffe in erster Linie über die elektrische Maschine
umgesetzt werden, speziell pos. Eingriffe. Das heißt konkret,
dass auf eine Umsetzung einer motorinternen Reserve verzichtet wird,
solange der positive Stellbereich der elektrischen Maschine ausreichend
groß ist. Diese Beurteilung bzw. Entscheidung ist Bestandteil
des Reservekonzeptes, da bei anliegender Anforderung von Typ A eine
Prüfung angestellt wird, ob der pos. Stellbereich ausreichend
ist, um den geforderten Momentenvorhalt gerecht zu werden. Falls
dies nicht der Fall ist, wird zusätzlich eine motorinterne
Reserve aufgebaut. Diese berechnet sich aus: MX(dmrmxA – dmrEp;
0) = dmrVA (1), mit dmrmxA = MX(dmrA1, dmrA2, dmrA3, ... dmrAn) (2).
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Darin
bedeuten:
- MX
- Maximumauswahl;
- dmrmxA
- maximale Anforderung
einer Momentenreserve des Typ A;
- dmrEp
- maximaler positiver
Stellbereich der elektrischen Maschine, der genutzt werden darf
(zum Beispiel von der Leerlaufregelung);
- dmrVA
- motorintern umgesetzte
Momentenreserve des Typs A;
- dmrA
- verschiedene Reserveanforderungen des
Typs A.
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Idealerweise
steht der geforderte Momentenstellbereich dmrmxA sofort in vollem
Umfang zur Verfügung. Nur dann kann eine ideale Umsetzung der
Strategie des Anforderers (zum Beispiel der LLR – Leerlaufregelung)
erfolgen.
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Das
rückgemeldete Moment bestimmt sich daher aus: Basismoment – dmrVA (3) d. h. es
wird sich sprunghaft ändern, falls MX(dmrmxA – dmrE;
0) sich sprunghaft erhöht. Dieses Moment sollte dann idealerweise
auch nicht verletzt werden, weil ansonsten der Momentenstellbereich
nicht in vollem Ausmaß zur Verfügung steht. Weiterhin
gilt auch in diesem Fall: Oberstes Ziel ist, dass der Fahrer keine
Einbuße des Moments hinnehmen muss.
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Dies
kann nur dann der Fall sein, wenn die elektrische Maschine sofort
ein positives Moment bereitstellen kann, das der angeforderten Reserve
entspricht, die motorintern umgesetzt wird (dmrVA).
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Kann
die elektrische Maschine dieses Moment nicht sprungartig bereitstellen,
so muss die so genannte weiche Grenze verletzt werden. Weiche Grenze
heißt, dass es sich um eine Grenze handelt, die idealerweise
nicht verletzt wird. Um dem Fahrer aber das volle geforderte Moment
zur Verfügung zu stellen, kann diese Grenze ausnahmsweise
doch verletzt werden. Die Folge ist, dass der angeforderte positive
Momentenstellbereich nicht sofort in vollem Maße zur Verfügung
steht, aber wesentlich früher als in herkömmlichen
Nicht-Hybridsystemen. Eine weitere positive Folge ist, dass der
Fahrer keine Momenteneinbuße hinnehmen muss.
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Reserveanforderung des Typ B
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Eine
Reserveanforderung des Typ B hat zum Ziel, dass durch eine explizite
motorinterne Wirkungsgradverschlechterung der Abgasluftmassenstrom
mehr thermische Energie beinhaltet, so dass entsprechende Komponenten
(z. B. Katalysator) schnell auf eine optimale Betriebstemperatur
gebracht werden können. Eine Reserveanforderung muss weiterhin über
eine motorinterne Momentenreserve, analog zu einem bestehenden Konzept
bei einem Antrieb ohne Hybridtechnik realisiert werden. Bei einer Reserveanforderung
des Typ B muss die Reserve explizit motorintern aufgebaut werden,
damit eine Wirkungsgradverschlechterung erreicht werden kann.
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Diese
berechnet sich aus: dmrmxB = dmrVB (4),
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Wobei
gilt: dmrmxB = MX(dmrB1,
dmrB2, dmrB3, ...,
dmrBn) (4a)
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Idealerweise
steht diese geforderte Wirkungsgradverschlechterung dmrmxB sofort
in vollem Umfang zur Verfügung. Nur dann kann eine ideale Umsetzung
der Strategie des Anforderers (zum Beispiel Aufheizen des Katalysators)
erfolgen. Das rückgemeldete Moment bestimmt sich daher
aus mibas – dmrVB (5),d. h. es
wird sich sprunghaft ändern, falls dmrVB = dmrmxB (6)sich
sprunghaft ändert. Dieses Moment gemäß (5) sollte
dann (als „weiche Grenze") idealerweise auch nicht verletzt
werden, weil ansonsten die Wirkungsgradverschlechterung nicht in
vollem Ausmaß genutzt wird. Weiterhin gilt auch in diesem
Fall: Oberstes Ziel ist, dass der Fahrer keine Momenteneinbuße hinnehmen
muss.
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Dies
kann dann nur der Fall sein, wenn die elektrische Maschine sofort
ein positives Moment bereitstellen kann, das der angeforderten Reserve
entspricht, die motorintern umgesetzt wird (dmrVB = dmrmxB). Kann
die elektrische Maschine dieses Moment nicht sprungartig bereitstellen,
so muss die weiche Grenze verletzt werden. Die Folge ist, dass die angeforderte
Wirkungsgradverschlechterung nicht sofort in vollem Maße
zur Verfügung steht, aber wesentlich früher als
in herkömmlichen Nicht-Hybrid-Systemen. Weitere positive
Folge ist, dass der Fahrer keine Momenteneinbuße hinnehmen
muss.
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Reserveanforderung des Typ C
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Eine
Reserveanforderung des Typ C hat zum Ziel, dass der Luftmassenstrom
erhöht wird. Diese Erhöhung muss durch gegenläufige
Eingriffe erniedrigt werden, damit das resultierende Gesamtmoment dem
Fahrerwunsch (ggf. erhöht durch LLR) entspricht.
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Die
Reduzierung des Moments erfolgt über die elektrische Maschine,
sofern der negative Stellbereich ausreichend groß ist,
um die Erhöhung des Luftmassenstroms auszugleichen (verbrauchsoptimal).
Falls dies nicht ausreicht, wird weiterhin zusätzlich durch
eine Wirkungsgradverschlechterung (insbesondere Zündwinkel – Eingriff)
das Sollmoment eingestellt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass
der Verbrennungsmotor weiter mit optimalem Wirkungsgrad betrieben
werden kann, solange der negative Stellbereich der elektrischen
Maschine ausreichend groß ist. Weiterhin kann die Verschlechterung
des Wirkungsgrads für den Fall verringert werden, dass der
negative Momentenstellbereich nicht ausreichend groß ist.
Ein rückgemeldetes maximal einstellbares Moment bestimmt
sich dadurch, dass es ein Moment zur Verfügung stellt,
das von einem Momentenaufteiler/Momentenkoordinator insofern berücksichtigt
werden muss, dass dieses rückgemeldete Sollmoment nicht überschritten
wird. Das rückgemeldete Moment gibt das Moment an, das
der Verbrennungsmotor dem Momentenaufteiler/Momentenkoordinator
optimal zur Verfügung stellen kann, wobei optimal heißt,
dass die motorinternen Reserven vollständig umgesetzt werden.
Bei Einhaltung des rückgemeldeten Momentes ist eine optimale
Umsetzung von motorseitigen Momentenreserven möglich. Das rückgemeldete
Moment darf in folgenden Fällen überschritten
werden: Wenn das Sollmoment dynamisch erhöht wird, beispielsweise
durch eine erhöhte Anforderung des Fahrers. Wenn die Stellerdynamik der
elektrischen Maschine nicht ausreichend groß ist, so dass
bei einem Sprung des rückgemeldeten Moments das angeforderte
Gesamt-Sollmoment dmrmxC = dmrVC (6a)
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Mit dmrmxC = MX(dmrC1, dmrC2, dmrC3 ..., dmrCn) (6b)(i.
d. R. Fahrerwunsch + Leerlaufregelung – LLR) nicht eingestellt
werden kann. Deshalb wird das rückgemeldete Moment als
weiche Grenze bezeichnet, die die Charakteristik eines ideal maximal
lieferbaren Moments besitzt. Das rückgemeldete max. einzustellende
Moment wird abhängig davon berechnet, welcher Typ von Reserveanforderung
anliegt.
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Bei
einer Reserveanforderung des Typs C muss die Reserve explizit zu
einer motorinternen Erhöhung des Luft-Sollpfades führen.
Die notwendige Reduktion dieses erhöhten Luftmoments muss
verbrauchsoptimal über Eingriffe der elektrischen Maschine
erfolgen, sofern das möglich ist. Falls das nicht möglich
ist, sind weiterhin zusätzlich Eingriffe durch eine Verstellung
des Zündwinkels des Verbrennungsmotors notwendig. Die Folge
davon ist, dass der Verbrennungsmotor nicht mehr mit optimalem Wirkungsgrad
betrieben werden kann. Eine weitere positive Folge ist, dass der
Fahrer keine Momentenerhöhung (Selbstbeschleunigung) hinnehmen muss.
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Die
drei vorstehend beschriebenen Reservetypen A, B, C lassen sich vorteilhaft
im Rahmen eines Gesamtkonzepts kombinieren, wobei alle beschriebenen
Eigenschaften der einzelnen Reservetypen in einer Schnittstelle
gebündelt werden.
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Die
motorintern gebildete Reserve bestimmt sich daher aus: dmrV = MX(dmrVA, dmrVB, dmrVC) (7).
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Diese
Größe wird verwendet, um die Erhöhung
des Luft-Sollwerts zu bestimmen.
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Weiterhin
gilt: dmrVAB = MX(dmrVA, dmrVB) (8).
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Weiterhin
gibt es physikalisch maximal stellbare Momente des Verbrennungsmotors,
die nie überschritten werden können. Auf dem Luftpfad
ist dies die folgende Größe Mimax = f(nmot, rlmax) (9).
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Auf
dem schnellen Zündwinkelpfad ist dies das bereits erwähnte
Basismoment.
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Weiterhin
gibt es Einschränkungen, die diese maximal möglichen
Grenzen weiter herabsetzen. Diese haben bei der Motorsteuerung die
höchste Priorität und dürfen definitionsgemäß nicht überschritten
werden. Bei diesen Einschränkungen kann es sich beispielsweise
um dem Schutz des Verbrennungsmotors dienende Begrenzungen oder
um Begrenzungen handeln, die aufgrund gesetzlicher Vorschriften
bestehen (so genannte exklusive Momentenreserve). Dadurch ergeben
sich weitere Beschränkungen des maximal zur Verfügung
stehenden Momentenstellbereichs des Verbrennungsmotors. Diese Beschränkungen
werden im Folgenden als so genannte harte Grenzen bezeichnet, da
sie in keinem Fall überschritten werden dürfen.
Falls Sollwerte vorgegeben werden, die diese harten Grenzen überschreiten
würden, werden sie in der Praxis auf diese harten Grenzen
beschränkt.
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Daher
ergeben sich die harten Grenzen zu:
Harte Grenze Luftpfad =
MN(mimax, motorinterne Begrenzung auf Luftpfad);
Harte Grenze
Zündwinkelpfad = MN(mibgrex, motorinterne Begrenzungen
auf Zündwinkelpfad);
Dabei wird mibgrex aus dem Basismoment
abzüglich einer exklusiven Momentenreserve bestimmt.
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Die
neuen Schnittstellen bezüglich des neuen Reservekonzepts
bestimmen sich daher zu:
Weiche Grenze Luftpfad = harte Grenze
Luftpfad – dmrVAB
Weiche Grenze Zündwinkelpfad
= MN (harte Grenze Zündwinkelpfad, miopt-dmrVAB).
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Dies
wird im Folgenden unter Bezug auf 2, 3 und 4 weiter
erläutert.
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Das
in 2 dargestellte Blockschaltbild erläutert
die Aufteilung des Gesamtmoments auf diverse Stellpfade und die
verbrennungsmotorinterne Berücksichtigung von Reserveanforderungen.
Mit Bezugsziffer 21 ist ein Funktionsmodul bezeichnet,
das eine Aufteilung einer über den Eingang 20 dem
Funktionsmodul zugeführten Momentenanforderung auf verschiedene
Stelleinrichtungen ermöglicht. Eine derartige Momentenanforderung
kann beispielsweise von dem Fahrer ausgehen, der seine Momentenanforderung über
das Fahrpedal kund tut. Alternativ und/oder zusätzlich
können Momentenanforderungen von der Leerlaufregelung (LLR)
oder von dem Fahrgeschwindigkeitsregler (FGR) stammen. Über einen
ersten Stellpfad 22 auf der Ausgangsseite des Funktionsmoduls 21 (Ausgang 21a)
kann eine Momentenanforderung, zumindest teilweise, schnell umgesetzt
werden, da dieser Stellpfad für die Steuerung der elektrischen
Maschine 4 vorgesehen ist. Über einen zweiten
Stellpfad 23 auf der Ausgangsseite des Funktionsmoduls 21 (Ausgang 21b)
kann eine Momentenanforderung ebenfalls schnell umgesetzt werden,
indem über eine Änderung des Zündwinkels
in die Steuerung des Verbrennungsmotors 2 eingegriffen
wird (Zündwinkelpfad). Der Stellpfad 23 ist dazu
mit einem ersten Eingang eines Funktionsmoduls 25 verbunden.
An einem zweiten Eingang des Funktionsmoduls 25 steht über
die Leitung 24 der Maximalwert des Verstellbereichs des
Zündwinkels an, der als oberer Grenzwert nicht überschritten werden
kann. An dem Ausgang 26 des Funktionsmoduls 25 wird
dem Verbrennungsmotor 2 ein über den schnellen
Stellpfad, das heißt über die Verstellung des
Zündwinkels, bereitzustellender Sollwert zugeleitet. Über
einen dritten Stellpfad 27 auf der Ausgangsseite des Funktionsmoduls 21 (Ausgang 21c)
kann schließlich eine Momentenanforderung an den Verbrennungsmotor 2 über
eine Steuerung des Luftpfads bewirkt werden. Diese ist eigentlich
immer langsamer als die schnellere Verstellmöglichkeit über eine Änderung
des Zündwinkels. Der Stellpfad 27 führt
zu einem ersten Eingang eines Funktionsmoduls 29. Einem
zweiten Eingang dieses Funktionsmoduls 29 wird dem Funktionsmodul 29 die
durch eine Reserveanforderung bedingte Erhöhung 28 der Luftmasse
zugeführt. An dem Ausgang des Funktionsmoduls 29 wird über
die Leitung 30 einem anschließenden Kennfeld 32 ein
von dem Funktionsmodul 29 aus den ihm zugeführten
Eingangsgrößen gebildeter Sollwert zugeleitet.
Einem zweiten Eingang des Kennfelds 32 wird die Drehzahl
nmot des Verbrennungsmotors 2 zugeleitet.
An dem Ausgang 33 des Kennfelds 33 steht die den
Eingangsgrößen des Kennfelds 32 zugeordnete
Sollfüllung zur Verfügung. Diese wird dem Eingang
des Kennfelds 34 als Istfüllung zugeleitet. An
dem Ausgang 35 wird die Größe miopt bereitgestellt.
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Reserveanforderungen
des Typs B und des Typs C werden im Folgenden noch anhand der in 3 und 4 dargestellten
Graphen erläutert.
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Zunächst
wird dabei auf die Reserveanforderung des Typs B (3)
eingegangen. Die in 3 dargestellten Graphen B1,
B2, B3, B4, B5, B6 sind einer gemeinsamen Zeitachse zugeordnet (Zeit
t). Der Graph B1 in 3 repräsentiert eine
Reserveanforderung dmrB, beispielsweise für die Aufheizung
des Katalysators des Fahrzeugs, um diesen schneller auf die erforderliche
Betriebstemperatur zu bringen. Der Graph B2 repräsentiert
das Basismoment, das am Ausgang 35 (2) bereitgestellt
wird und der harten Grenze Luftpfad entspricht. Der Graph B3 repräsentiert
den Fahrerwunsch und stellt das Sollmoment für den Luftpfad
ohne Reserveanforderung dar (Bezugsziffer 27 in 2).
Der Graph B4 stellt das rückgemeldete Moment dar und entspricht
der weichen Grenze des Luftpfads. Der Graph B5 stellt das Sollmoment
für den Luftpfad dar und entspricht der Summe von Fahrerwunsch
und Reserveanforderung (Bezugsziffer 30 in 2).
Der Graph B6 repräsentiert den Eingriff in die elektrische
Maschine.
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Die
Aufheizung des Katalysators (siehe Reserveanforderung gemäß Graph
B1) soll durch eine Verschlechterung des Wirkungsgrads des Verbrennungsmotors 2 bewirkt
werden, was zur Folge hat, dass der Abgasluftmassenstrom mehr thermische Energie
beinhaltet. Dem stromab des Verbrennungsmotors 2 liegenden
Katalysator wird demzufolge auch mehr thermische Energie zugeführt.
Gemäß Graph B1 wird die genannte Reserveanforderung zum
Zeitpunkt T0 aktiviert und zu dem Zeitpunkt T3 wieder deaktiviert.
Idealerweise soll die zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads
des Verbrennungsmotors 2 führende maximale Anforderung
einer Momentenreserve des Typs B (dmrmxB) sofort in vollem Umfang
zur Verfügung stehen, da nur so beispielsweise eine schnellstmögliche
Wirkungsgradverschlechterung, beispielsweise eine schnellstmögliche
Aufheizung des Katalysators auf seine Betriebstemperatur, ermöglicht
werden kann. Das rückgemeldete Moment (Graph B4) bestimmt
sich aus der Differenz des Basismoments (mibas) und des motorintern
umgesetzten Anteils (dmrVB) der Reserveanforderung dmrB des Typs
B. Das rückgemeldete Moment wird sich in gewünschter
Weise sprunghaft ändern (Graph 1), falls gilt dmrVB = dmrxB.
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Idealerweise
soll weiterhin der Fahrer dadurch keine Einbuße des Fahrkomforts
hinnehmen müssen. Dies ist nur dann möglich, wenn
ihm das von ihm angeforderte Moment weiterhin praktisch unverändert,
in voller Höhe, zur Verfügung steht. Dies ist
dadurch möglich, dass die elektrische Maschine 4, wie
durch Graph B6 in 3 dargestellt, das fehlende
positive Moment zum Zeitpunkt T0 auf einem schnellen Stellpfad,
also praktisch zeitverzugslos, bereitstellt. Wie Graph B4 zeigt,
würde ohne Unterstützung durch die elektrische
Maschine 4, das motorintern zur Verfügung stehende
Drehmoment zum Zeitpunkt T0 stark absinken. Das Drehmoment würde
allerdings nur dann absinken, wenn die weiche Grenze (Graph B4)
eingehalten würde. Aber in dem Funktionsmodul 21 (2)
würde dann weiterhin das dem Fahrerwunsch entsprechende
Moment eingestellt werden, sofern dieses unterhalb der harten Grenze
(siehe Graph B2) liegt. Dieses Absinken wird nun vorteilhaft durch
den Eingriff der elektrischen Maschine 4 kompensiert.
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Etwa
zum Zeitpunkt T1 wird der Eingriff der elektrischen Maschine 4 wieder
zurückgenommen, da das motorintern bereitgestellte Moment
durch Steuerung des Luftpfads inzwischen so stark angewachsen ist,
dass die elektrische Maschine 4 keine Unterstützung
mehr leisten muss. Die motorinterne Verschlechterung des Wirkungsgrads
ist erreicht. Das heißt, dass der Fahrerwunsch trotz der
gewollten Verschlechterung des Wirkungsgrads durch den Verbrennungsmotor 2 erfüllt
werden kann. Zum Zeitpunkt T3 hat der Katalysator seine Betriebstemperatur
erreicht und muss nicht weiter aufgeheizt werden. Demzufolge kann
der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors wieder verbessert werden.
Um den Momentanstieg des Verbrennungsmotors zu kompensieren, wird
zum Zeitpunkt T3 die nunmehr als Generator wirkende elektrische
Maschine 4 bis zum Zeitpunkt T4 zugeschaltet.
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Unter
Bezug auf 4 wird nun beispielhaft eine
Reserveranforderung des Typs C erläutert, die das Ziel hat,
den Luftmassenstrom zu erhöhen.
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Wie
in 3, sind auch die hier dargestellten Graphen C1,
B2, B3, B5, B6 einer gemeinsamen Zeitachse zugeordnet (Zeit t).
Der Graph C1 in 4 repräsentiert eine
Reserveanforderung des Typs dmrC, beispielsweise für die
Erhöhung des Luftmassenstroms. Der Graph 82 repräsentiert
das Basismoment, das am Ausgang 35 (2) bereitgestellt
wird und der harten Grenze Luftpfad entspricht. Der Graph B3 repräsentiert
den Fahrerwunsch und stellt das Sollmoment für den Luftpfad
ohne Reserveanforderung dar (Bezugsziffer 27 in 2).
Der Graph B5 stellt das Sollmoment für den Luftpfad dar
und entspricht der Summe von Fahrerwunsch und Reserveanforderung
(Bezugsziffer 30 in 2). Der
Graph B6 repräsentiert den Eingriff in die elektrische
Maschine.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10128758
A1 [0004]
- - DE 1020050375553 [0005]