DE102007036402A1 - Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine, Steuergerät und Fahrzeug - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, wobei die Elektromaschine abhängig von fahrzustandsbezogenen Messgrößen als Generator betrieben wird (Rekuperation), ist dadurch gekennzeichnet, dass anhand der fahrzustandsbezogenen Messgrößen berechnet wird, ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wobei für diesen Fall ein fahrdynamischer Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorgesehen ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein entsprechendes Steuergerät bzw. Fahrzeug.
- Aus der
US 6070953 ist ein Bremssystem für ein Hybridfahrzeug bekannt, wobei eine Elektromaschine des Hybridfahrzeugs, abhängig von fahrzustandsbezogenen Messgrößen, als Generator angesteuert wird (Rekuperation). - Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das gattungsgemäße Verfahren weiter zu verbessern.
- Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildung der Erfindung.
- Erfindungsgemäß wird anhand der fahrzustandsbezogenen Messgrößen berechnet, ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wobei für diesen Fall ein fahrdynamischer Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorgesehen ist. Anders ausgedrückt ist in fahrdynamischen Grenzsituationen nicht eine Rekuperation unter energetischen Gesichtspunkten vorgesehen, sondern eine solche unter fahrdynamischen Gesichtspunkten. Damit wird das Moment der Elektromaschine als Stellgröße zur Fahrdynamikregelung verwendet. Über die Anpassung der Rekuperation werden also die Fahrstabilität und das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflusst. Dies kann sowohl im Bremsbetrieb als auch im Schleppbetrieb erfolgen, d. h. sowohl bei laufendem Verbrennungsmotor als auch dann, wenn dieser ausgeschaltet ist. Insbesondere ermöglicht die Erfindung also einen fahrdynamischen Regeleingriff bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor.
- Es erfolgt also keine starre Steuerung der Rekuperation, sondern eine individuelle fahrdynamische Regelung. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, eine herkömmliche, energetische Rekuperationsstrategie so lange wie möglich bzw. gewünscht weiter zu verfolgen. Ein Eingriff in diese Rekuperationsstrategie erfolgt also nur zeitweise, nämlich dann wenn sich das Fahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich befindet. In einem derartigen fahrdynamischen Grenzbereich, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, können durch die Rekuperation eingebrachte Schleppmomente zu einem instabilen Fahrverhalten führen. Dies ist jedoch stets abhängig von den aktuellen Gegebenheiten, welche durch die fahrzustandsbezogenen Messgrößen berücksichtigt werden. Damit wird eine starre Steuerung, die z. B. nur den Kurvenradius und nicht die Fahrbahneigenschaften usw. berücksichtigt, vermieden. Zum anderen ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit eines zusätzlichen Regeleingriffs in die Fahrdynamik. Indem das Elektromaschinenmoment als weitere Stellgröße genutzt wird, ergeben sich mithin neue Möglichkeiten und Strategien bei der Fahrdynamikregelung.
- Bevorzugt ist vorgesehen, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine, d. h. die Rekuperation, im fahrdynamischen Grenzbereich auszusetzen bzw. zu vermindern, zur Spurstabilisierung des Fahrzeugs durch höhere Seitenkräfte. Die bei der Rekuperation an den Antriebsachsen aufgebauten Längskräfte, die das Schleppmoment eines Verbrennungsmotors weiter verstärken, werden dadurch reduziert.
- Bevorzugt ist vorgesehen, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine, zur Steigerung der Fahragilität zu erhöhen. Damit werden aktiv Längskräfte ins Fahrzeug eingebracht und so die Seitenkraft verringert, zur Steigerung der Fahragilität.
- Zur zeitnahen Reaktion der fahrdynamischen Regelung ist eine laufende Wiederberechnung vorgesehen. In dem beispielsweise alle 50 Millisekunden erneut bestimmt wird, ob sich das Fahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, ist eine schnelle Erkennung sowie ein entsprechender Regeleingriff durch das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine (Rekuperation) möglich.
- Bevorzugt erfolgt die Bestimmung, ob der fahrdynamische Grenzbereich vorliegt, unter Verwendung eines Beobachters, insbesondere eines Kalmanfilters. Dies stellt ein bewährtes Werkzeug dar, um aus verschiedenen Messgrößen eine Bewertung des aktuellen Fahrzustandes vorzunehmen.
- Mit Vorteil wird vorgeschlagen, den fahrdynamischen Grenzbereich einstellbar vorzusehen, insbesondere abhängig von der Stellung eines Sport/Economy- bzw. Onroad/Offroad-Wahlelements. Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung der Regelstrategie, ohne dass der Fahrer mit zusätzlichen Bedienelementen konfrontiert wird.
- Als Messgrößen zur Bestimmung, ob das Fahrzeug sich im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, werden bevorzugt Querbeschleunigung, Geschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Gierrate des Fahrzeugs verwendet. Diese Messwerte sind üblicherweise bereits im Fahrzeug vorhanden, beispielsweise auf einem CAN-Bus abrufbar, und somit einfach für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar.
- Wenn das Fahrzeug sich nicht im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wird bevorzugt soviel Moment an der Elektromaschine (Rekuperation) vorgesehen, wie für den Betrieb des Bordnetzes und/oder die Ladung des elektrischen Energiespeichers, z. B. der Fahrzeugbatterie, notwendig ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, einen Pufferbereich für die Ladung des elektrischen Energiespeichers vorzusehen, der freigehalten wird um im Bedarfsfalle einen Regeleingriff durch das Moment der Elektromaschine vornehmen zu können. Die beim Regeleingriff anfallende elektrische Energie wird dann in diesem Pufferbereich gespeichert. Dabei kann der Pufferbereich auch variabel gehalten werden, beispielsweise abhängig davon ob das Fahrzeug sich gerade in der Stadt oder auf einer Autobahn befindet.
- Besonders bevorzugt eingesetzt wird das Verfahren bei einem Parallelhybrid. Hierbei weist das Hybridfahrzeug insbesondere eine Elektromaschine auf, die im Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist. Bei dieser Auslegung ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit, im fahrdynamischen Grenzbereich einen fahrdynamischen Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorzusehen. Denn in dieser Konstellation ist die Elektromaschine üblicherweise ausreichend dimensioniert, um eine entsprechende Wirkung des Regeleingriffs zu erzielen. Zum anderen ist eine relativ einfache Regelung möglich, da nur eine Elektromaschine betrachtet werden muss die zudem im Antriebsstrang selbst vorgesehen ist.
- Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die Fig. schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
- Dargestellt ist eine Ansteuerlogik für die Elektromaschine eines Hybridfahrzeugs. Hierbei wird das Moment der Elektromaschine eingestellt, beim Betrieb der Elektromaschine als Generator zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Fahrzeugbewegung. Das einzustellende Moment resultiert aus der Und-Verknüpfung zweier Regelstrategien, nämlich einer energetischen Rekuperationsstrategie
1 und einer fahrdynamischen Rekuperationsstrategie2 . Die energetische Rekuperationsstrategie ist in herkömmlicher Weise ausgeführt, indem die Nutzung der Elektromaschine als Generator abhängig z. B. von den Erfordernissen des elektrischen Energiespeichers und/oder des Bordnetzes vorgesehen sind. Damit wird der Betrieb des Moments der Elektromaschine als Generator durch Messgrößen A gesteuert. - In besonderen Situationen, nämlich in einem fahrdynamischen Grenzbereich, ist nun jedoch eine geänderte Regelstrategie
2 vorgesehen. Dazu werden fahrzustandsbezogene Messgrößen B ausgewertet, die die Fahrdynamik des Fahrzeugs beschreiben. Dies sind die über einen Neigungsmesser gemessene Querbeschleunigung, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Lenkwinkeleinschlag und die über einen Kreisel gemessene Gierrate des Fahrzeugs. Diese Messgrößen liegen auf dem CAN-Bussystem des Fahrzeugs vor und werden nun von einer gesonderten Programmlogik verarbeitet. Diese Programmlogik kann beispielsweise in einem Steuergerät im Fahrzeug vorgesehen sein. Die Programmlogik umfasst dabei einen Beobachter K, z. B. eine Kaiman-Filter, der den anhand der aktuellen fahrzustandsbezogenen Messgrößen B festgestellten Ist-Fahrzustand bewertet und mit einem Soll-Fahrzustand vergleicht. Wenn die Abweichung des Ist-Fahrzustandes vom Soll-Fahrzustand einen Grenzwert überschreitet, d. h. wenn das Fahrzeug sich im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, erfolgt ein Regeleingriff anhand des Moments der Elektromaschine. In dem das Moment der Elektromaschine verringert wird, d. h. die Leistung als Generator vermindert wird, werden die an der Antriebsachse aufgebauten Längskräfte verringert. Dies verbessert die Fahrstabilität des Fahrzeugs im Schleppbetrieb, indem die Längskräfte reduziert und damit höhere Seitenkräfte ermöglicht werden. Dieser Regeleingriff ermöglicht mithin eine höhere Spurstabilität, ohne dass die Betriebsbremsen des Fahrzeugs eingesetzt werden müssten. - Zudem kann vorgesehen sein, dass die herkömmliche energetische Rekuperationsstrategie
1 geändert wird, indem der fahrzeugseitige elektrische Energiespeicher nicht stets voll aufgeladen wird. Vielmehr ist ein Pufferbereich vorgesehen, um im Bedarfsfall das Moment der Elektromaschine erhöhen zu können und so aktiv Längskräfte ins Fahrzeug einzubringen. Mithin werden die Seitenkräfte des Fahrzeugs verringert und die Fahragilität gesteigert. Zur Bestimmung der notwendigen Größe des Pufferbereichs werden beispielsweise die Positionen des Fahrzeugs (Stadt oder Autobahn) bzw. das bisherige Beschleunigungsverhalten des Fahrers herangezogen. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- - US 6070953 [0002]
Claims (9)
- Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, wobei die Elektromaschine abhängig von fahrzustandsbezogenen Messgrößen als Generator betrieben wird (Rekuperation), dadurch gekennzeichnet, dass anhand der fahrzustandsbezogenen Messgrößen berechnet wird, ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wobei für diesen Fall ein fahrdynamischer Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorgesehen ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei vorgesehen ist, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine auszusetzen bzw. zu vermindern, zur Spurstabilisierung des Fahrzeugs durch höhere Seitenkräfte.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei vorgesehen ist, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine zu erhöhen, zur Steigerung der Fahragilität durch aktive Einbringung von Längskräfte ins Fahrzeug.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine laufende Wiederberechnung vorgesehen ist ob sich das Fahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich befindet.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnung, ob ein fahrdynamischer Grenzbereich vorliegt, unter Verwendung eines Beobachters, insbesondere eines Kalmanfilters, vorgenommen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der fahrdynamische Grenzbereich einstellbar vorgesehen ist, insbesondere abhängig von der Stellung eines Sport/Economy- bzw. Onroad/Offroad-Wahlelements.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als fahrzustandsbezogene Messgrößen insbesondere Querbeschleunigung, Geschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Gierrate des Fahrzeugs verwendet werden.
- Steuergerät für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, eingerichtet zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
- Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, umfassend ein Steuergerät nach Anspruch 8.
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