DE102007047712A1

DE102007047712A1 - Leerlaufdrehzahlregelung bei einem Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102007047712A1
Application number: DE102007047712A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Juenemann; Andreas Seel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-09
Also published as: JP5562244B2; JP2010540334A; EP2197721A2; WO2009047114A2; US20100274423A1; KR20100075472A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für Hybridfahrzeuge mit Elektromotor und Verbrennungsmotor zur Drehzahlregelung des Elektromotors. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs, Erfassen eines Wunschdrehmoments und Vergleichen der Fahrgeschwindigkeit mit einem Fahrgeschwindigkeit-Mindestwert. Wenn ein Wunschdrehmoment unterhalb eines Drehmoment-Minimalwerts erfasst wird und das Vergleichen zum Ergebnis führt, dass die Fahrgeschwindigkeit nicht über dem Fahrgeschwindigkeit-Mindestwert liegt, wird der Elektromotor auf eine Leerlauf-Solldrehzahl geregelt, die unterhalb der Leerlauf-Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von Regelungsverfahren für Hybridfahrzeuge, deren Antriebsaggregat sowohl einen Elektromotor als auch einen Verbrennungsmotor umfasst. Je nach Leistungsanfrage und Fahrsituation wird der Verbrennungsmotor eingeschaltet, dessen Rotationsenergie auf den Elektromotor übertragen wird und/oder zur Fortbewegung des Fahrzeugs verwendet wird. Im Allgemeinen sorgen Getriebe und Kupplungen für die geeignete mechanische Verbindung zwischen Elektromotor und Verbrennungsmotor.
Die Anmeldung EP 1 571 315 A2 beschreibt eine Leerlaufzahl-Steuerung eines Antriebsaggregats mit einem Verbrennungsmotor, der während des Startvorgangs mit einem Starter angetrieben wird. Es sind zwei Drehzahlen vorgesehen, die nacheinander angesteuert werden.
Verbrennungsmotoren weisen naturgemäß eine Leerlaufdrehzahl auf, die minimal ungefähr 600 Umdrehungen pro Minute beträgt, da niedrigere Drehzahlen zu Instabilitäten führen können, beispielsweise dazu, dass der Verbrennungsmotor ausgeht, insbesondere bei Anfahrsituationen bzw. beim Ankuppeln des Verbrennungsmotors. Eine derartige minimale Leerlaufdrehzahl wird bei allen Verbrennungsmotoren eingehalten, unabhängig davon, ob diese in Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, oder nicht. Gemäß dem Stand der Technik werden auch Elektromotoren in Hybridfahrzeugen mit einer Mindestleerlaufdrehzahl vorgesehen, die der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors entspricht. Dies dient insbesondere dazu, das Fahrzeug mit einem Fahrverhalten auch bei Elektroantrieb auszustatten, das mit dem Fahrverhalten von verbrennungsmotorbetriebenen Fahrzeugen übereinstimmt. Wie auch bei Verbrennungsmotoren ergibt sich so bei angekoppeltem Antrieb ein Schleichfahrtverhalten wie es bereits bei Fahrten mit eingekoppeltem ersten Gang eines mittels Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeug bekannt ist.
Insbesondere bei derartigen Schleichfahrten, bei denen der Elektromotor als Antrieb dient, ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad und eine erhöhte Abnutzung von Kupplungsele menten oder anderen Elementen, die zur Übertragung der Rotation zwischen Antriebsaggregat und Abtrieb dienen. Ist der Fahrzeugantrieb abgekoppelt, ergibt sich durch die hohe Leerlaufdrehzahl des Motors ein wesentlicher Energieverbrauch, der nicht zur Bewegung des Fahrzeugs beiträgt. Insbesondere bei Verwendung von hydraulischen Drehmomentwandlern ergibt sich ein schlechter Wirkungsgrad, im wesentlichen aufgrund des Drehmomentwandlers eine mechanische Last darstellt.
Erfindungsgemäß wird daher die Leerlaufdrehzahl des Elektromotors niedriger vorgesehen als die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors, um so die Vorteile des Elektromotors gegenüber dem Verbrennungsmotor im Leerlauf nutzen zu können. Gleichzeitig wird das Fahrverhalten nicht beeinträchtigt, da das Absenken der Leerlaufdrehzahl des Elektromotors unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors mit einer Abfrage verbunden ist, mit der erkannt werden kann, ob die Leerlaufdrehzahl überhaupt einen Einfluss auf das Fahrverhalten haben kann. Die Abfrage umfasst die Beurteilung bzw. Abfrage der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder die Beurteilung bzw. Abfrage eines Wunschdrehmoments. Hierbei wird durch einen einfachen Vergleich der Fahrgeschwindigkeit mit einem Fahrgeschwindigkeit-Mindestwert erfasst, ob die Fahrgeschwindigkeit einer Schleichfahrt, einer sehr langsamen Fahrt oder einem Stillstand entspricht, woraus geschlossen wird, ob aufgrund der langsamen Geschwindigkeit eine Änderung der Drehzahl überhaupt zu einer merklichen Änderung des Fahrverhaltens führt. Durch Erfassen eines Wunschdrehmoments wird überprüft, ob der Fahrer eine bestimmte Drehzahl bzw. ein bestimmtes Drehmoment zur Beschleunigung anfordert, oder ob eine Verringerung der Drehzahl zur Verbesserung des Wirkungsgrads mit dem Wunschdrehmoment vereinbar ist. Hierzu wird ein Wunschdrehmoment, das vom Fahrer über ein Fahrpedal und/oder ein Bremspedal eingegeben wird, mit einem Drehmoment-Minimalwert verglichen, wobei dadurch ermittelt wird, ob das vom Fahrer erwünschte Drehmoment vernachlässigbar bzw. null ist. Insbesondere aus der Betätigung des Bremspedals wird geschlossen, dass eine Verringerung der Drehzahl des Elektromotors mit dem gewünschten Fahrverhalten vereinbar ist.
Als Drehzahl des Elektromotors wird hierbei die Drehzahl der Antriebswelle des Elektromotors bezeichnet. Diese kann identisch mit der Rotordrehzahl des Elektromotors sein oder kann durch eine Über- oder Untersetzung ein Vielfaches oder ein Bruchteil hiervon sein.
Erfindungsgemäß werden beide Abfragen über eine logische ODER-Verknüpfung verbunden, so dass die Leerlauf-Solldrehzahl unter die Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors abgesenkt wird, wenn die Fahrgeschwindigkeit oder das Wunschdrehmoment derart gering sind. dass die Änderung des Fahrverhaltens durch die Absenkung auf die Leerlauf- Solldrehzahl vernachlässigbar ist oder vom Fahrer nicht erkannt werden kann. Gemäß einer weiteren Ausführung werden die Ergebnisse der beiden Abfragen über eine UND-Verknüpfung kombiniert. Vorzugsweise wird ermittelt, ob die Fahrgeschwindigkeit null beträgt, wobei diesem einen Fahrgeschwindigkeit-Schwellwert von 0 km/h entspricht. Gleichzeitig wird ermittelt, ob ein nicht vernachlässigbares Wunschdrehmoment vorliegt. Hierzu wird erfasst, ob der Fahrer bremst oder einen Leerlaufgang eingelegt hat, woraus sich schließen lässt, dass das angeforderte Drehmoment bzw. das Wunschdrehmoment null ist bzw. vernachlässigbar ist. Wird aufgrund der Erfassung von Fahrgeschwindigkeit und Wunschdrehmoment ermittelt, dass das Fahrverhalten durch eine Reduktion der Leerlauf-Solldrehzahl nicht beeinträchtigt werden kann, so wird der Elektromotor auf eine Leerlauf-Solldrehzahl geregelt, die unterhalb der Leerlauf-Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors liegt.
Eine derartige Regelung entspricht den üblichen Regelungsmechanismen, bei denen ein Sollwert vorgegeben wird, ein Istwert gemessen wird, und dadurch der Fehler, d. h. die Differenz zwischen Ist- und Sollwert ermittelt wird. Durch die geeignete Rückkopplung des Fehlers zur Beeinflussung einer Stellgröße wird erreicht, dass der Istwert dem Sollwert so lange angenähert wird, bis der Istwert als Regelgröße auf dem Sollwert liegt. Übliche Regelmechanismen, die auch zur Realisierung der Erfindung verwendet werden können, umfassen eine negative Rückkopplung des Fehlers sowie ein Verstärkungselement P, ein Verzögerungs-Differenzialelement D und/oder ein Integralelement I. Die verwendeten Regler können somit P-, PI-, PD- oder PID-Regler sein. Die Ist- bzw. Sollgröße der Regelung sind in der Erfindung als tatsächliche Drehzahl des Elektromotors bzw. als Soll-Leerlaufdrehzahl bzw. Solldrehzahl des Elektromotors vorgesehen, die Stellgröße des Regelungsmechanismus wird in der Erfindung als Erregungssignal des Elektromotors realisiert, beispielsweise als Geschwindigkeit bzw. Stärke eines rotierenden E-Feldes oder als Erregungsstrom einer oder mehrerer Erregerwicklungen des Elektromotors. Als Stellgröße bzw. Stellgrößen werden daher bei Asynchronmaschinen die Geschwindigkeit und/oder die Stärke des umlaufenden Drehfeldes verwendet, bei Synchronmaschinen die Stärke bzw. die Geschwindigkeit des elektrischen Drehfeldes und bei Gleichstrommaschinen der durch die Erregerwicklung fließende Strom und der durch die Ankerwicklung fließende Strom. Die Geschwindigkeit in diesem Zusammenhang bezogen auf elektrische Maschinen umfasst: Winkelgeschwindigkeit, Umlaufgeschwindigkeit, vorgegebene Drehzahl oder vorgegebene Drehfeldfrequenz.
Die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und das Wunschdrehmoment müssen nicht notwendigerweise exakt gleich null sein, um ein Absenken der Leerlauf-Solldrehzahl auszulösen. Stattdessen können sowohl Wunschdrehmoment als auch Fahrgeschwindigkeit leicht über null liegen bzw. einen Wert aufweisen, der hinsichtlich der Änderung des Fahrverhaltens unwesentlich ist. Daher liegt der Fahrgeschwindigkeit-Schwellwert vorzugsweise unter 0,1 km/h, unter 5 km/h, oder unter einem anderen Geschwindigkeitswert, bei dem die Änderung des Fahrverhaltens durch Absenken der Leerlaufdrehzahl nicht wesentlich ist. In gleicher Weise kann die Bremspedalstellung, die Leerlaufstellung des Getriebes oder die Fahrpedalstellung erfasst werden. Insbesondere kann bei nur minimaler Betätigung des Fahrpedals erfindungsgemäß davon ausgegangen werden, dass eine Absenkung der Leerlauf-Solldrehzahl nur einen unwesentlichen bzw. einen vom Fahrer tolerierbaren Einfluss auf das Fahrverhalten hat.
Dementsprechend kann die Leerlauf-Solldrehzahl nur geringfügig unter die Leerlauf-Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors abgesenkt werden, beispielsweise von 600 Umdrehungen pro Minute auf 500 Umdrehungen pro Minute, wenn eine stärkere Reduktion der Drehzahl zu einer wesentlichen unerwünschten Änderung des Fahrverhaltens führen würde. Die Stärke der Absenkung bzw. die Höhe der Differenz zwischen Leerlauf-Solldrehzahl und Leerlauf-Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors kann daher abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und abhängig vom Wunschdrehmoment vorgesehen werden, wobei die Differenz umso geringer ausfällt, je höher das Wunschdrehmoment bzw. je höher die Fahrgeschwindigkeit ist. Hierzu können eine lineare gewichtete Summe oder andere Funktion verwendet werden, die Wunschdrehmoment und Fahrgeschwindigkeit in geeigneter gewichteter Weise kombiniert und daraus Leerlauf-Solldrehzahl bzw. die Stärke der Absenkung der Drehzahl gegenüber der Leerlauf-Drehzahl des Verbrennungsmotors errechnet. Wunschdrehmoment und Fahrgeschwindigkeit können somit zu einem Maß kombiniert werden, das die Sensitivität gegenüber Drehzahlabsenkungen und die durch den Fahrer erfassbare Beeinflussung des Fahrverhaltens darstellt. Ist die Sensitivität gering, beispielsweise im Stillstand oder bei ausgekoppelter Gangschaltung, dann kann die Drehzahl sehr stark abgesenkt werden, beispielsweise auf null, wohingegen bei hoher Sensitivität, beispielsweise bei einer Fahrgeschwindigkeit von über 2 km/h, die Leerlaufdrehzahl nur geringfügig unter den Wert abgesenkt wird, der für Verbrennungsmotoren üblich ist, beispielsweise auf 400 bis 500 Umdrehungen pro Minute.
Als weitere beeinflussende Größe kann eine mechanische Last vorgesehen sein, die die Rotationsbewegung des Elektromotors abbremst, beispielsweise ein hydraulischer Drehmomentwandler. Das Drehmoment, das durch die Abbremsung vom Elektromotor auf die mechanische Last übergeht, kann als weitere beeinflussende Stellgröße verwendet werden. Beispielsweise wird daher die Leerlauf-Solldrehzahl derart gewählt, dass die Drehmomentabgabe an die mechanische Last einen bestimmten Drehmomentabgabe-Schwellwert nicht überschreitet, wobei die Drehmomentabgabe von der Drehzahl des Elektromotors direkt abhängt. Eine derartige Regelung grenzt die Leerlauf-Solldrehzahl nach oben ab, wobei die Grenze durch den Drehmomentabgabe-Schwellwert definiert ist. Die Differenz zwischen tatsächlicher Drehmomentabgabe und Drehmomentabgabe-Schwellwert bzw. die Höhe der Drehmomentabgabe selbst kann erfasst werden und als weiterer gewichteter Faktor bei der oben beschriebenen Berechnung der Leerlauf-Solldrehzahl verwendet werden. Hierbei wird vorzugsweise berücksichtig, dass die Drehmomentabgabe umso mehr ins Gewicht fällt, je näher sich die Leerlauf-Solldrehzahl an der Leerlauf-Mindestdrehzahl befindet und daher im umgekehrten Maße wie das Wunschdrehmoment und die Fahrgeschwindigkeit die Berechnung der Leerlauf-Solldrehzahl beeinflusst.
Hydraulische Drehmomentwandler werden verwendet, um den Elektromotor mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs zu koppeln, wobei der Drehmomentwandler stoßartige Beschleunigungsänderungen abfängt. In einem hydraulischen Drehmomentwandler sind Abtriebsseite und Antriebsseite des Drehmomentwandlers über Hydraulikflüssigkeit miteinander verbunden, so dass bei einem Drehzahlunterschied die hydraulische Flüssigkeit, beispielsweise Öl, über eine Turbine miteinander verbindet. Je größer der Drehzahlunterschied ist, desto größer ist der Drehmomentübertrag von Abtriebsseite zu Antriebsseite des Drehmomentwandlers. Läuft die Abtriebsseite synchron mit den Rädern des Fahrzeugs und die Antriebsseite synchron mit dem Elektromotor, so stellt der Drehmomentwandler eine mechanische Last dar, wenn die Drehzahl der Abtriebsseite um eine Drehzahldifferenz geringer als die Drehzahl der Antriebsseite ist. Gemäß einer Ausführung der Erfindung wird der Elektromotor derart geregelt, dass die Drehzahldifferenz null ist, wobei vorzugsweise die Drehzahldifferenz ungleich null ist, beispielsweise konstant, und somit die Leerlaufdrehzahl leicht unterhalb der Drehzahl der Antriebsseite, d. h. der Turbinendrehzahl nachgeführt wird. Gemäß einer weiteren Ausführung wird bei der Verwendung eines Drehmomentwandlers die Drehzahl des Elektromotors und somit auch die Drehzahldifferenz derart geregelt, dass die Drehmomentabgabe, d. h. das Drehmoment, welches vom Elektromotor an den Drehmomentwandler abgegeben wird, einen vorbestimmten Wert aufweist, beispielsweise einen konstanten Wert größer null. Wie auch die Drehzahldifferenz kann die Drehmomentabgabe ebenfalls einen Wert von gleich null aufweisen, beispielsweise bei getrennter Kupplung. Vorzugsweise wird die Drehmomentabgabe jedoch auf einem geringen, vorbestimmten Wert gehalten, indem die Drehzahl des Elektromotors bezogen auf die Drehzahl der Abtriebsseite des Drehmomentwandlers entsprechend geregelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird bei der Regelung der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors bzw. der Leerlauf-Solldrehzahl der Elektromotor als Generator betrieben, um somit ein Rekuperieren zu erlauben. Beim Rekuperieren wird die kinetische Energie des Fahrzeugs durch Abbremsen über einen als Generator betriebenen Elektromo tor in elektrisch speicherbare Energie umgewandelt und in einem elektrischen Speicher gespeichert. Um den Wirkungsgrad beim Rekuperieren möglichst hoch vorzusehen, wird daher erfindungsgemäß der zum Antrieb vorgesehene Elektromotor als Generator betrieben, und die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors (die sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis zwischen Rad und Elektromotor ergibt) wird so effizient wie möglich zur Energieerzeugung verwendet. Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Erfassen der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors. Die Leerlauf-Solldrehzahl des Elektromotors entspricht in diesem Fall dem Ziel der Regelung, d. h. die Regelgröße, wobei die tatsächliche Drehzahl die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors wiedergibt und die Leerlauf-Solldrehzahl beispielsweise das umlaufende Drehfeld widerspiegelt. Dem Fachmann ist aus der Funktionsweise von elektrischen Maschinen bekannt, dass Phasen- bzw. Geschwindigkeitsunterschiede zwischen dem Rotor und Stator zu induzierter Spannung führen, die als generierte elektrische Leistung abgeführt werden kann. Um daher eine hohe Generatorleistung zu erreichen, wird die Differenz zwischen tatsächlicher Drehzahl und Leerlauf-Solldrehzahl so hoch wie möglich vorgesehen, wobei sich vorzugsweise bei geringen tatsächlichen Drehzahlen die eingestellte Leerlauf-Solldrehzahl von der tatsächlichen Drehzahl des Elektromotors stark unterscheidet, und bei höheren tatsächlichen Drehzahlen eine geringere Differenz vorgesehen wird. Dadurch wird insbesondere bei geringen Drehzahlen noch eine hohe Generatorleistung erzeugt, wodurch der Wirkungsgrad erhöht wird. Die Differenz zwischen Leerlauf-Solldrehzahl und tatsächlicher Drehzahl beeinflusst ferner in direkter Weise die Abbremsung des Fahrzeugs, so dass vorzugsweise die Differenz begrenzt ist oder entsprechend geregelt wird, um die Geschwindigkeitsabnahme zu begrenzen. Ferner kann die Differenz vom Ladezustand des elektrischen Energiespeichers abhängen, so dass bei hohem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers nur eine geringe Differenz vorgesehen wird, um die Generatorleistung zu reduzieren, und bei geringem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers die Differenz derart vorgesehen wird, dass sich eine hohe Generatorleistung ergibt, um den elektrischen Energiespeicher schnell aufzuladen. Vorzugsweise wird der Wirkungsgrad des Rekuperierens erhöht, indem ein gegebenenfalls vorliegender Drehmomentwandler oder eine Kupplung, die diesen mit der elektrischen Maschine verbindet, geöffnet wird, so dass das an den Drehmomentwandler abgegebene Drehmoment vernachlässigbar ist und nahezu die gesamte Rotationsleistung durch den als Generator betriebenen Elektromotor in zu speichernde elektrische Energie umgewandelt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung werden weitere mechanische Lasten, die den Elektromotor abbremsen, berücksichtigt, beispielsweise ein Getriebe, das eine Mindesteingangsdrehzahl zur Aufrechterhaltung des Öldrucks erfordert. Weitere mechanische Lasten, die eine Mindestdrehzahl erfordern, sind beispielsweise Klimaanlage, Lichtma schine oder andere Einrichtungen, die eine minimale Drehzahl bzw. minimale mechanische Rotationsleistung erfordern. Daher wird vorzugsweise das Regelungsverfahren mit einer Mindest-Solldrehzahl vorgesehen, beispielsweise mindestens 50, mindestens 100, mindestens 150 oder mindestens 200 Umdrehungen pro Minute, die nicht unterschritten wird. Vorzugsweise wird die Mindestdrehzahl auch dann nicht unterschritten, wenn andere, oben beschriebene Regelungskomponenten eine Verringerug der Leerlauf-Solldrehzahl erfordern würden.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ein Toleranzmaß vom Fahrer eingegeben, das die Bereitschaft widerspiegelt, eine Änderung des Fahrverhaltens zugunsten eines verbesserten Wirkungsgrads zu tolerieren. Eine derartige Eingabe kann mindestens einen der oben beschriebenen Schwellwerte oder Mindestwerte beeinflussen, beispielsweise den Fahrgeschwindigkeits-Schwellwert, unterhalb dem das erfindungsgemäße Regelungsverfahren die Leerlauf-Solldrehzahl unterhalb der Leerlauf-Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors vorsehen kann. Ferner kann eine derartige Eingabe den Betätigungsschwellwert beeinflussen, der sich auf die Betätigung des Fahrpedals des Fahrzeugs bezieht, wodurch, falls eine hohe Toleranzbereitschaft angegeben ist, die Betätigung des Fahrpedals nicht vollständig, sondern nur teilweise die Leerlaufdrehzahl und die Leerlauf-Solldrehzahl beeinflusst. Anstatt oder in Kombination mit einer Eingabe eines Toleranzmaßes, das sich auf die Änderung des Fahrverhaltens durch das Regelungsverfahren bezieht, können Betriebsparameter wie noch zur Verfügung stehende Reichweite, Ladezustand der Batterie, Füllstand des Treibstofftanks usw., dazu verwendet werden, die Stärke des Einflusses des Regelungsverfahrens auf die Drehzahl zu bestimmen. Verbleibt beispielsweise nur wenig Treibstoff im Tank, weist die Batterie einen geringen Ladezustand auf, oder soll aus anderen Gründen ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreicht werden, so kann das Regelungsverfahren durch Modifikation der Mindestwerte, Minimalwerte oder Schwellwerte derart angepasst werden, dass der Wirkungsgrad zu Lasten einer starken Änderung des Fahrverhaltens erhöht wird. Erfordert der Fahrerwunsch, dass das erfindungsgemäße Regelungsverfahren stärker in die Leerlaufregelung eingreift, wird zwar der Wirkungsgrad erhöht, aber gleichzeitig das Fahrverhalten stark verändert. Die Stärke des Eingriffs durch das Regelungsverfahren in die Regelung des Drehmoments hängt von den oben beschriebenen Mindestwerten, Minimalwerten und Schwellwerten ab, die wiederum von Fahrereingaben abhängen.
Das Regelungsverfahren kann mittels Software, Hardware oder einer Kombination hiervon realisiert werden. Vorzugsweise wird das Regelungsverfahren zumindest teilweise in Software realisiert, die auf einem Controller abläuft, wobei der Controller an eine Schnittstelle angeschlossen ist oder eine Schnittstelle umfasst, über die Steuersignale an bzw. Einstel lungen der Leerlauf-Solldrehzahl abgegeben werden. Eine derartige Schnittstelle kann ferner Eingänge umfassen, die Drehzahlen, Drehmomenteingaben, d. h. Eingaben des Wunschdrehmoments, die Fahrgeschwindigkeit oder weitere oben beschriebene Betriebsgrößen des Hybridfahrzeugs erfasst. Die Führung bzw. Nachführung der tatsächlichen Drehzahl zu der Leerlauf-Solldrehzahl, die von dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren vorgegeben wird, kann ein üblicher Soll-Istwert-Regler durchführen, der ebenfalls als Software, Hardware oder einer Kombination hiervon in Form eines Mikrocontrollers mit Speicher realisiert wird, die in Kombination das erfindungsgemäße Regelungsverfahren implementieren.
Zur Erfassung der oben beschriebenen Betriebsparameter des Fahrzeugs können bereits im Fahrzeug vorhandene Sensoren verwendet werden, oder es kann eine Datenschnittstelle vorgesehen werden, die einer Daten verarbeitenden Einheit angehört, an die mindestens einer der Sensoren angeschlossen ist.
Das Regelungsverfahren eignet sich für Seriell-Hybridantriebe und insbesondere für Parallel-Hybridantriebe.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Anhand der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die 1 zeigt Drehzahlverläufe, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt, sowie einen Drehzahlverlauf nach dem Stand der Technik, der zum Vergleich dient.
Ausführungsformen der Erfindung
In der 1 ist ein Drehzahlverlauf dargestellt, der sich bei Ausführen des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens ergibt. Die Drehzahl ist auf der y-Achse aufgetragen und ist mit N bezeichnet, wohingegen die Zeit entlang der x-Achse aufgetragen ist und mit t bezeichnet ist. Die durchgehende Linie in dem Diagramm stellt die tatsächliche Drehzahl eines Elektromotors dar, wie sie im Verlauf der Ausführungen des erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens auftritt. Bis zum Zeitpunkt t₀ wird das Fahrzeug mit einer konstanten hohen Fahrgeschwindigkeit gefahren, die mit einer konstanten hohen Drehzahl N_fahr verknüpft ist. Ab dem Zeitpunkt t₀ wird gemäß dem Fahrerwunsch die Fahrgeschwindigkeit und somit auch die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors verringert. Durch den Fahrerwunsch verringert sich die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors kontinuierlich und er reicht zum Zeitpunkt t₁ die Leerlauf-Mindestdrehzahl N_mi _n _, _VB, die der Mindestdrehzahl des Verbrennungsmotors entspricht. Wie bereits bemerkt, weisen Verbrennungsmotoren prinzipiell Mindestdrehzahlen auf, unterhalb denen instabile Betriebszustände auftreten. Gemäß dem Stand der Technik würde ab dem Zeitpunkt t₁ diese Leerlauf-Mindestdrehzahl N_{min, VB} auch für den Elektromotor aufrechterhalten werden. Jedoch sieht das erfindungsgemäße Regelungsverfahren ab dem Zeitpunkt t₁ eine weitere Verringerung vor, da erfindungsgemäß durch den Betrieb des Elektromotors die Leerlauf-Mindestdrehzahlen eines Verbrennungsmotors nicht berücksichtigt werden müssen. Zum Zeitpunkt t₂ erreicht die tatsächliche Drehzahl eine Leerlauf-Solldrehzahl N_{leer1, EM}, die ab dem Zeitpunkt t₁ vorgegeben wird und aufgrund der Trägheit des Elektromotors und der Regelung zum Zeitpunkt t₂ erreicht wird. Die Differenz zwischen der Leerlauf-Mindestdrehzahl N_{min, VB} und der Leerlauf-Solldrehzahl N_{lee1, EM} entspricht in direkter Weise der Wirkungsgradverbesserung, die sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen lässt.
Während eine erste, vorbestimmte und konstante Leerlauf-Solldrehzahl N_{leer1, EM} einen relativ hohen Wert aufweist, wird gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung eine sehr geringe Leerlauf-Solldrehzahl N_leer2,
EM vorgesehen, die ebenfalls ab dem Zeitpunkt t₁ angesteuert wird und durch den Regelungsmechanismus verfolgt wird, und die zum Zeitpunkt t₃ erreicht wird. Aus 1 ist ersichtlich, dass die Leerlauf-Solldrehzahl N_leer2,
EM einen Wert hat, der sich nur geringfügig von null unterscheidet, beispielsweise um für bestimmte Verbraucher eine minimale Drehzahl vorzusehen. Der entsprechende Verlauf der tatsächlichen Drehzahl ist mit N_EM als gestrichelte Linie dargestellt.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird ebenfalls eine sehr niedrige Leerlauf-Solldrehzahl vorgesehen, die jedoch etwas über der Leerlauf-Solldrehzahl N_leer2,
EM liegt. Der Verlauf der tatsächlichen Drehzahl ist in der 1 mit N_turb als punktierter Verlauf dargestellt. Da gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei der der Elektromotor über einen Drehmomentwandler mit dem Abtrieb verbunden ist, ein geringes Drehmoment an den Drehmomentwandler abgegeben wird, besteht eine geringe Drehzahldifferenz ab dem Zeitpunkt t₃, wobei N_EM die Drehzahl der Abtriebsseite darstellt und die Drehzahl N_turb die Drehzahl der Antriebsseite ist. Hierbei bezeichnet die Abtriebsseite denjenigen Anschluss des Drehmomentwandlers, der mit dem Rad verbunden ist, und die Antriebsseite denjenigen Anschluss des Drehmomentwandlers, der mit dem Elektromotor verbunden ist. Dadurch wird der Drehmomentwandler unter einer gewissen Vorspannung gehalten, die jedoch gleichzeitig gering genug ist, um den Wirkungsgrad des Elektromotors nicht wesentlich zu verschlechtern. Die Drehzahl der Abtriebsseite N_EM, die ab dem Zeitpunkt t₃ im Wesentlichen null ist, entspricht einer Fahrgeschwindigkeit von im Wesentlichen null, und der geringe Abstand zwischen der Drehzahl N_turb und der Zeitachse ab dem Zeitpunkt t₃ entspricht einer Restdrehzahl, mit der sich der Elektromotor dreht und mit der der Elektromotor gegen den Drehmomentwandler läuft. Ist ab dem Zeitpunkt t₂ die Kupplung zwischen Elektromotor und Rad geöffnet, so findet keine Drehmomentabgabe an den Drehmomentwandler statt.
Im Allgemeinen kann in der 1 zum Zeitpunkt t₀ ein Wunschdrehmoment unterhalb eines Drehmoment-Minimalwerts erfasst werden, beispielsweise durch Auskoppeln des Elektromotors oder durch Betätigen der Bremse.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1571315 A2 [0002]

Claims

Regelungsverfahren für Hybridfahrzeuge mit Elektromotor und Verbrennungsmotor zur Drehzahlregelung des Elektromotors, umfassend: Erfassen der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs; Erfassen eines Wunschdrehmoments; und Vergleichen der Fahrgeschwindigkeit mit einem Fahrgeschwindigkeit-Mindestwert; wobei, wenn ein Wunschdrehmoment unterhalb eines Drehmoment-Minimalwerts erfasst wird und das Vergleichen zum Ergebnis führt, dass die Fahrgeschwindigkeit nicht über dem Fahrgeschwindigkeit-Mindestwert liegt, der Elektromotor auf eine Leerlauf-Solldrehzahl (N_{leer, EM}) geregelt wird, die unterhalb der Leerlauf-Mindestdrehzahl (N_{min, VB}) des Verbrennungsmotors liegt.
Regelungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Erfassen eines Wunschdrehmoments unterhalb eines Minimalwerts umfasst: Erfassen einer Betätigung eines Bremspedals und/oder Erfassen einer Leerlaufstellung eines Getriebes, das den Elektromotor mit dem Abtrieb des Fahrzeugs steuerbar verbindet und/oder Erfassen eines Betätigungszustands eines Fahrpedals des Fahrzeugs, der einer nicht vorhandenen Betätigung entspricht oder der einem Betätigungsgrad unterhalb eines Betätigungsschwellwerts entspricht.
Regelungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei Fahrgeschwindigkeit-Schwellwert unter 0.1 km/h, unter 0.2 km/h, unter 0.5 km/h, unter 1 km/h, unter 2 km/h, oder unter 5 km/h liegt oder der Fahrgeschwindigkeit-Schwellwert im wesentlichen 0 km/h beträgt und durch Erkennen eines Radstillstands erfasst wird.
Regelungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leerlauf-Solldrehzahl (N_leer _, _EM) des Elektromotors kleiner oder gleich 500 × 1/min, kleiner oder gleich 400 × 1/min, kleiner oder gleich 200 × 1/min, kleiner oder gleich 100 × 1/min oder kleiner oder gleich 50 × 1/min ist oder ca. 0 × 1/min beträgt.
Regelungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leerlauf-Solldrehzahl (N_{leer, EM}) des Elektromotors, die eine Stellgröße der Regelung darstellt, derart geregelt wird, dass eine Drehmomentabgabe, die eine Regelgröße der Regelung darstellt, an eine mechanische Last, die mit dem Elektromotor verbunden ist, einen Drehmomentabgabe-Schwellwert nicht überschreitet.
Regelungsverfahren nach Anspruch 5, wobei die mechanische Last einen Drehmomentwandler mit einer Abtriebseite und einer Antriebseite, mit der der Elektromotor verbunden ist, umfasst, wobei, wenn die Drehzahl der Abtriebseite (N_EM) um eine Drehzahldifferenz geringer als die Drehzahl der Antriebseite (N_turb) ist, die Drehzahl geregelt wird, um die Drehzahldifferenz auf einem vorbestimmten Wert zu halten und/oder geregelt wird, um die Drehmomentabgabe auf einem vorbestimmten Wert zu halten.
Regelungsverfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner einen Schritt des Erfassens der tatsächlicher Drehzahl des Elektromotors umfasst, wobei der Elektromotor als Generator betrieben wird, und das Regeln des Elektromotor auf eine Leerlauf-Solldrehzahl (N_leer _, _EM) das Erregen des Elektromotors gemäß der Leerlauf-Solldrehzahl (N_{leer, EM}) umfasst, wobei die Differenz zwischen eingestellter Leerlauf-Solldrehzahl (N_leer,
EM) und tatsächlicher Drehzahl des Elektromotors mit abnehmender tatsächlicher Drehzahl zunimmt und/oder wobei die Differenz zwischen eingestellter Leerlauf-Solldrehzahl (N_leer _, _EM) und tatsächlicher Drehzahl des Elektromotors mit bei geringem Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers, der von dem als Generator betriebenen Elektromotor geladen wird, größer ist, als die Differenz zwischen eingestellter Leerlauf-Solldrehzahl (N_{leer, EM}) und tatsächlicher Drehzahl des Elektromotors bei einem Ladezustand, der über dem geringen Ladezustand liegt.
Drehzahlregler zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors, der als Antriebsaggregat eines Hybridfahrzeugs verwendet wird, mit einem Eingang, der eingerichtet ist, Fahrgeschwindigkeitsdaten des Fahrzeugs zu empfangen, mit einem Eingang der eingerichtet ist, Wunschdrehmomentdaten zu empfangen; und mit einem Vergleicher, der die Fahrgeschwindigkeitsdaten mit einem Fahrgeschwindigkeit-Mindestwert vergleicht, wobei der Drehzahlregler eine mit einem Ausgang des Drehzahlreglers verbundene Regeleinrichtung umfasst, und der Drehzahlregler eingerichtet ist, über die Regeleinrichtung und über den damit verbundenen Ausgang des Drehzahlreglers ein Stellwertsignal abzugeben, mit dem die Leerlauf-Solldrehzahl (N_{leer, EM}) des Elektromotors gemäß einem der vorangehenden Regelungsverfahren geregelt wird.
Drehzahlregler nach Anspruch 8, der ferner einen Eingang umfasst, der eingerichtet ist, Drehmomentabgabedaten des Elektromotors zu empfangen, wobei der Vergleicher ferner eingerichtet ist, die Drehmomentabgabedaten mit einem Drehmomentabgabe-Schwellwert zu vergleichen und/oder der ferner einen Anschluss umfasst, der eingerichtet ist, die Drehzahldifferenz zwischen einer Abtriebseite und einer Antriebseite eines Drehmomentwandlers zu erfassen und die Regeleinrichtung ferner eingerichtet ist, die Drehzahldifferenz oder die Drehmomentabgabe auf einen vorbestimmten Wert zu regeln.
Drehzahlregler nach Anspruch 8 oder 9, der ferner einen Eingang umfasst, der eingerichtet ist, Daten über die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors zu erfassen und/oder der ferner einen Eingang umfasst, der eingerichtet ist, Ladezustandsdaten eines elektrischen Energiespeichers, mit dem Elektromotor verbunden ist, zu erfassen.