DE102007050773A1

DE102007050773A1 - Kraftfahrzeugsteuerungssystem

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Publication number: DE102007050773A1
Application number: DE102007050773A
Authority: DE
Inventors: Notker Dr. Amann; Christian Mittelberger; Stefan Blattner; Mesut Er; Johannes Dr. Kaltenbach; Winfried Dr. Fakler; Stefan Dipl.-Ing. Wallner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-10-24
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-04-30
Also published as: US20110166726A1; WO2009053294A1; US8290655B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb, mit mehreren in mindestens drei Subkomponenten, nämlich in eine Strategie-Subkomponente, eine Steuerungs-Subkomponente und eine Steller-Subkomponente, unterteilten Funktionskomponenten, nämlich zumindest einer Verbrennungsmotor-Funktionskomponente zur Steuerung des Verbrennungsmotors, einer Getriebe-Funktionskomponente zur Steuerung eines Getriebes und einer Hybrid-Funktionskomponente zur Steuerung des Elektromotors und einer zwischen den Verbrennungsmotor und den Elektromotor geschalteten Kupplung, wobei die Strategie-Subkomponente (8) der Hybrid-Funktionskomponente ein Betriebszustandsvorgabemodul umfasst, welches einen Sollwert für den Betriebszustand des Hybrida(9) übermittelt, und wobei ein möglicher Sollwert, den das Betriebszustandsvorgabemodul ermitteln kann, ein Vorwahlzustand Hybridfahrt ist, wobei dann, wenn das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente (8) den Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt an die Steuerungs-Subkomponente (9) übermittelt, die Strategie-Subkomponente (8) einen Wechsel vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt vorgibt, die Steuerungs-Subkomponente (9) jedoch selbst den Zeitpunkt der Ausführung und die Art der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb.
Ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem verfügt über mehrere Funktionskomponenten, so z. B. über eine Verbrennungsmotor-Funktionskomponente, eine Getriebe-Funktionskomponente, eine Bremse-Funktionskomponente und eine Batterie-Funktionskomponente, wobei die einzelnen Funktionskomponenten im Zusammenspiel miteinander den ordnungsgemäßen Betrieb eines Kraftfahrzeugs gewährleisten. Ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantrieb erfordert zusätzlich eine Hybrid-Funktionskomponente.
Bei aus der Praxis bekannten Kraftfahrzeugsteuerungssystemen zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybridantrieb wird ein Sollwert für einen Betriebszustand des Hybridantriebs mit Hilfe sogenannter Zustandsautomaten realisiert. Auf Grund der Vielzahl der bei Bestimmung eines Sollwerts für den Betriebszustand des Hybridantriebs zu berücksichtigenden Eingangsgrößen ergeben sich komplexe Zustandsautomaten, die einerseits nur mir großen Aufwand realisiert und andererseits nur mit großem Aufwand angepasst bzw. geändert werden können. Dies liegt auch daran, dass die Definition geeigneter Sollwerte für den Betriebszustand des Hybridantriebs Schwierigkeiten bereitet.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde ein neuartiges Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Kraftfahrzeugsteuerungssystem gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeugsteuerungssystem umfasst mehrere in mindestens drei Subkomponenten, nämlich in eine Strategie-Subkomponente, in eine Steuerungs-Subkomponente und in eine Steller-Subkomponente, unterteilte Funktionskomponenten, nämlich zumindest eine Verbrennungsmotor-Funktionskomponente zur Steuerung des Verbrennungsmotors, eine Getriebe-Funktionskomponente zur Steuerung eines Getriebes und eine Hybrid-Funktionskomponente zur Steuerung des Elektromotors und einer zwischen Verbrennungsmotor und Elektromotor geschalteten Kupplung, wobei die Strategie-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente ein Betriebszustandsvorgabemodul umfasst, welches einen Sollwert für den Betriebszustand des Hybridantriebs bestimmt und den Sollwert der Steuerungs-Subkomponente übermittelt, und wobei ein möglicher Sollwert, den das Betriebszustandsvorgabemodul ermitteln kann, ein Vorwahlzustand Hybridfahrt ist, wobei dann, wenn das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente den Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt an die Steuerungs-Subkomponente übermittelt, die Strategie-Subkomponente einen Wechsel vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt vorgibt, die Steuerungs-Subkomponente jedoch selbst den Zeitpunkt der Ausführung und die Art der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt bestimmt.
Beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystem wird als ein möglicher Sollwert, den das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente ermitteln kann, ein Vorwahlzustand Hybridfahrt eingeführt, der bedeutet, dass zwar prinzipiell ein Wechsel von dem Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt vorgegeben wird, die Steuerungs-Subkomponente jedoch selbst den Zeitpunkt der Ausführung sowie die Art der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt bestimmt.
Die Strategie-Subkomponente ist unabhängig von der konkreten Konfiguration des Antriebsstrangs und gibt demnach einen konfigurationsunabhängigen Sollwert vor. Die Steuerungs-Subkomponente, die von der konkreten Konfiguration des Antriebsstrangs abhängig ist, erzeugt aus dem konfigurationsunabhängigen Sollwert einen konfigurationsabhängigen Zielwert.
Hierdurch wird eine Entkopplung des Kraftfahrzeugsteuerungssystems zwischen konfigurationsabhängigen Funktionen und konfigurationsunabhängigen Funktionen realisiert. Sollwerte, welche das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente der Hybridfunktionskomponente ausgibt, sind für eine Vielzahl möglicher Antriebsstrangkonfigurationen geeignet, sodass dann, wenn sich eine Antriebsstrangkonfiguration ändert, Sollwerte des Betriebszustandsvorgabemoduls der Strategie-Subkomponente unverändert bleiben können.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein schematisiertes Blockschaltbild eines Kraftfahrzeugsteuerungssystems zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb.
1 zeigt ein schematisiertes Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugsteuerungssystems 1 zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb.
Das Kraftfahrzeugsteuerungssystem 1 umfasst mehrere in drei Subkomponenten unterteilte Funktionskomponenten 2, 3, 4, 5, 6 und 7, wobei jede dieser Funktionskomponenten 2 bis 7 in eine Strategie-Subkomponente 8, eine Steuerungs-Subkomponente 9 und eine Steller-Subkomponente 10 unterteilt ist. Bei diesen in mindestens drei Subkomponenten unterteilten Funktionskomponenten handelt es bei dem Ausführungsbeispiel der 1 um eine Verbrennungsmotor-Funktionskomponente 2 zur Steuerung des Verbrennungsmotors, um eine Getriebe-Funktionskomponente 3 zur Steuerung eines Getriebes, um eine Hybrid-Funktionskomponente 4 zur Steuerung des Elektromotors und einer zwischen den Verbrennungsmotor und den Elektromotor geschalteten Kupplung, um eine Batterie-Funktionskomponente 5 zur Steuerung einer Batterie, um eine Bremse-Funktionskomponente 6 zur Steuerung einer Bremse und um eine Retarder-Funktionskomponente 7 zur Steuerung eines Retarders.
Sämtliche Funktionskomponenten 2 bis 7 sind in drei Subkomponenten 8, 9 und 10 unterteilt, wobei die Steller-Subkomponente 10 der Hybrid-Funktionskomponente 4 ist in zwei Teilsubkomponenten untergliedert, nämlich in eine Teilsubkomponente 11 für den Elektromotor und eine Teilsubkomponente 12 für die zwischen den Elektromotor und den Verbrennungsmotor des Hybridantriebs geschaltete Kupplung.
Den Subkomponenten 8 bis 10 der Funktionskomponenten 2 bis 7 sind definierte Aufgaben bzw. Funktionalitäten zugeordnet. So dient die Strategie-Subkomponente 8 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 zumindest der Bestimmung mindestens eines Sollwerts für die jeweilige Funktionskomponente 2 bis 7, nämlich für die Steuerungs-Subkomponente 9 der jeweiligen Funktionskomponente 2 bis 7. Weiterhin dient die Strategie-Subkomponente 8 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 der Bestimmung von Daten zur Beeinflussung der Strategie-Subkomponente 8 mindestens einer anderen Funktionskomponente und der Steuerungs-Subkomponente 9 mindestens einer anderen Funktionskomponente.
Die Steuerungs-Subkomponente 9 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 dient der Überprüfung des oder jedes von der Strategie-Subkomponente 8 der jeweiligen Funktionskomponente 2 bis 7 bereitgestellten Sollwerts und damit der Bestimmung mindestens eines Zielwerts für die jeweilige Funktionskomponente. Weiterhin dient die Steuerungs-Subkomponente 9 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 der Bestimmung von Daten zur Beeinflussung der Strategie-Subkomponente 8 und/oder der Steuerungs-Subkomponente 9 mindestens einer anderen Funktionskomponente. Darüber hinaus dient die Steuerungs-Subkomponente 9 vorzugsweise der Rückmeldung mindestens eines Istwerts an die Strategie-Subkomponente 8 der jeweiligen Funktionskomponente.
Die Steller-Subkomponente 10 jeder Funktionskomponente 2 bis 7 dient zumindest der Umsetzung des oder jedes Zielwerts und der Rückmeldung mindestens eines Istwerts an die Steuerungs-Subkomponente 9 der jeweiligen Funktionskomponente 2 bis 7.
Zusätzlich zu den in drei Subkomponenten unterteilten Funktionskomponenten 2 bis 7 umfasst das Kraftfahrzeugsteuerungssystem 1 der 1 mehrere Funktionskomponenten 13, 14, 15 und 16, die eine Umgebung der Funktionskomponenten 2 bis 7 bilden. Bei den die Umgebung der Funktionselemente 2 bis 7 bildenden Funktionskomponenten 13 bis 16 handelt es sich in 1 um eine Fahrerwunscherkennungs-Funktionskomponente 13, die einen Momentwunsch und/oder einen Sportlichkeitswunsch auf Basis einer Fahrpedalbetätigung und/oder Bremspedalbetätigung ableitet, um eine Fahrsituationserkennungs-Funktionskomponente 14, die eine Kurvenfahrt und/oder Steigungsfahrt auf Basis von Querbeschleunigungssensoren und Neigungssensoren des Kraftfahrzeugs ableitet, um eine Bedienfelder-Funktionseinheit 15, die Wählhebel und Bedienelemente eines Getriebes und/oder Retarders abfragt, und eine Assistenzsystem-Funktionskomponente 16, die eine Momentvorgabe und/oder Geschwindigkeitsvorgabe bereitstellt.
Die Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 verfügt zumindest über ein Momentvorgabemodul und ein Betriebszustandsvorgabemodul. Das Momentvorgabemodul dient der Bestimmung eines Sollwerts für eine Momentverteilung eines Fahrerwunschmoments auf den Verbrennungsmotor und den Elektromotor des Hybridantriebs. Das Betriebszustandsvorgabemodul dient der Bestimmung eines Sollwerts für den Betriebszustand des Hybridantriebs.
Die Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 und damit das Betriebszustandsvorgabemodul derselben ist unabhängig von einer konkreten Antriebsstrangkonfiguration, sodass das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 einen konfigurationsunabhängigen Sollwert für den Betriebszustand des Hybridantriebs an die Steuerungs-Subkomponente 9 übermittelt. Als Sollwert bestimmt das Betriebszustandsvorgabemodul dabei einen der folgenden vier Betriebszustände: a) Elektrische Fahrt mit an den Abtrieb angekoppeltem Elektromotor und stillstehendem, vom Abtrieb abgekoppelten Verbrennungsmotor; b) Elektrische Fahrt mit an den Abtrieb angekoppeltem Elektromotor und laufendem, vom Abtrieb abgekoppeltem Verbrennungsmotor; c) Hybridfahrt mit an den Abtrieb angekoppeltem Elektromotor und laufendem, ebenfalls an den Abtrieb angekoppeltem Verbrennungsmotor; d) Vorwahlzustand Hybridfahrt.
Dann, wenn das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente den Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt bestimmt und denselben an die Steuerungs-Subkomponente 9 der Hybrid-Funktionskomponente 4 übermittelt, gibt die Strategie-Subkomponente 8 zwar prinzipiell einen Wechsel vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt vor, die Steuerungs-Subkomponente 9 bestimmt jedoch selbst den Zeitpunkt der Ausführung und die Art der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt.
In dem Fall, in welchem das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente 8 der Hybrid-Funktionskomponente 4 den Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt dann an die Strategie-Subkomponente 8 übermittelt, wenn sich der Hybridantrieb im Betriebszustand Elektrische Fahrt befindet, kann die Steuerungs-Subkomponente 9 den Vorwahlzustand Hybridfahrt und damit einen Wechsel vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt z. B. dann ausführen, wenn im Betriebszustand Elektrische Fahrt z. B. eine Schaltung auszuführen ist oder sich ein Wechsel vom Schubbetrieb in den Zugbetrieb des Kraftfahrzeugs einstellt.
Übermittelt die Strategie-Subkomponente 8 der Hybridfunktionskomponente 4 den Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt dann an die Steuerungs-Subkomponente 9, wenn das Kraftfahrzeug bei einem an den Abtrieb angekoppelten Elektromotor und bei einem stillstehenden, vom Abtrieb abgekoppelten Verbrennungsmotor stillsteht, so wartet die Steuerungs-Subkomponente 9 mit der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt so lange, bis vom Fahrer eine Anfahrt des Kraftfahrzeugs initiiert wird. In diesem Fall wird bei stillstehendem Kraftfahrzeug der Verbrennungsmotor für den Fahrer nicht unvermittelt gestartet, sondern vielmehr als Reaktion auf eine vom Fahrer initiierte Anfahrt.
Die Steuerungs-Subkomponente 9 wartet demnach mit der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt so lange, bis ohnehin eine Aktion im Antriebsstrang vorliegt, sodass der Wechsel vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt für den Fahrer nicht komfortmindernd bzw. möglichst wenig bemerkbar ist.
Aus der obigen Funktionsstruktur ergibt sich demnach, dass das Betriebszustandsvorgabemodul einen von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration des Kraftfahrzeugs unabhängigen Sollwert bereitstellt.
Die Steuerungs-Subkomponente generiert aus dem konfigurationsunabhängigen Sollwert einen konfigurationsabhängigen Zielwert. Beim Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt bestimmt darüber hinaus die Steuerungs-Subkomponente eigenständig den Zeitpunkt und die Art der Ausführung eines vorgegebenen Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt.

1: Kraftfahrzeugsteuerungssystem
2: Verbrennungsmotor-Funktionskomponente
3: Getriebe-Funktionskomponente
4: Hybrid-Funktionskomponente
5: Batterie-Funktionskomponente
6: Bremse-Funktionskomponente
7: Retarder-Funktionskomponente
8: Strategie-Subkomponente
9: Steuerungs-Subkomponente
10: Steller-Subkomponente
11: Teilsubkomponente
12: Teilsubkomponente
13: Fahrerwunscherkennungs-Funktionskomponente
14: Fahrsituationserkennungs-Funktionskomponente
15: Bedienfelder-Funktionseinheit
16: Assistenzsystem-Funktionskomponente

Claims

Kraftfahrzeugsteuerungssystem zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs mit einem einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor umfassenden Hybridantrieb, mit mehreren in mindestens drei Subkomponenten, nämlich in eine Strategie-Subkomponente (8), in eine Steuerungs-Subkomponente (9) und in eine Steller-Subkomponente (10), unterteilten Funktionskomponenten, nämlich zumindest einer Verbrennungsmotor-Funktionskomponente (2) zur Steuerung des Verbrennungsmotors, einer Getriebe-Funktionskomponente (3) zur Steuerung eines Getriebes und einer Hybrid-Funktionskomponente (4) zur Steuerung des Elektromotors und einer zwischen den Verbrennungsmotor und den Elektromotor geschalteten Kupplung, wobei die Strategie-Subkomponente (8) der Hybrid-Funktionskomponente (4) ein Betriebszustandsvorgabemodul umfasst, welches einen Sollwert für den Betriebszustand des Hybridantriebs bestimmt und der Steuerungs-Subkomponente (9) übermittelt, und wobei ein möglicher Sollwert, den das Betriebszustandsvorgabemodul ermitteln kann, ein Vorwahlzustand Hybridfahrt ist, wobei dann, wenn das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente (8) den Sollwert Vorwahlzustand Hybridfahrt an die Steuerungs-Subkomponente (9) übermittelt, die Strategie-Subkomponente (8) einen Wechsel vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt vorgibt, die Steuerungs-Subkomponente (9) jedoch selbst den Zeitpunkt der Ausführung und die Art der Ausführung des Wechsels vom Betriebszustand Elektrische Fahrt in den Betriebszustand Hybridfahrt bestimmt.
Kraftfahrzeugsteuerungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strategie-Subkomponenten (8) unabhängig von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration des Kraftfahrzeugs sind, sodass das Betriebszustandsvorgabemodul der Strategie-Subkomponente (8) der Hybrid-Funktionskomponente (4) einen konfigurationsunabhängigen Sollwert an die Steuerungs-Subkomponente (9) übermittelt.
Kraftfahrzeugsteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betriebszustandsvorgabemodul als Sollwert für den Betriebszustand des Hybridantriebs einen der folgenden Betriebszustände bestimmt: a) Elektrische Fahrt mit an den Abtrieb angekoppeltem Elektromotor und stillstehendem, vom Abtrieb abgekoppeltem Verbrennungsmotor; b) Elektrische Fahrt mit an den Abtrieb angekoppeltem Elektromotor und laufendem, vom Abtrieb abgekoppeltem Verbrennungsmotor; c) Hybridfahrt mit an den Abtrieb angekoppeltem Elektromotor und laufendem, an den Abtrieb angekoppeltem Verbrennungsmotor; d) Vorwahlzustand Hybridfahrt.
Kraftfahrzeugsteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs-Subkomponenten (9) abhängig von der konkreten Antriebsstrangkonfiguration des Kraftfahrzeugs sind, sodass die Steuerungs-Subkomponente der Hybrid-Funktionskomponente (4) aus dem konfigurationsunabhängigen Sollwert einen konfigurationsabhängigen Zielwert generiert.