DE102007059869A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine, wobei das Antriebssystem eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines auf einen Antriebsstrang wirkenden Antriebsmoments, eine mit der Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine aufweist. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung derart ausgebildet, dass ein in dieser hinterlegtes Kennfeld zur Vorsteuerung der Brennkraftmaschine oder ein in dieser hinterlegtes Kennfeld zur Vorsteuerung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer ermittelten Drehzahldifferenz aus Soll-Leerlaufdrehzahl und Ist-Leerlaufdrehzahl adaptiert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
  • Aus der DE 197 04 153 A1 sind ein Antriebssystem und ein Verfahren zum Entgegenwirken einer Änderung der Leerlaufdrehzahl in einem Antriebssystem bekannt, wobei im Leerlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine etwaig auftretende Drehzahlschwankungen dadurch ausgeglichen werden, dass über eine elektrische Maschine ein bremsendes oder ein antreibendes Drehmoment erzeugt wird, welches der auftretenden Drehzahlschwankung entgegenwirkt.
  • Des Weiteren ist aus der DE 10 2004 012 522 B3 ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Momentenvorhalt für die Ausregelung von Drehzahleinbrüchen (z. B. durch Zuschaltung von Nebenaggregaten wie Lenkhilfe, Klimaanlage oder dergleichen) im Leerlaufbetrieb dadurch erreicht wird, dass ausgehend von einer bestimmten Luft-Kraftstoffgemischverteilung die zuzuführende Luftmasse erhöht und dadurch das Luft-Kraftstoffgemisch abgemagert und ein erster Momentenvorhalt erzeugt wird – der wiederum im Falle einer positiven Momentenanforderung durch Anfettung des engestellten Luft-Kraftstoffgemisches sehr schnell abgerufen werden kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem bzw. ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine anzugeben, wodurch eine möglichst stabile Leerlaufdrehzahl im Leerlaufbetrieb gewährleistet wird. Insbesondere soll ferner gewährleistet werden, dass Drehzahl stabilisierende Eingriffe der elektrischen Maschine nicht unnötig oft erfolgen.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass in den Fällen, in denen die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine kennfeldgesteuert voreingestellt wird und auftretende Leerlaufdrehzahlschwankungen über schnelle Drehmoment-Eingriffe der elektrischen Maschine ausgeglichen werden, gegebenenfalls unnötige Eingriffe über die elektrische Maschine erfolgen. Diese unnötigen Eingriffe können z. B. darauf zurückgeführt werden, dass die Vorsteuerkennfelder zur Steuerung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine zu ungenau erstellt worden sind oder Verschleißerscheinungen der Brennkraftmaschine nicht ausreichend berücksichtigt werden.
  • Insbesondere bei Hybridantrieben umfassend einen Antriebsstrang mit einer Brennkraftmaschine und mit einer elektrischen Maschine erfolgt die Leerlaufregelung in der Regel durch Eingriffe mittels der elektrischen Maschine. Über die elektrische Maschine können auftretende Leerlaufdrehzahlschwankungen schnell ausgeregelt werden, so dass eine über die Brennkraftmaschine hierfür vorgesehene Momentreserve wegfallen oder zumindest reduziert und somit eine entsprechende Kraftstoffeinsparung realisiert werden kann. Der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine wird dabei derart vorgesteuert, dass die systembedingt vorhandenen Verlustmomente (Reibungsverluste) kompensiert werden. Die elektrische Maschine gleich somit im Idealfall, bei einer passend applizierten Vorsteuerung der Brennkraftmaschine, lediglich auftretende dynamische Störungen aus. Wenn die Vorsteuerkennfelder nicht exakt appliziert sind, muss die elektrische Maschine zusätzlich zu den dynamisch auftretenden Störungen den stationären Momentfehler ausgleichen, und hierfür entweder dauerhaft generatorisch oder motorisch arbeiten und eingreifen. Erst wenn der Ladezustand der Batterie (insbesondere aufgrund des stationären Momentfehlers) eine vorbestimmte Ladezustandsgrenze erreicht (bzw. zu hoch oder niedrig ist) wird der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch eine übergeordnete Ladezustandsregelung abgesenkt oder angehoben. Dies führt dazu, dass der mit der elektrischen Maschine gekoppelte elektrische Energiespeicher unnötig zyklisiert wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst, während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung angegeben sind.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches eine Brennkraftmaschine zur Erzeugung eines auf einen Antriebsstrang wirkenden Antriebsmoments, eine mit der Brennkraftmaschine gekoppelte elektrische Maschine zur Erzeugung eines Leerlaufdrehzahlschwankungen ausgleichenden Drehmoments sowie eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer vorbestimmten Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine umfasst, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass ein in dieser hinterlegtes Kennfeld zur Vorsteuerung der Brennkraftmaschine oder ein in dieser hinterlegtes Kennfeld zur Vorsteuerung der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einer ermittelten Drehzahldifferenz aus Soll-Leerlaufdrehzahl und Ist-Leerlaufdrehzahl (oder einer hiermit korrelierenden Größe) adaptiert wird.
  • Analog hierzu sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs – wobei die Brennkraftmaschine zum Ausgleich von Schwankungen der Leerlaufdrehzahl mit einer motorisch als auch generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine gekoppelt ist – vor, dass die elektrische Maschine die Brennkraftmaschine bei auftretenden Leerlaufdrehzahlschwankungen mit einem antreibenden oder mit einem bremsenden Drehmoment beaufschlagt, wobei die Brennkraftmaschine über eine kennfeldbasierte Vorsteuereinrichtung auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl (allg.: Regelgröße) voreingestellt wird, und parallel hierzu die elektrische Maschine über eine Reglereinrichtung in Abhängigkeit von einer erfassten Drehzahldifferenz zwischen einer vorbestimmten Soll-Leerlaufdrehzahl und einer ermittelten Ist-Leerlaufdrehzahl (Regelgrößendifferenz), zum Ausgleich der ermittelten Drehzahldifferenz (Regelgrößendifferenz), angesteuert wird und das Kennfeld der kennfeldbasierten Vorsteuereinrichtung in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz (Regelgrößendifferenz) adaptiert wird.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer einzigen Zeichnungsfigur erläutert. Dabei zeigt 1 in stark schematisierter Weise ein Antriebssystem gemäß der Erfindung, umfassend eine Brennkraftmaschine 2 zur Erzeugung eines auf zumindest ein Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs wirkenden Antriebsmoments, eine mit der Brennkraftmaschine 2 kraft- bzw. drehmomentmäßig gekoppelte elektrische Maschine 4 sowie eine sowohl die Brennkraftmaschine 2 als auch die elektrische Maschine 4 ansteuernde Steuereinrichtung 6. Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Brennkraftmaschine 2, bei Detektion eines vorliegenden Leerlaufbetriebs, über eine kennfeldbasierte Vorsteuereinrichtung 6a zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl nIst angesteuert. Hierfür wird der Brennkraftmaschine 2 in Abhängigkeit von vorbestimmten Betriebsparametern P, wie der Motortemperatur TMot, der Umgebungslufttemperatur, dem Verschleißgrad der Brennkraftmaschine (oder Teilen hiervon) und/oder anderen ausgewählten Betriebsparametern eine Sollgröße in Form eines Sollmoments MSoll oder einer Solldrehzahl nSoll vorgegeben und anschließend über Stellglieder (Zündung, Kraftstoffzufuhr, ...) eingestellt. Parallel dazu wird die eingestellte Leerlaufdrehzahl nIst von der Steuereinrichtung 6 über eine Reglereinrichtung 6b überwacht und bei Auftreten von Leerlaufdrehzahlschwankungen eine Differenzstellgröße in Form eines Differenzdrehmoments Mdelta (oder einer Differenzdrehzahl ndelta) erzeugt, welche dem Drehmoment (Antriebsmoment) der Brennkraftmaschine 2 entgegenwirkt und so die vorbestimmte Leerlaufdrehzahl stabilisiert.
  • Des Weiteren wird über die Steuereinrichtung 6 das aufgrund von Drehzahlschwankungen erfolgende Eingreifverhalten der elektrischen Maschine 4 überwacht und in Abhängigkeit von diesem Überwachungsergebnis das Vorsteuerkennfeld ggf. adaptiert. Der adaptive Eingriff auf das Vorsteuerkennfeld der Vorsteuereinrichtung 6a ist in 1 schematisch dargestellt durch einen, eine Filtereinrichtung F (hier beispielsweise als Tiefpass dargestellt) aufweisenden, Wirkungspfad zwischen der Reglereinrichtung 6b (bzw. dem Ausgang derselben) und der Vorsteuereinrichtung 6a. In Abhängigkeit vom Eingreifverhalten der elektrischen Maschine 4 – bzw. der auszugleichenden Drehzahldifferenz in Verbindung mit der jeweils vorliegenden Betriebssituation (z. B. welche Nebenaggregate sind aktiviert) des Kraftfahrzeugs – kann das Vorsteuerkennfeld zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 2 adaptiert oder unverändert beibehalten werden.
  • Wenn etwa das Vorsteuerkennfeld zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 2 nicht exakt appliziert worden ist (wobei die Applikation in der Regel auf der Basis der auftretenden Reibungsverluste innerhalb der Brennkraftmaschine 2 erfolgt), werden durch die elektrische Maschine 4 die auftretenden stationären Momentenfehler (bzw. die hieraus resultierenden Drehzahlabweichungen) durch dauerhaften generatorischen oder motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4 ausgeglichen. Hierdurch werden die Bordnetzbatterie oder andere angebundene elektrische Energiespeicher unnötig zyklisiert, da der elektrische Energiespeicher bei Erreichen vorbestimmter Ladezustandsgrenzen über eine übergeordnete Ladezustandsregelung zwangsweise geladen bzw. entladen wird. Derartige Fehler, die quasi einen stationären Momentenoffset der elektrischen Maschine 4 bedingen, sollen durch eine entsprechende Applikation des Vorsteuerkennfeldes beseitigt werden.
  • Für den Fall, dass das überwachte Eingreifverhalten der elektrischen Maschine 4 auf das Zu- oder Abschalten etwaig vorhandener Nebenaggregate zurückgeführt werden kann (also Betriebszustände, die nur einen zeitlich begrenzten Momentenoffset der elektrischen Maschine 4 bedingen), soll eine Adaption des Vorsteuerkennfeldes zur Ansteuerung der Brennkraftmaschine 2 unterbleiben.
  • Eine Adaption des Vorsteuerkennfeldes soll ausschließlich bei Erkennen von dauerhaft bzw. stationär vorliegenden Eingriffen der elektrischen Maschine 4 erfolgen und somit (diese beseitigen und) ein effizienteres Eingreifverhalten der elektrischen Maschine 4 gewährleisten. Durch die beschriebene Vorgehensweise wird neben einer Vermeidung einer unnötigen Batteriezyklisierung eine verbesserte Leerlaufqualität sichergestellt. Zusätzlich kann eine Einsparung von Kraftstoff erzielt werden, da eine ggf. vorhandene Momentreserve für den Ausgleich von Leerlaufdrehzahlschwankungen reduziert werden oder wegfallen kann.
  • Besonders geeignet erscheint der Einsatz des erfindungsgemäßen Antriebssystems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Hybridfahrzeugen, die neben einer Brennkraftmaschine noch eine elektrische Maschine zur Erzeugung von auf die Antriebsräder eines Kraftfahrzeugs wirkenden Antriebsmoment aufweisen. Bei Hybridkonzepten mit elektrifizierten Nebenaggregaten und ohne Drehmomentenwandler im Getriebe ist die Zuordnung zu einem Fehler im motorreibungsbasierten Vorsteuerkennfeld eindeutig. Im Falle von mechanischen Nebenaggregaten oder Drehmomentenwandlern muss die Adaption des Vorsteuerkennfeldes dies berücksichtigen – z. B. durch Sperrung der Adaption bei eingeschalteter Klimaanlage oder bei Auftreten von Lenkvorgängen mit Lenkunterstützung.
  • Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel eingeschränkt, sondern umfasst vielmehr auch gleich wirkende Ausführungsformen. Insbesondere sei an dieser Stelle angemerkt, dass anstelle der Brennkraftmaschine 2 die elektrische Maschine 4 über eine Vorsteuerung angesteuert und anstelle der elektrischen Maschine 4 die Brennkraftmaschine 2 über eine Reglereinrichtung angesteuert werden können – also die Brennkraftmaschine 2 und die elektrische Maschine gemäß 1 einfach vertauscht werden können.
  • 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
    • - DE 19704153 A1 [0002]
    • - DE 102004012522 B3 [0003]

Claims (3)

  1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend – eine Brennkraftmaschine (2) zur Erzeugung eines auf einen Antriebsstrang wirkenden Antriebsmoments, – eine mit der Brennkraftmaschine (2) gekoppelte und generatorisch als auch motorisch betreibbare elektrische Maschine (4), – eine Steuereinrichtung (6) zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuereinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass ein in dieser hinterlegtes Kennfeld zur Vorsteuerung der Brennkraftmaschine (2) oder ein in dieser hinterlegtes Kennfeld zur Vorsteuerung der elektrischen Maschine (4) in Abhängigkeit von einer ermittelten Drehzahldifferenz aus Soll-Leerlaufdrehzahl und Ist-Leerlaufdrehzahl oder einer hiermit korrelierenden Größe adaptiert wird.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass – die Brennkraftmaschine (2) über eine kennfeldbasierte Vorsteuereinrichtung (6a) auf eine vorbestimmte Regelgröße vorgesteuert wird und – die elektrische Maschine (4) über eine Reglereinrichtung (6b) zum Ausgleich von auftretenden Regelgrößendifferenzen angesteuert wird.
  3. Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Brennkraftmaschine (2) zum Ausgleich von Schwankungen der Leerlaufdrehzahl mit einer motorisch als auch generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine (4) gekoppelt ist, derart, dass die elektrische Maschine (4) die Brennkraftmaschine (2) bei auftretenden Leerlaufdrehzahlschwankungen mit einem antreibenden oder einem bremsenden Drehmoment beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, dass – die Brennkraftmaschine (2) über eine kennfeldbasierte Vorsteuereinrichtung (6a) auf eine vorbestimmte Leerlaufdrehzahl voreingestellt wird, und – die elektrische Maschine (4) über eine Reglereinrichtung (6b), in Abhängigkeit von einer erfassten Drehzahldifferenz zwischen einer vorbestimmten Soll-Leerlaufdrehzahl und einer ermittelten Ist-Leerlaufdrehzahl, zum Ausgleich der ermittelten Drehzahldifferenz angesteuert wird, und – das Kennfeld der kennfeldbasierten Vorsteuereinrichtung (6a) in Abhängigkeit von der Drehzahldifferenz adaptiert wird.
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