DE102008053505B4 - Method for controlling a hybrid powertrain of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs (1) eines Kraftfahrzeuges (2), wobei der Hybridantriebsstrang (1) eine Kupplung (5) mit einem Kupplungseingang (6) und einem Kupplungsausgang (7) aufweist, wobei kupplungseingangsseitig eine Brennkraftmaschine (8) und ein an die Brennkraftmaschine (8) angekoppelter Generator (9) und kupplungsausgangsseitig ein Getriebe (10) sowie mindestens eine Elektromaschine (11) angeordnet ist, wobei in einem seriellen Betriebszustand die Kupplung (5) geöffnet ist und mit der Brennkraftmaschine (8) der Generator (9) angetrieben wird, durch den Generator (9) elektrische Leistung erzeugt wird und die elektrische Leistung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs (2) durch die mindestens eine Elektromaschine (11) verwendet wird, wobei in einem gekoppelten Betriebszustand die Kupplung (5) geschlossen ist und ein Kraftfluss von der Brennkraftmaschine (8) zum Getriebe (10) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand die Kupplung (5) bei Erreichen eines Synchrondrehzahlbereiches zwischen dem Kupplungseingang (6) und dem Kupplungsausgang (7) sprungartig, insbesondere digital geschlossen wird und beim Übergang vom gekoppelten Betriebszustand zum seriellen Betriebszustand die Kupplung sprungartig geöffnet wird.Method for controlling a hybrid drive train (1) of a motor vehicle (2), wherein the hybrid drive train (1) has a clutch (5) with a clutch input (6) and a clutch output (7), with an internal combustion engine (8) on the clutch input side and a connected to the A generator (9) coupled to the internal combustion engine (8) and a gearbox (10) and at least one electric machine (11) are arranged on the clutch output side, the clutch (5) being opened in a serial operating state and the generator (9) connected to the internal combustion engine (8). is driven, electrical power is generated by the generator (9) and the electrical power is used to drive the motor vehicle (2) by the at least one electric machine (11), the clutch (5) being closed in a coupled operating state and a power flow is transmitted from the internal combustion engine (8) to the transmission (10), characterized in that during the transition from the serial operating state to the coupled operating state, the clutch (5) jumps when a synchronous speed range between the clutch input (6) and the clutch output (7) is reached, in particular is closed digitally and the clutch is suddenly opened during the transition from the coupled operating state to the serial operating state.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeuges gemäß der Merkmale des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle according to the features of the preamble of
Das Verfahren dient zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs. Der Hybridantriebsstrang weist vzw. einen Verbrennungsmotor als Brennkraftmaschine auf. An den Verbrennungsmotor ist vzw. ein Generator, insbesondere fest angekoppelt. Der Generator ist wiederum mit einer kraft- oder formschlüssigen Kupplung verbunden. Der Generator ist mit einem Kupplungseingang, d. h. kupplungseingangsseitig verbunden bzw. hier „angeschlossen“. Kupplungsausgangsseitig weist der Hybridantriebsstrang vzw. ein Getriebe sowie mindestens eine weitere Elektromaschine auf. Als Elektromaschine kann dabei in einer Ausgestaltung ein einzelner Elektromotor vorgesehen sein. Es können aber auch mehrere einzelne Elektromaschinen zum Antrieb des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein. Bspw. können mehrere Radnabenmotoren vorgesehen sein. Die Radnabenmotoren können bspw. zusätzlich zu einem (Haupt-)Elektromotor vorgesehen sein.The method is used to control a hybrid powertrain of a motor vehicle. The hybrid powertrain has vzw. an internal combustion engine as an internal combustion engine. The internal combustion engine is vzw. a generator, in particular permanently coupled. The generator is in turn connected to a non-positive or positive clutch. The generator is equipped with a clutch input, i.e. H. connected on the clutch input side or “connected” here. On the clutch output side, the hybrid drive train has vzw. a gearbox and at least one other electric machine. In one embodiment, a single electric motor can be provided as the electric machine. However, several individual electric machines can also be provided to drive the motor vehicle. For example, several wheel hub motors can be provided. The wheel hub motors can, for example, be provided in addition to a (main) electric motor.
Das Verfahren zur Steuerung des Hybridantriebsstrangs hat u. a. Betriebszustände, in dem die Brennkraftmaschine und der Generator gemeinsam als Stromerzeuger arbeiten und diese elektrische Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs durch die mindestens eine Elektromaschine verwendet wird. In diesem seriellen Betriebszustand ist die Kupplung geöffnet. Mit der Brennkraftmaschine wird dann der Generator angetrieben, durch den Generator wird elektrische Leistung erzeugt und die elektrische Leistung wird zum Antrieb des Kraftfahrzeugs durch die mindestens eine Elektromaschine verwendet.The method for controlling the hybrid powertrain has, among other things: Operating states in which the internal combustion engine and the generator work together as a power generator and this electrical energy is used to drive the motor vehicle by the at least one electric machine. In this serial operating state, the clutch is open. The generator is then driven by the internal combustion engine, electrical power is generated by the generator and the electrical power is used to drive the motor vehicle by the at least one electric machine.
In einem gekoppelten Betriebszustand ist die Kupplung geschlossen, ein Kraftfluss wird von der Brennkraftmaschine zum Getriebe übertragen. In diesem gekoppelten Betriebszustand wird das von der Brennkraftmaschine erzeugte Drehmoment zumindest teilweise über die geschlossene Kupplung zum Getriebe übertragen. Beim Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand wird die Kupplung geschlossen, beim Übergang vom gekoppelten Betriebszustand zum seriellen Betriebszustand wird die Kupplung geöffnet.In a coupled operating state, the clutch is closed and a power flow is transmitted from the internal combustion engine to the transmission. In this coupled operating state, the torque generated by the internal combustion engine is at least partially transmitted to the transmission via the closed clutch. During the transition from the serial operating state to the coupled operating state, the clutch is closed; during the transition from the coupled operating state to the serial operating state, the clutch is opened.
Aus der
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Die im Stand der Technik bekannten Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sind noch nicht optimal ausgebildet. Insbesondere das konventionelle Schließen der Kupplungen, insbesondere beim Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand führt zu einem unkomfortablen Radmomentenverlauf.The methods known in the prior art for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle are not yet optimally designed. In particular, the conventional closing of the clutches, especially during the transition from the serial operating state to the coupled operating state, leads to an uncomfortable wheel torque curve.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass beim Öffnen und Schließen der Kupplung ein unkomfortabler Radmomentenverlauf vermeiden wird.The invention is therefore based on the object of designing and developing the method mentioned at the outset in such a way that an uncomfortable wheel torque curve is avoided when opening and closing the clutch.
Diese zuvor aufgezeigte Aufgabe wird nun erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Kupplung wird bei Erreichen eines Synchrondrehzahlbereiches zwischen dem Kupplungseingang und dem Kupplungsausgang sprungartig, insbesondere digital geschlossen. Beim Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand wird die Kupplung sprungartig geschlossen. Beim Übergang vom gekoppelten Betriebszustand zum seriellen Betriebszustand wird die Kupplung sprungartig geöffnet. Dies hat den Vorteil, dass keine Unstetigkeiten im Radmomentverlauf auftreten und ein schneller Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand (und umgekehrt) realisiert ist. Somit kann die im seriellen Betriebszustand rein elektrische Energieübertragung zwischen dem Generator und der mindestens einen Elektromaschine in eine mechanische Energieübertragung im gekoppelten Betriebszustand zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe übergehen, ohne dass Unstetigkeiten am Radmomentenverlauf hervorgerufen werden. Das sprungartige Schließen bzw. Öffnen der Kupplung erfolgt dabei sehr schnell bzw. digital, d. h. das übertragene Drehmoment der Kupplung aufgetragen über der Zeit entspricht im wesentlichen einer Sprungfunktion. Der genannte „Synchrondrehzahlbereich“ beim Schließen der Kupplung bildet ein Intervall um den Synchronpunkt. Um den Synchrondrehzahlbereich zu erreichen und einen komfortablen Betriebszustandswechsel des Hybridantriebsstrangs vorzunehmen, werden vzw. die Drehmomente der Elektromaschine und des Generators koordiniert reduziert bzw. erhöht. Ferner können Boost- und/oder Generatormomente überlagert sein. Zusätzlich werden vzw. Zusatzdrehmomente, insbesondere Korrektur- und/oder Kompensationsmomente vzw. durch die Elektromaschine und/oder den Generator entsprechend überlagert, um einen möglichst komfortablen Radmomentverlauf zu ermöglichen. Die eingangs beschriebenen Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.This previously stated task is now solved according to the invention by the features of
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 in einer schematischen Draufsicht ein Kraftfahrzeug mit einem Hybridantriebsstrangs, -
2a in einer stark schematischen Darstellung des Hybridantriebsstrangs aus1 in einem Betriebszustand „Elektrisch Fahren“, -
2b in einer stark schematischen Darstellung den Hybridantriebsstrang in einem seriellen Betriebszustand „Fahren und Boosten“, -
2c in einer stark schematischen Darstellung den Hybridantriebsstrang in einem gekoppelten Betriebszustand „Fahren und Boosten“, -
2d in einer stark schematischen Darstellung den Hybridantriebsstrang in einem Betriebszustand „Rekuperieren“, -
2e in einer stark schematischen Darstellung den Hybridantriebsstrang in einem seriellen Betriebszustand „Fahren und Laden“, -
2f in einer stark schematischen Darstellung den Hybridantriebsstrang in einem gekoppelten Betriebszustand „Fahren und Laden“, -
3 in einem schematischen Diagramm die Drehzahl der Brennkraftmaschine aufgetragen über die Zeit bei einem Beschleunigungsvorgang, -
4 in einem schematischen Diagramm das Drehmoment der Brennkraftmaschine aufgetragen über die Zeit bei dem Beschleunigungsvorgang, -
5 in einem schematischen Diagramm das Drehmoment eines Generators aufgetragen über die Zeit bei dem Beschleunigungsvorgang, -
6 in einem schematischen Diagramm das von der Kupplung übertragene Drehmoment aufgetragen über die Zeit bei dem Beschleunigungsvorgang, -
7 in einem schematischen Diagramm das Drehmoment einer Elektromaschine aufgetragen über die Zeit bei dem Beschleunigungsvorgang, und -
8 in einem schematischen Diagramm das an einer Radachse anliegende Drehmoment aufgetragen über die Zeit bei dem Beschleunigungsvorgang.
-
1 in a schematic top view of a motor vehicle with a hybrid drive train, -
2a in a highly schematic representation of thehybrid powertrain 1 in an “electric driving” operating state, -
2 B in a highly schematic representation of the hybrid powertrain in a serial operating state “driving and boosting”, -
2c in a highly schematic representation of the hybrid powertrain in a coupled operating state “driving and boosting”, -
2d in a highly schematic representation of the hybrid drive train in a “recuperating” operating state, -
2e in a highly schematic representation of the hybrid powertrain in a serial operating state “driving and charging”, -
2f in a highly schematic representation of the hybrid powertrain in a coupled operating state “driving and charging”, -
3 in a schematic diagram the speed of the internal combustion engine plotted over time during an acceleration process, -
4 in a schematic diagram the torque of the internal combustion engine plotted over time during the acceleration process, -
5 in a schematic diagram the torque of a generator plotted over time during the acceleration process, -
6 in a schematic diagram the torque transmitted by the clutch plotted over time during the acceleration process, -
7 in a schematic diagram the torque of an electric machine plotted over time during the acceleration process, and -
8th In a schematic diagram, the torque applied to a wheel axle is plotted over the time during the acceleration process.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebsstrangs 1 eines Kraftfahrzeugs 2.The invention relates to a method for controlling a
In
Der Hybridantriebsstrang 1 weist eine Kupplung 5 auf. Die Kupplung 5 weist einen Kupplungseingang 6 und einen Kupplungsausgang 7 auf. Kupplungseingangsseitig weist der Hybridantriebsstrang 1 eine Brennkraftmaschine 8, vzw. einen Verbrennungsmotor (nicht näher bezeichnet) auf. An die Brennkraftmaschine 8 ist ein Generator 9 angekoppelt. Der Generator 9 ist mit dem Kupplungseingang 6 verbunden. Die Brennkraftmaschine 8 ist über den Generator 9 mittelbar, funktional wirksam ebenfalls mit dem Kupplungseingang 6 verbunden.The
Kupplungsausgangsseitig weist der Hybridantriebsstrang 1 ein Getriebe 10 sowie mindestens eine Elektromaschine 11 auf. Das Getriebe 10 kann als Ein-Gang-Getriebe oder aber auch als Mehr-Gang-Getriebe ausgebildet sein. Das Getriebe 10 ist mit dem Kupplungsausgang 7 verbunden. Ferner ist der Kupplungsausgang 7 mit der mindestens einen Elektromaschine 11 verbunden. Dargestellt ist hier nur eine Elektromaschine 11. Die Elektromaschine 11 ist vzw. als Elektromotor ausgebildet. Hier ist nur ein Elektromotor dargestellt. In alternativer Ausgestaltung können als Elektromaschinen 11 auch Radnabenmotoren (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Die Radnabenmotoren können auch zusätzlich zu einem Hauptelektromotor vorgesehen sein.On the clutch output side, the
Der Hybridantriebsstrang 1 weist ferner ein elektrisches Speichermittel, insbesondere eine Batterie 12 auf. Die Batterie 12 ist über einen Netzverteiler 13 mit dem Generator und mit der Elektromaschine 11 sowie vzw. einem nicht dargestellten Boardnetz verbunden. Zur Versorgung des Boardnetzes ist der Netzverteiler 13 mit einem Gleichstromwandler 14 verbunden. Mit dem Gleichstromwandler 14 kann bspw. eine Boardnetzspannung von 12 Volt bereitgestellt werden. Die Batterie 12 ist hier funktional wirksam über nicht näher bezeichnete Verbindungsleitungen mit der Elektromaschine 11 und mit dem Generator 9 verbunden.The
Das Verfahren weist vzw. mehrere Betriebszustände auf. bevorzugte Betriebszustände werden nun anhand der
In
In
Aus den
In
In
Das Kraftfahrzeug 2 kann insbesondere aus dem Stand bis zu einer Grenzgeschwindigkeit im seriellen Betriebszustand betrieben werden. Die Grenzgeschwindigkeit liegt vzw. bei etwa 50 km/h. Oberhalb der Grenzgeschwindigkeit kann das Kraftfahrzeug 2 in einem gekoppelten Betriebszustand angetrieben werden.The
In den
Das heißt, sowohl beim seriellen Betriebszustand als auch beim gekoppelten Betriebszustand kann zusätzlich mit der Batterie 12 das Kraftfahrzeug 2 „geboostet“ werden oder die Batterie 12 über den Generator 9 geladen werden. Beim Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand wird die Kupplung 5 geschlossen.This means that both in the serial operating state and in the coupled operating state, the
Die Kupplung 5 wird bei Erreichen eines Synchrondrehzahlbereiches zwischen dem Kupplungseingang 6 und dem Kupplungsausgang 7 sprungartig, insbesondere digital geschlossen. Dies hat den Vorteil, dass die Kupplung 5 sehr schnell bzw. „digital“ geschlossen wird, wodurch ein sehr schneller Übergang zwischen dem seriellen Betriebszustand und dem gekoppelten Betriebszustand möglich ist. Ein komfortabler Betriebszustandswechsel für den Hybridantriebsstrang 1 erfolgt dadurch, dass der Radmomentenverlauf (vgl.
Die Kupplung 5 wird vzw. in einem Synchrondrehzahlbereich von ca. +/- 10 Umdrehungen/Minute (Drehzahldifferenz zwischen Kupplungseingang 6 und Kupplungsausgang 7) geschlossen. Beim Übergang vom seriellen Betriebszustand zum gekoppelten Betriebszustand wird die Kupplung 5 bei einer Drehzahldifferenz von +10 Umdrehungen/Minute im Schubbetrieb und von ca. -10 Umdrehungen/Minute im Schubbetrieb geschlossen.The
Im Folgenden wird auf die
Bei dem in den
Nach dem Schließen der Kupplung 5 zum Zeitpunkt „sechs Sekunden“ wird vzw. das typischerweise negative Drehmoment des Generators 9 um ein Zusatzdrehmoment gezielt bis auf einen neuen Sollwert erhöht. Dies ist in
Während das Drehmoment des Generators 9 zwischen der sechsten und siebten Sekunde um ein Zusatzdrehmoment erhöht wird, wird nach dem Schließen der Kupplung 5 das insbesondere positive Drehmoment der Elektromaschine 11 um einen vorgegebenen Sollwert reduziert. Nach dem Schließen der Kupplung 5 wird das Drehmoment der Elektromaschine 11 vzw. um den Betrag des Drehmomentes des Generators 9 reduziert, wobei vzw. eine ggf. zwischengeschaltete Übersetzung berücksichtigt wird. Aus
Aus
In
Dieser Vorgang kann durch kleine Zusatzdrehmomente zur Kompensation der zusätzlich angekoppelten Trägheitsmomente der Brennkraftmaschine 8 und des Generators 9 nach dem Schließen der Kupplung 5 überlagert sein. Weiterhin kann dieser Vorgang wie im hier dargestellten Beispiel durch ein motorisches Boost-Drehmoment der Elektromaschine 11 mit Energie aus der Batterie 12 (vgl.
Der Übergang kann ferner durch ein Generatordrehmoment des Generators 9 zum Laden der Batterie 12 überlagert sein (vgl.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- HybridantriebsstrangHybrid powertrain
- 22
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 33
- RäderWheels
- 44
- AntriebsachseDrive axle
- 55
- Kupplungcoupling
- 66
- KupplungseingangClutch input
- 77
- KupplungsausgangClutch output
- 88th
- BrennkraftmaschineInternal combustion engine
- 99
- Generatorgenerator
- 1010
- Getriebetransmission
- 1111
- ElektromaschineElectric machine
- 1212
- Batteriebattery
- 1313
- NetzverteilerPower distributor
- 1414
- GleichstromwandlerDC converter
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