DE102008058809B4 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs und Antriebseinheit - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit (1) eines Fahrzeugs (2), wobei die Antriebseinheit (1) einen Hybridantrieb (4) und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe (5) aufweist, und der Hybridantrieb (4) mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate besitzt, wobei als Antriebsaggregat eine elektrische Maschine (12) und eine Brennkraftmaschine (11) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Fahrstufen der Gesamtenergieverbrauch (Eges) des Hybridantriebs (4) für eine momentane Fahrsituation ermittelt und die Fahrstufe ausgewählt wird, die den niedrigsten Gesamtenergieverbrauch (Eges) aufweist, wobei der Gesamtenergieverbrauch (Eges) nach der Formel Eges = EKraftstoff + s·Eelektrisch bestimmt wird, wobei EKraftstoff der Einzelenergieverbrauch der Brennkraftmaschine (11), Eelektrisch der elektrische Energieverbrauch der elektrischen Maschine (11) und s ein Umrechnungsfaktor zwischen elektrischer Energie und eingesetztem Kraftstoff ist, sodass berücksichtigt ist, dass die in Akkumulatoren für den Betrieb der elektrischen Maschine (12) gespeicherte elektrische Energie unter Einsatz von Kraftstoff erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs, wobei die Antriebseinheit einen Hybridantrieb und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe aufweist, und der Hybridantrieb mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate besitzt.
  • Stand der Technik
  • Bei gängigen Hybridfahrzeugen, die als ein Antriebsaggregat einen Verbrennungsmotor und als ein anderes Antriebsaggregat einen Elektromotor aufweisen, wird ein zum Fahren benötigtes Drehmoment, das auf eine Getriebeeingangswelle eines Getriebes wirkt, durch die Kombination von Verbrennungsmotor und einer oder mehrerer elektrischer Maschinen erzeugt, oder jeweils von dem Verbrennungsmotor oder einer elektrischen Maschine. In Abhängigkeit des Fahrerwunsches ermittelt hierbei eine mit einem Fahrpedal und einem Bremspedal gekoppelte Steuereinrichtung, die einen jeweiligen Fahrerwunsch nach Beschleunigung, kontinuierlicher Fahrweise oder Verzögerung vermitteln, eine Leistungsaufteilung zwischen elektrischer Maschine und Verbrennungsmotor anhand der aktuellen Getriebeeingangsdrehzahl und eines Ladezustandes einer Batterie für die elektrische Maschine. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 102 58 285 A1 bekannt.
  • Eine solche Leistungsaufteilung geht von bekannten Drehzahlen aus und erlaubt insoweit nicht eine hinreichend feine Betriebsführung.
  • Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 197 22 808 A1 ein Antriebssystem bekannt, mit einem Verbrennungsmotor; einem Getriebe mit veränderbarer Übersetzung zwischen Verbrennungsmotor und Antrieb; wenigstens einem, vom Verbrennungsmotor angetriebenen Nebenaggregat; und einer Steuerung, welche die Übersetzung innerhalb eines Spielraums möglicher Übersetzungswerte so wählt, dass unter gemeinsamer Berücksichtung der Einzelwirkungsgrade von Verbrennungsmotor und Nebenaggregat ein möglichst großer Gesamtwirkungsgrad erzielt wird.
  • Die Druckschrift EP 1 302 353 A2 beschreibt eine Steuerungseinrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren für ein Hybridfahrzeug, welches einen Energiespeicher für elektrische Energie sowie eine Einrichtung zum Feststellen eines Ladestands des Energiespeichers aufweist.
  • Weiter sind aus der Druckschrift DE 199 06 601 A1 ein Antriebssteuerungssystem für ein Hybridfahrzeug zum Verbessern des Brennstoffeinsatzes, aus der Druckschrift WO 2008/131994 A2 ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebs, aus der Druckschrift DE 100 07 136 A1 ein Antriebskraft-Steuersystem für ein Fahrzeug sowie aus der Druckschrift DE 195 05 431 A1 ein Leistungssteuersystem für Kraftfahrzeuge mit einer Mehrzahl von leistungsumsetzenden Komponenten bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Betriebsführung einer gattungsgemäßen Antriebseinheit eines Fahrzeuges zu verbessern und eine optimale Leistungsverteilung zwischen einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Antrieb eines Hybridantriebs bei Bestimmung einer optimalen Getriebeübersetzung bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Hierzu wird ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit eines Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei die Antriebseinheit einen Hybridantrieb und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe aufweist, und der Hybridantrieb mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate besitzt. Dabei ist vorgesehen, dass für alle Fahrstufen der Gesamtenergieverbrauch des Hybridantriebs für eine momentane Fahrsituation ermittelt und die Fahrstufe ausgewählt wird, die den niedrigsten Gesamtenergieverbrauch aufweist. Ausgehend von einem gegebenen, momentanen Fahrbetrieb in einer momentanen Fahrsituation, die sich beispielsweise aus einem Fahrerwunsch wie der Betätigung eines Fahrpedals oder eines Bremspedals ergibt, wird für alle konstruktiv vorgegebenen, nämlich in dem Getriebe zu Verfügung stehenden Fahrstufen der Gesamtenergieverbrauch des Hybridantriebs ermittelt und von allen zu Verfügung stehenden Fahrstufen diejenige ausgewählt, die den niedrigsten Gesamtenergieverbrauch aufweist. Auf diese Weise kann eine stark verbrauchsoptimierte Betriebsführung des Hybridantriebs erreicht werden.
  • In bevorzugten Ausführungsformen wird als das eine Antriebsaggregat der Antriebseinheit eine elektrische Maschine und als das andere Antriebsaggregat eine Brennkraftmaschine verwendet.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Gesamtenergieverbrauch sich aus der Summe der einzelnen Energieverbräuche der elektrischen Maschine und der Brennkraftmaschine zusammensetzt, wobei der einzelne Energieverbrauch der elektrischen Maschine in ein Äquivalent eines Einzelenergieverbrauchs der Brennkraftmaschine umgerechnet wird. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass bei einem angestrebten, von äußeren elektrischen Ladequellen weitestgehend unabhängigen Betrieb, die elektrische Energie im Betrieb der Antriebseinheit, beispielsweise bei Kopplung einer oder der elektrischen Maschine an die Brennkraftmaschine und Schaltung der elektrischen Maschine als Generator, gewonnen werden muss.
  • In einer Verfahrensausbildung wird der Gesamtenergieverbrauch nach der Formel Eges = EKraftstoff + s·Eelektrisch bestimmt, wobei Eges der Gesamtenergieverbrauch, EKraftstoff der Einzelenergieverbrauch der Brennkraftmaschine und Eelektrisch der elektrische Energieverbrauch der elektrischen Maschine sowie s ein Umrechnungsfaktor zwischen elektrischer Energie und eingesetztem Kraftstoff ist. Der Umrechnungsfaktor s dient hierbei der Berücksichtigung des Umstandes, dass die elektrische Energie, die in Akkumulatoren für den Betrieb der elektrischen Maschine gespeichert wird, unter Einsatz von Kraftstoff bei Ankupplung der elektrischen Maschine als Generator an die Brennkraftmaschine beziehungsweise durch Verwendung eines separaten, von der Brennkraftmaschine mitangetriebenen Generators erzeugt werden muss, wobei s so gewählt ist, dass auch eine Energiegewinnung beispielsweise in Bremsphasen des Fahrzeugs, in denen die Energiegewinnung bei eingekuppelter elektrischer Maschine im Schubbetrieb ohne Einsatz von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine erfolgt, berücksichtigt ist.
  • In einer weiteren Verfahrensausbildung ist vorgesehen, dass für die ausgewählte Fahrstufe eine Leistungsaufteilung der von den beiden Antriebsaggregaten zu liefernden Einzelaggregatleistungen bestimmt wird. Die insgesamt erforderliche Leistung wird demzufolge zwischen den beiden Antriebsaggregaten verteilt. Hierdurch ist es möglich, in einem Anteil von 0% bis 100% für jedes der beiden Antriebsaggregate eine solche Leistungsaufteilung zwischen beiden Antriebsaggregaten vorzunehmen, die einen möglichst effektiven Energieeinsatz gestattet. Beispielsweise ist es hierbei möglich, 70% der Leistung auf die elektrische Maschine und 30% auf die Brennkraftmaschine zu verteilen.
  • In einer weiteren Verfahrensausbildung wird die Leistungsaufteilung zunächst bestimmt und dann in Abhängigkeit von aktuellen Parametern/Umständen gegebenenfalls modifiziert. Die vorstehend beschriebene Leistungsaufteilung unter möglichst weitgehender Energieeffizienz ist für den Fahrer des Fahrzeugs nicht immer wünschenswert. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine besonders hohe Leistung abgefordert wird, beispielsweise dann, wenn der Fahrer einen Überholvorgang beginnt oder auch ganz bewusst unter Umgehung energetischer Erwägungen eine bestimmte Fahrweise wählt. Die möglichst energieeffiziente, wie vorstehend beschrieben bestimmte Leistungsaufteilung wird in diesen Fällen modifiziert, wobei beispielsweise die Stellung eines Fahrpedals oder eines Bremspedals oder sonstige Eingriffe in die Steuerung der Leistungsaufteilung vorgenommen werden können, beispielsweise durch manuelle Eingaben über eine Tastatur oder eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise einen Bordrechner, in dem verschiedene Fahrprofile hinterlegt sind und vom Fahrer des Fahrzeugs abgerufen werden können. Hierbei wird ganz bewusst in Kauf genommen, dass der an sich erwünschte, optimale Energieeinsatz nicht erfolgt, sondern die Effizienz zumindest zeitweise zugunsten von Leistung und Drehmoment zurücktritt.
  • In einer weiteren Verfahrensausbildung ist vorgesehen, dass die Leistungsaufteilung in Abhängigkeit des Ladezustandes eines Energiespeichers für den Betrieb der elektrischen Maschine erfolgt. Die an sich erwünschte, einen optimalen Energieeinsatz gewährleistende Leistungsaufteilung kann beispielsweise zugunsten einer Schonung des Energiespeichers verändert werden oder bei ganz vollem Energiespeicher überwiegend elektrisch gefahren werden, wodurch insbesondere eine unerwünscht weite Entladung des Energiespeichers vermieden werden kann.
  • Die beschriebenen Verfahren weisen nur einen geringen Bedarf an Rechenzeit einer Steuergeräteeinheit auf, verglichen mit anderen Hybrid-Betriebsstrategien. Die Verfahren sind einfach applizierbar und können bei einer Vielzahl unterschiedlicher Getriebevarianten verwendet werden. Im Wesentlichen sind die Verfahren in zwei Teilschritte unterscheidbar, wobei im ersten Schritt die Getriebeübersetzung für möglichst effektiven Energieeinsatz bestimmt und im zweiten Schritt die Leistungsaufteilung zwischen Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine bestimmt wird.
  • Weiter betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs, mit einer Steuereinrichtung, wobei die Antriebseinheit einen Hybridantrieb und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe aufweist, und wobei der Hybridantrieb mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate besitzt. Hierbei ist eine Steuereinheit, die für alle Fahrstufen den Gesamtenergieverbrauch des Hybridantriebs für eine momentane Fahrsituation ermittelt und die Fahrstufe auswählt, die den niedrigsten Gesamtenergieverbrauch aufweist und die eine Leistungsverteilung zwischen den Antriebsaggregaten vornimmt, vorgesehen.
  • Weitere vorteilhafte Verfahrensausbildungen und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus Kombinationen derselben.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne aber hierauf beschränkt zu sein.
  • Es zeigen
  • 1 eine Antriebseinheit eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb, der eine Brennkraftmaschine, eine elektrische Maschine und ein Getriebe aufweist und
  • 2 eine beispielhafte, regelbasierte Leistungsaufteilung zwischen den beiden Antriebsaggregaten.
  • 1 zeigt eine Antriebseinheit 1 eines nur schematisch dargestellten Fahrzeugs 2, nämlich eines Hybridfahrzeugs 3, wobei die Antriebseinheit 1 einen Hybridantrieb 4 und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe 5, nämlich ein Automatikgetriebe 6, aufweist, mit einer Getriebeeingangswelle 7, der ein Drehmomentwandler 8 zugeordnet ist, dem das eigentliche Stufengetriebe 9 nachgeschaltet ist, und einer Getriebeausgangswelle 10. Der Hybridantrieb 4 weist eine Brennkraftmaschine 11 auf, die mit einer elektrischen Maschine 12 wirkverbunden ist, wobei die elektrische Maschine 12 aus einer Batterie 18 gespeist wird und diese, in Schaltung als Generator 19, auch speist. Die Brennkraftmaschine 11 und die elektrische Maschine 12 sind in ihrem Betriebsverhalten mit Fahrstufen des Getriebes 5, insbesondere des Stufengetriebes 9 des Automatikgetriebes 6, aufeinander abzustimmen. Nicht dargestellt ist eine Steuereinrichtung, die diese Abstimmung vornimmt, und die hierbei sensierte Betriebszustände der Antriebseinheit 1 des Kraftfahrzeugs 2 sowie mitgeteilte Fahrerwünsche, wie beispielsweise Beschleunigungs- oder Verzögerungswünsche, wie sie über nicht dargestellte Fahr- oder Bremspedale vermittelt werden, berücksichtigt.
  • 2 zeigt ein Diagramm 13 für eine exemplarische, regelbasierte Leistungsaufteilung 14 zwischen Brennkraftmaschine 11, im Diagramm 13 mit ICE bezeichnet, und elektrischer Maschine 12, im Diagramm 13 mit HED bezeichnet. In einem Modus 1 wird nur die elektrische Maschine 12 für den Fahrbetrieb verwendet, insbesondere unterhalb einer applizierbaren Drehzahlschwelle 15, im Regelfall der Leerlaufdrehzahl 16 der Brennkraftmaschine 11. Bei Drehzahlen oberhalb der Drehzahlschwelle 15 wird die Leistungsaufteilung durch den Fahrerwunsch, im Regelfall der Einfachheit halber bezogen beziehungsweise umgerechnet auf Getriebeeingangsmoment, also einem Moment an der in 1 dargestellten Getriebeeingangswelle 7, bestimmt. Das entsprechende Moment ist in Nm exemplarisch auf der y-Achse abgetragen. Die Drehzahl der Antriebseinheit 1 (vergleiche 1) ist auf der x-Achse abgetragen. Bei Verzögerungswunsch oder Bremswunsch wird im Regelfall Modus 1 gewählt, im Stillstand bei nicht laufender Brennkraftmaschine 11 ebenfalls. Liegt der Fahrerwunsch oberhalb einer applizierbaren drehzahlabhängigen Schwelle, typischerweise einem maximalen Drehmoment 17 der Brennkraftmaschine 11, oder dem Drehmoment der Brennkraftmaschine 11, bei dem der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine 11 seinen Bestwert erreicht, wird Modus 3 gewählt, in dem Brennkraftmaschine 11 und elektrische Maschine 12 gemeinsam arbeiten und das Fahrzeug 2 antreiben. In allen anderen Fällen als den soeben dargestellten wird Modus 2 gewählt, in welchem die Brennkraftmaschine 11 das Drehmoment einstellt, das dem Fahrerwunsch entspricht.
  • In einem zweiten Schritt wird, abhängig vom Ladezustand der Batterie, ein Zusatzmoment von der Brennkraftmaschine 11 gefordert, das von der elektrischen Maschine 12 genutzt wird, die Batterie 18 zu laden.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinheit (1) eines Fahrzeugs (2), wobei die Antriebseinheit (1) einen Hybridantrieb (4) und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe (5) aufweist, und der Hybridantrieb (4) mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate besitzt, wobei als Antriebsaggregat eine elektrische Maschine (12) und eine Brennkraftmaschine (11) verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Fahrstufen der Gesamtenergieverbrauch (Eges) des Hybridantriebs (4) für eine momentane Fahrsituation ermittelt und die Fahrstufe ausgewählt wird, die den niedrigsten Gesamtenergieverbrauch (Eges) aufweist, wobei der Gesamtenergieverbrauch (Eges) nach der Formel Eges = EKraftstoff + s·Eelektrisch bestimmt wird, wobei EKraftstoff der Einzelenergieverbrauch der Brennkraftmaschine (11), Eelektrisch der elektrische Energieverbrauch der elektrischen Maschine (11) und s ein Umrechnungsfaktor zwischen elektrischer Energie und eingesetztem Kraftstoff ist, sodass berücksichtigt ist, dass die in Akkumulatoren für den Betrieb der elektrischen Maschine (12) gespeicherte elektrische Energie unter Einsatz von Kraftstoff erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die ausgewählte Fahrstufe eine Leistungsaufteilung der von den beiden Antriebsaggregaten zu liefernden Einzelaggregatleistungen bestimmt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufteilung zunächst bestimmt und dann in Abhängigkeit von aktuellen Parametern oder Umständen modifiziert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufteilung in Abhängigkeit des Ladezustands eines Energiespeichers für den Betrieb der elektrischen Maschine (12) erfolgt.
  5. Antriebseinheit (1) eines Fahrzeugs (2), mit einer Steuereinrichtung, wobei die Antriebseinheit (1) einen Hybridantrieb (4) und ein mehrere Fahrstufen aufweisendes Getriebe (5) aufweist, und wobei der Hybridantrieb (4) mindestens zwei unterschiedliche Antriebsaggregate besitzt, wobei als Antriebsaggregate eine elektrische Maschine (12) und eine Brennkraftmaschine (11) vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit, die für alle Fahrstufen den Gesamtenergieverbrauch (Eges) des Hybridantriebs (4) für eine momentane Fahrsituation ermittelt und die Fahrstufe auswählt, die den niedrigsten Gesamtenergieverbrauch (Eges) aufweist und die eine Leistungsverteilung zwischen den Antriebsaggregaten vornimmt, wobei der Gesamtenergieverbrauch (Eges) nach der Formel Eges = EKraftstoff + s·Eelektrisch bestimmt wird, wobei EKraftstoff der Einzelenergieverbrauch der Brennkraftmaschine (11), Eelektrisch der elektrische Energieverbrauch der elektrischen Maschine (12) und s ein Umrechnungsfaktor zwischen elektrischer Energie und eingesetztem Kraftstoff ist, sodass berücksichtigt ist, dass die in Akkumulatoren für den Betrieb der elektrischen Maschine (12) gespeicherte elektrische Energie unter Einsatz von Kraftstoff erzeugt wird.
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Citations (6)

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