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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe. Das Getriebe wandelt Drehzahlen und Drehmomente und stellt so ein Zugkraftangebot des Antriebsaggregats an einem Abtrieb des Antriebsstrangs bereit. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, dessen Antriebsaggregat zumindest eine elektrische Maschine umfasst, nämlich solche Details zum Betreiben eines Antriebsstrangs, die dem rein elektrischen Fahren über die elektrische Maschine des Antriebsaggregats unter Volllast dienen. Beim Antriebsstrang, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben ist, handelt es sich vorzugsweise um den Antriebsstrang eines reinen Elektrofahrzeugs. Es ist jedoch auch möglich, den Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu betreiben.
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Das von der elektrischen Maschine eines Antriebsaggregats zum Fahren am Abtrieb bereitgestellte Antriebsmoment wird von der elektrischen Maschine des Antriebsaggregats elektrisch bereitgestellt, nämlich durch elektrische Ströme in der elektrischen Maschine. Das hierbei auf elektrischem Wege unter Volllast maximal bereitstellbare Antriebsmoment wird durch die elektrische Maschine, den mit der elektrischen Maschine zusammenwirkenden Wechselrichter sowie den mit der elektrischen Maschine zusammenwirkenden, elektrischen Energiespeicher begrenzt.
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Beispielsweise geht aus der
US 3 493 066 A ein Antriebssystem für Kraftfahrzeuge mit Antriebsrädern und einer die Antriebsräder antreibenden Antriebsmaschine hervor. Das Antriebssystem umfasst eine in einer Richtung wirkende Kraftabgabeeinrichtung in Verbindung mit der Antriebsmaschine zur Abzweigung eines Teiles der Abtriebskraft der Antriebsmaschine und eine in Verbindung mit der Kraftabgabeeinrichtung stehende Kraftspeichereinrichtung, bestehend aus einer Schwungradanordnung zum Sammeln und Speichern der durch die Kraftabgabeeinrichtung abgezweigten Kraft, sowie eine wahlweise einrückbare Kupplung zum Verbinden der Antriebsmaschine mit der Kraftspeichereinrichtung für die Rückführung der gespeicherten Kraft zur Maschine zu vorbestimmten Zeiträumen. Ferner wird ein Verfahren zum Zuführen der Kraft an die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges offenbart. Dazu erfolgt ein Abteilen eines Teiles der mechanischen Abtriebskraft der Antriebsmaschine für den Antrieb einer Schwungmasse für die Speicherung von Energie und wahlweise erfolgt eine Rückführung der gespeicherten Energie an die Maschine zu vorbestimmten Zeiträumen.
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Es wird nach Möglichkeiten gesucht, mithilfe derer das von einer elektrischen Maschine auf elektrischem Wege maximal bereitstellbare Antriebsmoment unter Volllast erhöht werden kann.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs zu schaffen.
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Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird beim elektrischen Fahren unter Volllast das von der elektrischen Maschine des Antriebsaggregats elektrisch bereitstellbare Antriebsmoment durch eine Funktion unter Ausnutzung eines mechanischen Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine des Antriebsaggregats dadurch erhöht, dass eine zwischen die elektrische Maschine des Antriebsaggregats und den Abtrieb geschaltete Reibkupplung definiert schlupfend betrieben wird, wobei dann, wenn die Funktion zur Erhöhung des am Abtrieb wirksamen Antriebsmoment ausgelöst wird, die Reibkupplung schlupfend geöffnet wird, wobei dann, wenn nachfolgend eine Differenzdrehzahl zwischen der Drehzahl der elektrischen Maschine und der abtriebsseitigen Drehzahl der Reibkupplung einen Drehzahlgrenzwert erreicht oder überschreitet, die Reibkupplung im Schlupfbetrieb wieder geschlossen wird.
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Mithilfe der hier vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs vorgeschlagen, mithilfe dessen bei rein elektrischer Fahrt im Volllastbereich ein von der elektrischen Maschine des Antriebsaggregats auf elektrischem Weg maximal bereitstellbares Antriebsmoment erhöht werden kann, nämlich durch gezielte Ausnutzung des mechanischen Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine unter definiertem, schlupfendem Betrieb der zwischen die elektrische Maschine und den Abtrieb des Antriebsstrangs geschalteten Reibkupplung. Dadurch kann die Sportlichkeit eines Kraftfahrzeugs bei rein elektrischer Fahrt im Volllastbereich gesteigert werden.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
- 1 ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 2 Diagramme zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, insbesondere des in 1 gezeigten Antriebsstrangs, dessen Antriebsaggregat von einer elektrischen Maschine 1 gebildet ist, die an einem Abtrieb 2 des Antriebsstrangs ein Antriebsmoment bereitstellt.
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Beim Antriebsstrang der 1 ist zwischen die elektrische Maschine 1 und den Abtrieb 2 eine Konstantübersetzung 3 geschaltet. Anstelle der Konstantübersetzung 3 kann zwischen die elektrische Maschine 1 und den Abtrieb 2 auch ein automatisches bzw. automatisiertes Schaltgetriebe geschaltet sein.
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Bei dem in 1 gezeigten Antriebsstrang handelt es sich um einen Antriebsstrang eines reinen Elektrofahrzeugs. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs zum Einsatz kommt, der zusätzlich zur elektrischen Maschine 1 einen nicht gezeigten Verbrennungsmotor umfasst.
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Dann, wenn mit einem solchen Antriebsstrang elektrisch gefahren wird, stellt die elektrische Maschine 1 am Abtrieb 2 ein Antriebsmoment bereit, wobei von der elektrischen Maschine 1 auf elektrischem Wege ein maximales Antriebsmoment bereitgestellt werden kann, welches einerseits von der elektrischen Maschine 1 und andererseits von einem mit der elektrischen Maschine 1 zusammenwirkenden Wechselrichter und von einem mit der elektrischen Maschine 1 zusammenwirkenden, elektrischen Energiespeicher abhängig ist. Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun solche Details zum Betreiben eines Antriebsstrangs, mithilfe derer das von der elektrischen Maschine 1 auf elektrischem Wege maximal bereitstellbare Antriebsmoment beim elektrischen Fahren unter Volllast erhöht werden kann.
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Erfindungsgemäß wird beim elektrischen Fahren unter Volllast das von der elektrischen Maschine 1 des Antriebsaggregats auf elektrischem Wege am Abtrieb 2 maximal bereitstellbare Antriebsmoment durch eine gezielte Funktion unter Ausnutzung eines mechanischen Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine 1 erhöht, nämlich dadurch, dass die zwischen die elektrische Maschine 1 und den Abtrieb 2 geschaltete Reibkupplung 4 definiert schlupfend betrieben wird.
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Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, die mechanische Schwungmasse der elektrischen Maschine 1 des Antriebsaggregats zu nutzen, um ein auf elektrischem Wege von der elektrischen Maschine 1 am Abtrieb 2 bereitstellbares Antriebsmoment zu erhöhen, wozu die Reibkupplung 4, die zwischen die elektrische Maschine 1 und den Abtrieb 2 geschaltet ist, definiert schlupfend betrieben wird.
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Weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Antriebsstrangs werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, wobei in 2 mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt sind, nämlich ein zeitlicher Kurvenverlauf einer Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1, ein zeitlicher Kurvenverlauf einer abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4, ein zeitlicher Kurvenverlauf M1 des von der elektrischen Maschine 1 auf elektrischem Wege maximal bereitstellbaren Antriebsmoments, ein zeitlicher Kurvenverlauf M4 des von der Reibkupplung 4 übertragenen bzw. übertragbaren Moments sowie ein zeitlicher Kurvenverlauf eines sich am Abtrieb 2 ausbildenden bzw. eines am Abtrieb 2 anliegenden Antriebsmoments M2.
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Vor dem Zeitpunkt t1 wird im Diagramm der 2 der Antriebsstrang rein elektrisch betrieben, nämlich mithilfe der elektrischen Maschine 1, und zwar unter Volllast der elektrischen Maschine 1. Hierbei kann die elektrische Maschine 1 auf elektrischem Weg maximal das Moment M1 bereitstellen.
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Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird nun im Sinne der hier vorliegenden Erfindung durch eine definierte Funktion unter Ausnutzung des mechanischen Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine 1 das vom Antriebsaggregat am Abtrieb 2 bereitstellbare Antriebsmoment M2 gegenüber dem von der elektrischen Maschine 1 auf elektrischem Wege maximal bereitstellbaren Moment M1 erhöht, wozu, wie bereits ausgeführt, die zwischen die elektrische Maschine 1 und den Abtrieb 2 geschaltete Reibkupplung 4 definiert schlupfend betrieben wird.
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Die Funktion zur Erhöhung des am Abtrieb 2 wirksamen Antriebsmoments M2 beim elektrischen Fahren unter Volllast wird zum Zeitpunkt t1 dann ausgelöst, wenn fahrerseitig eine Boostfunktion aktiviert wird, zum Beispiel dadurch, dass fahrerseitig ein Kickdown-Schalter eines Fahrpedals betätigt wird, oder dass ein vom Fahrpedal unabhängiger Boostschalter fahrerseitig betätigt wird.
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Ab dem Zeitpunkt t1 wird demnach die Funktion, mithilfe derer unter Ausnutzung des mechanischen Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine 1 das am Abtrieb 2 wirksame Antriebsmoment M2 erhöht werden kann, aktiviert.
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Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 wird gemäß 2 zunächst die Reibkupplung 4 so angesteuert, dass das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment M4 reduziert wird, und zwar unter schlupfendem Öffnen der Reibkupplung 4.
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Ab dem Zeitpunkt t1 im schlupfenden Betrieb der Reibkupplung 4 entspricht das von derselben übertragene Moment M4 dem von derselben übertragbaren Moment.
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Zum Zeitpunkt t2 wird erkannt, dass eine Differenzdrehzahl zwischen der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 und der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 einen ersten Grenzwert erreicht bzw. überschreitet.
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Dann, wenn erkannt wird, dass die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 und der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 den ersten Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. überschreitet, was in 2 zum Zeitpunkt t2 der Fall ist, wird nachfolgend die Reibkupplung 4 derart angesteuert, dass das von derselben übertragene Moment M4 konstant bleibt, und zwar so lange, bis die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 und der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 einen zweiten Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. überschreitet, wobei dieser zweite Drehzahlgrenzwert oberhalb des ersten Drehzahlgrenzwerts liegt.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 wird dieser zweite Drehzahlgrenzwert zum Zeitpunkt t3 erreicht bzw. überschritten. Zum Zeitpunkt t3 erreicht bzw. überschreitet demnach die Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 und der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 den zweiten Drehzahlgrenzwert. Durch den schlupfenden Betrieb der Reibkupplung 4 insbesondere zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird die Schwungmasse der elektrischen Maschine 1 beschleunigt und ein Schwungmassenmoment der elektrischen Maschine 1 aufgebaut.
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Dann, wenn zum Zeitpunkt t3 das Schwungmassenmoment der elektrischen Maschine 1 ausreichend aufgeladen ist, wird nachfolgend das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment n4 wieder erhöht, indem die Reibkupplung 4 beginnend mit dem Zeitpunkt t3 wieder stärker schlupfend geschlossen wird, wobei hierbei dann das zuvor aufgebaute Schwungmassenmoment der elektrischen Maschine 1 am Abtrieb 2 zur Erhöhung des am Abtrieb 2 wirksamen Antriebsmoments M2 dem Abtrieb 2 bereitgestellt werden kann.
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Zum Bereitstellen des zuvor aufgebauten Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine 1 am Abtrieb 2 wird beginnend mit dem Zeitpunkt t3 die Reibkupplung 4 so angesteuert, dass zunächst das von derselben übertragene Moment M4 erhöht wird und zwar so lange, bis das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment M4 einen Momentgrenzwert erreicht bzw. überschreitet, was in 2 zum Zeitpunkt t4 der Fall ist.
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Anschließend hieran wird das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment M4 konstant gehalten und gemäß 2 beginnend mit dem Zeitpunkt t5 wieder reduziert, sodass dann, wenn zum Zeitpunkt t6 die Reibkupplung 4 nicht mehr schlupft, das von der Reibkupplung 4 übertragbare Moment M4 in etwa dem von der elektrischen Maschine 1 auf elektrischem Weg maximal bereitstellbaren Moment M1 entspricht.
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Wie 2 entnommen werden kann, entspricht zum Zeitpunkt t6 die Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4, sodass demnach beginnend mit dem Zeitpunkt t6 die Reibkupplung nicht mehr schlupft, wobei, wie bereits erwähnt, zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment M4 so reduziert wird, dass zum Zeitpunkt t6 das von der Reibkupplung 4 übertragbare Moment M4 in etwa dem von der elektrischen Maschine 1 maximal bereitstellbaren Moment M1 entspricht. Dadurch kann bei Beendigung der Boostfunktion ein hoher Komfort bereitgestellt werden.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 erfolgt die Reduzierung bzw. Erhöhung des von der Reibkupplung 4 übertragenen Moments M4 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 sowie zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 jeweils rampenförmig bzw. linear. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass diese Veränderungen des von der Reibkupplung 4 übertragbaren Moments M4 nicht linear erfolgen.
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Wie bereits ausgeführt, wird das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment M4 nach dem eigentlichen elektrischen Boostens zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 wieder reduziert, sodass zum Zeitpunkt t6, zu welchem die Reibkupplung 4 nicht mehr schlupft, das von der Reibkupplung 4 übertragbare Moment M4 in etwa dem von der elektrischen Maschine 1 auf elektrischem Weg maximal bereitstellbare Moment M1 entspricht.
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In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Reibkupplung 4 das von derselben übertragene Moment M4 dann wieder reduziert, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 und der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 einen dritten Drehzahlgrenzwert erreicht oder unterschreitet.
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Alternativ ist es auch möglich, dass zum Zeitpunkt t5 mit dem Abbau des von der Reibkupplung 4 übertragenen Moments M4 dann begonnen wird, wenn eine Drehzahldifferenz zwischen der um einen ersten Vorhaltewert korrigierten Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 und der um einen zweiten Vorhaltewert korrigierten, abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 einen vierten Drehzahlgrenzwert erreicht bzw. unterschreitet. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass der erste Vorhaltewert, um den die Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1 korrigiert wird, sich aus einer Vorhaltezeit und dem zeitlichen Gradienten der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine errechnet. Der zweite Vorhaltewert, um den die abtriebsseitige Drehzahl n4 der Reibkupplung 4 korrigiert wird, errechnet sich aus der Vorhaltezeit und dem zeitlichen Gradienten der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4. Bei der Vorhaltezeit handelt es sich vorzugsweise um eine Konstante.
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Weiterhin ist es möglich, die Reduktion des von der Reibkupplung 4 übertragenen Moments M4 so vorzunehmen, dass diese Reduzierung des von der Reibkupplung 4 übertragenen Moments M4 zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 während einer vorgegebenen Zeitdauer erfolgt.
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In diesem Fall entspricht das Zeitintervall t5 bis t6 einer vorgegebenen Zeitdauer. Diese Zeitdauer kann abhängig vom zeitlichen Drehzahlgradienten der Drehzahl n1 der elektrischen Maschine 1, vom zeitlichen Drehzahlgradienten der abtriebsseitigen Drehzahl n4 der Reibkupplung 4, vom erwarteten Verlauf des von der elektrischen Maschine 1 maximal bereitstellbaren Moments M1 und vom erwarteten Verlauf des von der Reibkupplung 4 übertragenen Moments M4 bestimmt werden.
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Dann, wenn zum Zeitpunkt t6 die elektrische Boostfunktion beendet ist, wird nachfolgend das von der Reibkupplung 4 übertragbare Moment M4 wieder erhöht. Dann, wenn an der Reibkupplung 4 zwischen den Zeitpunkten t1 und t6 ein Schlupf besteht, entspricht das von der Reibkupplung 4 übertragene Moment dem übertragbaren Moment. Dann hingegen, wenn an der Reibkupplung 4 ab dem Zeitpunkt t6 kein Schlupf besteht, weicht das von der Reibkupplung 4 übertragbare Moment von dem von derselben tatsächlich übertragenen Moment ab.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es demnach möglich, bei rein elektromotorischer Fahrt im Volllastbereich das von der elektrischen Maschine 1 am Abtrieb 2 bereitstellbare Antriebsmoment M2 gegenüber dem auf elektrischen Weg maximal bereitstellbaren Moment M1 zu erhöhen, und zwar unter Ausnutzung eines mechanischen Schwungmassenmoments der elektrischen Maschine 1, welches bei schlupfendem Betrieb der Reibkupplung 4 zunächst aufgebaut und anschließend am Abtrieb 2 bereitgestellt wird. Beim Aufladen des Schwungmassenmoments zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird das am Abtrieb 2 wirksame Antriebsmoment M2 gemäß 2 leicht reduziert, was jedoch für den Fahrer so gut wie nicht spürbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektrische Maschine
- 2
- Abtrieb
- 3
- Konstantübersetzung
- 4
- Reibkupplung