DE102010039642A1

DE102010039642A1 - Einstellung des Schleppmoments eines Kraftfahrzeugs-Antriebsstrangs für den Schubbetrieb

Info

Publication number: DE102010039642A1
Application number: DE102010039642A
Authority: DE
Inventors: Joachim Froeschl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-08-23
Filing date: 2010-08-23
Publication date: 2012-02-23

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung, insbesondere Regelung, des Schleppmoments eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs für den Schubbetrieb. Bei dem Verfahren ist das Schleppmoment für den Schubbetrieb über der Fahrstrecke veränderlich. Das Verfahren sieht vor, dass das Schleppmoment für den Schubbetrieb an einem Streckenbereich in Abhängigkeit von seitens eines Navigationssystems bereitgestellter Streckeninformation eingestellt wird. Die Streckeninformation kann unmittelbar den Streckenbereich betreffen, für den die Einstellung des Schleppmoments vorgesehen ist. Die Streckeninformation kann alternativ einen kommenden Streckenbereich betreffen, insbesondere unmittelbar bevorstehenden Streckenbereich betreffen; beispielsweise eine Geschwindigkeitsbeeinträchtigung (z. B. Ampel) in einem kommenden Streckenbereich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung des Schleppmoments eines Kraftfahrzeug-Antriebsstrangs für den Schubbetrieb.
Unter dem Begriff „Schubbetrieb” wird bei einem Fahrzeug der Fahrzustand verstanden, bei dem bei nicht betätigtem Fahrpedal und nicht betätigtem Bremspedal sowie nicht getrenntem Kraftschluss (z. B. bei nicht gedrückter Kupplung) der Antriebsmotor durch das Fahrzeug geschleppt und in Drehbewegung gehalten wird. Im Schubbetrieb wird typischerweise die Kraftstoffzufuhr zu einem Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs durch eine sogenannte Schubabschaltung unterbrochen, so dass der Verbrennungsmotor keine Leistung mehr abgibt, sondern angeschoben wird.
Aktuelle Fahrzeuge haben im Schubbetrieb, d. h. bei nicht betätigten Pedalen (Gas, Bremse, Kupplung) und eingelegtem Gang eine Verzögerung, welche durch das motorseitige Schleppmoment und die Gangübersetzung des Getriebes verursacht wird. Bei Verwendung einer elektrischen Maschine als Traktionsmaschine (beispielsweise bei einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug) im Antriebsstrang oder als mit dem Antriebsstrang gekoppelter Generator ohne Traktionsfunktion lässt sich das Schleppmoment dadurch einstellen, dass ein auf den Antriebsstrang abbremsend wirkendes Moment der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb hervorgerufen wird. Dieses abbremsende Moment wird auch als Rekuperationsmoment bezeichnet. Das resultierende Schleppmoment des Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs ergibt in diesem Fall durch die Überlagerung von Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine und Schleppmoment des Verbrennungsmotors.
Aus der Druckschrift WO 2008/122392 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor bekannt, wobei im Schubbetrieb anhand einer aus einem Kennlinienfeld ermittelten Schubkennlinie ein das Schubverhalten des Kraftfahrzeugs repräsentierendes sogenanntes Gesamtschubdrehmoment bestimmt wird und aus der Differenz von Gesamtschubdrehmoment und momentanem minimalen Schubdrehmoment des Verbrennungsmotors ein sogenanntes Schubrekuperationsmoment ermittelt wird, das am Elektromotor eingestellt wird. Hierbei wird das Kennlinienfeld vorzugsweise aus einer Anzahl von Schubkennlinien gebildet, die jeweils in Abhängigkeit von der jeweiligen Steigung bestimmt werden. Die Steigung wird beispielsweise mittels eines Beschleunigungs- und/oder Neigungssensors bestimmt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Einstellung des Schleppmoments eines Antriebsstrangs für den Schubbetrieb anzugeben. Außerdem zielt die Erfindung auf ein entsprechendes Motorsteuergerät.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung, insbesondere Regelung, des Schleppmoments eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs für den Schubbetrieb. Bei dem Verfahren ist das Schleppmoment für den Schubbetrieb über der Fahrstrecke veränderlich, d. h. das Schleppmoment ist ortsabhängig. Das Verfahren sieht vor, dass das Schleppmoment für den Schubbetrieb an einem Streckenbereich in Abhängigkeit von seitens eines Navigationssystems bereitgestellter Streckeninformation eingestellt wird. Die Streckeninformation kann direkt den Streckenbereich betreffen, für den die Einstellung des Schleppmoments vorgesehen ist. Die Streckeninformation kann alternativ einen kommenden Streckenbereich betreffen, insbesondere einen unmittelbar bevorstehenden Streckenbereich; beispielsweise eine Geschwindigkeitsbeeinträchtigung (z. B. Ampel) in einem kommenden Streckenbereich. Die Streckeninformation könnte auch einen zurückliegenden Streckenbereich der Fahrstrecke betreffen, nämlich beispielsweise dann, wenn ein zunächst reduzierter Betrag des Schleppmoments nach Durchfahren einer Geschwindigkeitsbeeinträchtigung wieder erhöht werden soll.
Durch eine über der Strecke variable Einstellung des Schleppmoments für den Schubbetrieb, welche in Abhängigkeit von Streckeninformation eines Navigationssystems erfolgt, lässt sich das Schleppmoment optimal an die Strecke anpassen. Da die Streckeninformation des Navigationssystems optional auch kommende Streckenbereiche betreffen kann, kann eine vorausschauende Einstellung des Schleppmoments vorgenommen werden. Durch die Vorausschau kann das Schleppmoment schnell angepasst werden und es muss nicht darauf gewartet werden, bis erst Fahrzeugsensordaten zur Einstellung des Schleppmoments vorliegen.
Mit dem Verfahren kann einerseits der Fahrkomfort für den Fahrer erhöht werden, indem das Schleppmoment an die jeweilige vom Navigationssystem angezeigte Fahrsituation angepasst wird. So kann bei einer vom Navigationssystem angegebenen bevorstehenden Geschwindigkeitsbeeinträchtigung, z. B. Kreuzung, Ampel oder Stoppschild, der Betrag des Schleppmoments erhöht werden, so dass der Fahrer nicht aktiv durch Betätigung des Bremspedals bremsen muss, sondern bereits im Schubbetrieb deutlich abgebremst wird. Der Fahrkomfort kann auch dadurch erhöht werden, wenn das Schleppmoment an das Steigungsprofil der Strecke laufend angepasst wird, so dass eine verstärkter Geschwindigkeitsrückgang im Schubbetrieb bei einer positiven Steigung der Strecke durch eine Reduktion der Betrags des Schleppmoments zumindest teilweise ausgeglichen wird oder ein reduzierter Geschwindigkeitsrückgang im Schubbetrieb bei einem Gefälle der Strecke durch eine Erhöhung des Betrags des Schleppmoments zumindest teilweise ausgeglichen wird.
Darüber hinaus oder alternativ kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der Anpassung des Schleppmoments an die Streckeninformation des Navigationssystems der Energieverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert werden. So kann beispielsweise bei einem reduzierten Betrags des Schleppmoments bei einer positiven Steigung der Strecke der Endpunkt der Steigungsstrecke im Schubbetrieb erreicht werden, ohne dass der Fahrer erneut das Fahrpedal betätigen muss. Bei Verwendung einer elektrischen Maschine kann der Betrag des Rekuperationsmoments in Abhängigkeit der Streckeninformation vorausschauend erhöht werden, wenn eine Geschwindigkeitsreduktion angeraten ist, so dass das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert. Durch diese Maßnahme kann verhindert werden, dass der Fahrer aktiv durch Betätigung des Bremspedals bremst, wodurch Energie verloren geht, wenn die Bremsung nicht vollständig durch Rekuperationsbremsen sondern auch durch mechanisches Bremsen erfolgt. Die Bremsleistung der Bremsrekuperation ist nämlich typischerweise beschränkt, so dass bei einem entsprechend starken Bremsvorgang die mechanische Bremse unterstützt.
Die Einstellung des Schleppmoments für den Schubbetrieb kann auf vielfältige Weise erfolgen. Beispielsweise kann die Getriebeübersetzung verändert werden, so dass sich das Schleppmoment des Antriebsstrangs hinter dem Getriebe (z. B. am Rad) ändert, ohne dass sich das Schleppmoment des Antriebsstrangs vor dem Getriebe ändert.
Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Schleppmoments durch Anpassung eines abbremsenden Moments, das eine elektrische Maschine (beispielsweise eine elektrische Traktionsmaschine eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs oder ein elektrischer Generator, insbesondere einer Lichtmaschine oder eines Kurbelwellen-Startgenerators) oder ein Nebenaggregat (z. B. Klimakompressor, Ladekompressor, Ventilator für Motorkühler) des Kraftfahrzeugs auf den Antriebsstrang ausübt.
Im Fall einer elektrischen Maschine ist das abbremsende Moment vorzugsweise ein sogenanntes Rekuperationsmoment, wobei die durch die Einstellung des Rekuperationsmoments von der elektrischen Maschine erzeugte elektrische Energie in das Bordnetz fließen kann oder in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert wird. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Maschine als Antriebsmaschine (Traktionsmaschine) fungiert, die im Schubbetrieb ein Rekuperationsmoment erzeugt.
Für den Fall, dass das Schleppmoment mittels eines vorstehend genannten abbremsenden Moments, insbesondere Rekuperationsmoments, eingestellt wird, können die nachfolgenden Aussagen zur Einstellung des Schleppmoments in gleicher Weise auch auf das abbremsende Moment, insbesondere Rekuperationsmoment, übertragen werden.
Vorzugsweise erfolgt die Einstellung des Schleppmoments in Abhängigkeit eines Streckenprofils, beispielsweise Steigungsprofils (Angabe von Steigung oder Gefälle) oder Höhenprofils (Höhenangaben) der Strecke. Die zur Einstellung verwendete Information umfasst also Steigungs- und/oder Höheninformation. Beispielsweise erzeugt das Navigationssystem ein Streckenprofil, welches an das Steuereinheit zur Einstellung des Schleppmoments (beispielsweise ein Energiemanagementsystem als Teil eines Motorsteuerung) via Datenkommunikation übertragen wird.
Die Einstellung des Schleppmoments erfolgt vorzugsweise so, dass bei einer Steigung der Betrag des Schleppmoments kleiner als der Betrag des Schleppmoments in der Ebene ist und/oder bei einem Gefälle der Betrag des Schleppmoments größer als der Betrag des Schleppmoments in der Ebene ist. Wenn das Fahrzeug also von der Ebene auf eine Steigung wechselt, wird der Betrag des Schleppmoments beispielsweise reduziert. Wenn das Fahrzeug von der Ebene auf ein Gefälle wechselt, wird der Betrag des Schleppmoments beispielsweise erhöht.
Die Anpassung an das Streckenprofil ermöglicht einen erhöhten Fahrkomfort, da das Fahrzeug bei einer positiven Steigung weniger gebremst wird und bei einem Gefälle stärker gebremst wird. Außerdem verbessert sich das Rekuperationsverhalten, wenn die Einstellung des Schleppmoments über die Anpassung des Rekuperationsmoments einer elektrischen Maschine erfolgt. Hierdurch wird wiederum der Kraftstoffverbrauch oder Stromverbrauch der Traktionsmaschine verringert.
Die Anpassung an das Streckenprofil ist für den Fahrer durch die unterschiedliche Verzögerung unmittelbar spürbar. Außerdem kann eine begleitende Rekuperationsanzeige vorgesehen werden, die die erhöhte Energierekuperation anzeigt.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Fahrer zwischen mindestens zwei verschiedenen Einstellungsvarianten für die Einstellung des Schleppmoments wählen kann, insbesondere mit unterschiedlichen Ausprägungen. So kann beispielsweise neben einem normalen Betriebsmodus ein weiterer Betriebsmodus (beispielsweise ein sogenannter eco-Modus) vorgesehen sein, bei dem gegenüber dem normalen Betriebsmodus der Betrag des Schleppmoments (auf dem gleichen Streckenabschnitt) vergrößert ist, wobei das Schleppmoment aber weiterhin von der Streckeninformation, insbesondere vom Streckenprofil, abhängt. Alternativ oder zusätzlich kann der Hub der Änderung des Schleppmoments in dem zweiten Betriebsmodus größer sein.
Bei einer gegebenen Steigung ist der Betrag des Schleppmoments bei gewähltem normalen Betriebsmodus kleiner als der Betrag des Schleppmoments bei gewähltem zweiten Betriebsmodus. Dies gilt in gleicher Weise für das Gefälle als auch für die Ebene.
Wenn der normale Modus gewählt wird, erfolgt beispielsweise bei einer gewissen Steigung eine Reduktion des Betrags des Schleppmomentes (gegenüber dem Betrag in der Ebene). In der Ebene wird dann beispielsweise ein normales (d. h. übliches) Schleppmoment verwendet und im Gefälle ein Schleppmoment mit verstärktem (d. h. erhöhtem) Betrag. Im zweiten Modus wird beispielsweise bereits bei der gleichen Steigung das normale Schleppmoment verwendet, in der Ebene ein gegenüber dem normalen Schleppmoment verstärktes Schleppmoment und bei Gefälle ein Schleppmoment mit sehr großem oder gar maximal möglichem Betrag verwendet.
Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Informationen über das Streckenprofil können auch Informationen über eine tatsächliche oder mögliche Geschwindigkeitsbeeinträchtigungen an dem aktuellen Streckenbereich oder einem kommenden Streckenbereich verwendet werden, um das Schleppmoment einzustellen. Die Informationen können auch zeitliche veränderliche Informationen sein, beispielsweise Verkehrsinformationen, die die aktuelle Verkehrssituation betreffen, oder Wetterinformationen. Es können auch Car2Car-Informationen, die von einem anderen Kraftfahrzeug stammen oder allgemein Car2x-Informationen (beispielsweise Informationen, die von der Verkehrsinfrastruktur stammen wie der Schaltzustand einer Ampel) verwendet werden. Es müssen dabei nicht sämtliche, im Steuergerät zur dynamischen Einstellung des Schleppmoments verwendete Streckeninformationen vom Navigationssystem kommen, stattdessen können diese Streckeninformationen auch von anderen Fahrzeugbaugruppen stammen.
Die Streckeninformationen können beispielsweise Informationen über eine Kurve, eine Ampel (neben der Lageinformation optional auch Information über den Schaltzustand), ein Stoppschild, eine Straßenkreuzung, eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder eine Verkehrsbehinderung (insbesondere eine Straßenbaustelle, ein Verkehrsunfall, ein Verkehrsstau oder zähfließender Verkehr) sein.
So kann bei Kenntnis über eine bevorstehende oder bereits aktuelle Geschwindigkeitsbeeinträchtigung der Betrag des Schleppmoments erhöht werden, so dass das Fahrzeug stärker abbremst. Beispielsweise kann der Betrag des Schleppmoments bei der Anfahrt auf eine Ampel oder eine Verkehrskreuzung erhöht werden.
Das Schleppmoment kann während der Anfahrt auf einen bestimmten kommenden Streckenbereich unter der Prämisse eingestellt werden, dass der kommende Streckenbereich im Schubbetrieb (d. h. ohne erneutes Betätigen des Fahrpedals) erreicht werden kann. So kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das Schleppmoment so eingestellt wird, dass eine rote Ampel im Schubbetrieb erreicht wird, ohne dass der Schubbetrieb durch erneutes Betätigen des Fahrpedals verlassen werden muss. Hierbei kann die Geschwindigkeit als auch die Entfernung zum kommenden Streckenbereich berücksichtigt werden. Das Schleppmoment kann während der Anfahrt auf diesen kommenden Streckenbereich auch kontinuierlich variiert werden, um die vorstehend genannte Prämisse zu erreichen. Es kann auch vorgesehen werden, dass dieser kommende Streckenbereich mit einer bestimmten vorgegebenen Geschwindigkeit erreicht wird. Beispielsweise kann gefordert werden, dass die Geschwindigkeit an dem kommenden Streckenbereich, beispielsweise am Beginn einer Kurve oder am Beginn eines Schilds mit verringerter Höchstgeschwindigkeit, einer verringerten Geschwindigkeit entspricht. Fährt das Fahrzeug beispielsweise auf eine Kurve zu, so erhöht sich das Schleppmoment bis zur Kurve so, dass abhängig von der anfänglichen Geschwindigkeit eine niedrigere Geschwindigkeit am Kurvenbeginn möglichst im Schubbetrieb (d. h. ohne Betätigen des Fahrpedals oder des Bremspedals) erreicht wird. Dies kann in gleicher Weise beim Anfahren einer Geschwindigkeitsbegrenzung realisiert werden.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann auch von der technischen Lehre der deutschen Patentanmeldung mit dem Anmeldetag 13. Juni 2002 und der Veröffentlichungsnummer DE 102 26 143 A1 derselben Anmelderin Gebrauch machen. Der Offenbarungsgehalt dieser älteren Anmeldung wird durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung aufgenommen. So wird in dieser älteren Anmeldung ein Energieprofil in Abhängigkeit von Informationen eines Navigationssystems bestimmt. Es kann vorgesehen sein, dass die ortsabhängige Einstellung des Rekuperationsmoments oder des Schleppmoments in Abhängigkeit des Energieprofils erfolgt.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist auf ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug gerichtet, welches zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens (im Zusammenspiel mit anderen Fahrzeugkomponenten) eingerichtet ist.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.
Vorzugsweise wird im Steuergerät ein Rekuperationsmoment einer elektrischen Maschine bestimmt, welches über der Fahrstrecke veränderlich ist. Das Rekuperationsmoment wird in Abhängigkeit von seitens eines Navigationssystems bereitgestellter Streckeninformation über den Streckenbereich, einen kommenden Streckenbereich oder einen zurückliegenden Streckenbereich der Fahrstrecke bestimmt. Die Streckeninformationen werden von dem Steuergerät über eine Kommunikationsschnittstelle (beispielsweise ein CAN-Bussystem) empfangen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug;
2 einen beispielhaften Verlauf des Drehmoments an der Kurbelwelle in Abhängigkeit von der Drehzahl;
3 zwei beispielhafte Verläufe des Rekuperationsmoments oder Schleppmoments in Abhängigkeit des Streckenprofils; und
4 einen beispielhaften Verlauf des Rekuperationsmoments oder Schleppmoments in Abhängigkeit von Streckenereignissen.
1 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel eines Antriebssystems für ein Hybridfahrzeug. Das Antriebssystem umfasst einen Verbrennungsmotor 1 sowie zumindest eine elektrische Traktionsmaschine 2. Der Verbrennungsmotor überträgt ein Drehmoment M_VM auf die Kurbelwelle 4. Die elektrische Traktionsmaschine 2 kann als Generator fungieren, wobei diese dann einen elektrischen Energiespeicher 3 auflädt oder ein Bordnetz (nicht dargestellt) speist. In einem alternativen Betriebsmodus arbeitet die elektrische Maschine 2 als Elektromotor. Die elektrische Maschine 2 überträgt ein Drehmoment M_EM auf den Antriebsstrang, beispielsweise direkt auf die Kurbelwelle 4 oder auf einen anderen Teil des Antriebsstrangs (beispielsweise nach dem Getriebe 5). In 1 überlagern sich beide Drehmomente M_EM und M_VN beispielsweise an der Kurbelwelle 4 zu dem Drehmoment M, wobei das Drehmoment M über das Getriebe 5 in ein getriebeausgangsseitiges Drehmoment M_GA transformiert wird. Dieses Drehmoment M_GA wird dann über weitere Glieder (nicht dargestellt) des Antriebsstrangs auf die Räder (nicht dargestellt) übertragen.
Hierbei sei angemerkt, dass die vorstehend beschriebenen Momente vorzugsweise keine Beeinflussung durch den Fahrwiderstand berücksichtigten. Der Fahrwiderstand erhöht sich beispielsweise bei einer positiven Steigung und verringert sich beispielsweise bei einem Gefälle. Die Momente werden vorzugsweise also nicht durch den Fahrwiderstand verändert. Üblicherweise erfolgt die Kompensation des durch die Steigung bedingten unterschiedlichen Fahrwiderstands durch den Fahrer selbst, da er beispielsweise bei Befahren einer Steigung verstärkt das Fahrpedal betätigt und bei einem Gefälle die Betätigung verringert. Wird hierbei eine automatische Geschwindigkeitsregelung, ein sogennanter Tempomat, verwendet, so wird auch die Automatik bei einer Steigung vermehrt Drehmoment und bei einem Gefälle verringert Drehmoment anfordern.
Zur Einstellung des Drehmoments M_EM empfängt die Elektronik der elektrischen Maschine 2 ein Steuersignal, nämlich das Soll-Drehmoment M_EM,s, welches von einem Steuergerät 6 bestimmt wird. Bei dem Steuergerät 6 handelt es sich vorzugsweise um ein Motorsteuergerät, welches neben der Bestimmung des Soll-Drehmoments M_EM,s einer Vielzahl weiterer Steueraufgaben dient.
Die Erfindung behandelt die Einstellung des Schleppmoments des Antriebsstrangs im Schubbetrieb, d. h. wenn der Fahrer bei eingelegtem Gang bzw. bei eingelegter Fahrstufe vom Fahrpedal geht und nicht das Bremspedal betätigt. Dieser Schubbetrieb wird vom Steuergerät 6 beispielsweise durch Abfragen eines Gang- bzw. Fahrstufen-Signals 10, eines Fahrpedal-Signals 11 und eines Bremspedal-Signals 12 erkannt.
Das Schleppmoment wird im Zusammenhang mit 2 erläutert. In 2 ist ein beispielhafter Verlauf des Drehmoments M an der Kurbelwelle 4 in Abhängigkeit von der Drehzahl N dargestellt. Im Schubbetrieb, d. h. bei Nichtbetätigung des Fahrpedals bremst das Fahrzeug, wobei das Drehmoment M negativ ist und vom Betrag her dem Schleppmoment M_schlepp entspricht. Das Schleppmoment M_schlepp an der Kurbelwelle 4 setzt sich hierbei aus einem verbrennungsmotorischen Anteil M_schlepp,VM und einem elektromotorischen Anteil, dem Rekuperationsmoment M_reku zusammen, beispielsweise entsprechend M_schlepp = M_reku + M_schlepp,VM.
Bei zunehmender Leistungsanforderung durch das Fahrpedal nimmt das Drehmoment M bis zu einem maximalen Drehmoment M_max zu.
Bei der Anwendung der Erfindung in einem Elektrofahrzeug kann auf den Verbrennungsmotor 1 verzichtet werden. In diesem Fall fällt in der vorstehenden Gleichung der verbrennungsmotorische Anteil M_schlepp,VM weg. Die vorstehenden und nachfolgenden Überlegungen sind ansonsten aber auch für ein Elektrofahrzeug gültig.
Bei der Erfindung wird das Schleppmoment M_schlepp des Antriebsstrangs, beispielsweise das Schleppmoment an der Kurbelwelle 4, dynamisch über der Strecke geändert. Die Änderung des Schleppmoments M_schlepp erfolgt vorzugsweise durch Änderung des Rekuperationsmoments M_reku der dann als Generator arbeitenden elektrischen Maschine 2.
Die Bestimmung des negativen Soll-Drehmoments M_EM,s für den Schubbetrieb, welches den gleichen Betrag wie M_reku aufweist, erfolgt im Steuergerät 6 in Abhängigkeit von seitens eines Navigationssystems 7 bereitgestellter Streckeninformation 8. Bei dem Navigationssystem handelt es sich beispielsweise um ein GPS (Global Positioning System) gestütztes Navigationssystem. Außerdem können weitere Informationen, beispielsweise Sensorinformationen, aus dem Fahrzeug verwendet werden.
Die Streckeninformation 8 umfasst vorzugsweise Informationen 8.1 über das Streckenprofil, d. h. den Steigungs- oder Höhenverlauf. Die auf das Streckenprofil bezogenen Information 8.1 beinhalten beispielsweise Höhendaten oder Steigungsdaten des aktuellen Streckenbereichs oder kommender Streckenbereiche. Das Streckenprofil wird vorzugsweise vom Navigationssystem 7 erzeugt und für ein mit der Position des Fahrzeugs mitlaufendes Streckenfenster kontinuierlich an das Steuergerät 6 via Datenkommunikation übertragen. Ferner umfasst die Streckeninformation 8 auch Informationen 8.2 über aktuelle oder kommende Geschwindigkeitsbeeinträchtigung im aktuellen oder in kommenden Streckenabschnitten, beispielsweise Informationen über Kreuzungen, Ampeln, Stoppschilder oder Änderung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit. Die Information gibt beispielsweise die absolute Lage der Geschwindigkeitsbeeinträchtigung (wenn dem Steuergerät 6 die absolute Ist-Position des Fahrzeugs per GPS bekannt ist) oder den örtlichen oder Abstand zur Ist-Position des Fahrzeugs an. Außerdem können auch sich zeitlich ändernde Streckeninformationen 8.3 wie Verkehrsbehinderungen (z. B. Verkehrsstau, Baustelle, Verkehrsunfall) bei der Bestimmung des Rekuperationsmoments M_reku und damit bei der Einstellung des Schleppmoments M_schlepp verwendet werden. Auch die Informationen 8.2 und 8.3 werden vorzugsweise für ein mit der Position des Fahrzeugs mitlaufendes Streckenfenster kontinuierlich an das Steuergerät 6 übertragen.
Das Steuergerät 6 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass bei einem aktuell durchfahrenden Gefälle (beispielsweise bei einer Bergabfahrt) ein größeres Rekuperationsmoment M_reku und damit auch ein größeres Schleppmoment M_schlepp als auf einem ebenen Streckenabschnitt erzeugt werden. Umgekehrt werden vorzugsweise bei einer positiven Steigung (beispielsweise einer Bergauffahrt) des aktuellen Streckenabschnitts ein kleineres Rekuperationsmoment M_reku und damit auch ein kleines Schleppmoment M_schlepp als auf einem ebenen Streckenhabschnitt erzeugt. Dabei kann der Wert des Rekuperationsmoments M_reku und Schleppmoments M_schlepp von dem jeweiligen Grad der Steigung bzw. des Gefälles abhängig sein. Alternativ kann vorgesehen werden, dass im Fall einer Steigung oder eines Gefälles der Wert des Rekuperationsmoments M_reku und Schleppmoments M_schlepp ab einem bestimmten Schwellwert des Grades unabhängig von dem Grad der Steigung bzw. des Gefälles gleich ist.
In 3 ist ein beispielhafter Streckenverlauf über der Wegstrecke x dargestellt. Das dargestellte Rekuperationsmoment M_reku ergibt sich dabei nur, wenn das Fahrzeug auch tatsächlich zu dem jeweiligen Zeitpunkt im Schubbetrieb ist. Zunächst wird nur der durchgezogene Verlauf des Rekuperationsomoments M_reku diskutiert (in 3 mit dem Begriff „normal” bezeichnet). An der Stelle x₁ beginnt eine positive Steigung und das Rekuperationsmoment M_reku und damit auch das Schleppmoment M_schlepp sind während der Steigungsfahrt geringer als bei der Fahrt auf ebener Strecke. An der Stelle x₂ wird die Fahrbahn wieder eben, so dass das Rekuperatoinsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp wieder auf den alten Wert erhöht wird. An der Stelle x₃ beginnt ein Gefälle; das Steuergerät 6 erzeugt nun im Schubbetrieb ein vergrößertes Rekuperationsmoment M_reku, wodurch auch das Schleppmoments M_schlepp größer ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Fahrer zwischen verschiedenen Varianten für die Einstellung des Schleppmoments wählen. In einem zweiten Betriebmodus (z. B. eco-Betriebsmodus) kann ein grundsätzlich gegenüber dem normalen Betriebsmodus verstärktes (d. h. erhöhtes) Rekuperationsmoment M_reku und damit erhöhtes Schleppmoment M_schlepp erzeugt werden. Der Wahl des zweiten Betriebsmodus wird dem Steuergerät 6 in 1 beispielsweise über ein Signal 13 mitgeteilt.
3 zeigt einen zweiten Verlauf bei Verwendung eines gegenüber dem normalen Betriebsmodus vergrößerten Rekuperationsmoments M_reku in einem zweiten Betriebsmodus (s. den punktierten Verlauf).
In der nachfolgenden Tabelle ist ein Beispiel für die Einstellung des Rekuperationsmoments M_reku und damit des Schleppmoments M_schlepp sowohl für einen normalen Betriebsmodus (erster Betriebmodus) als auch für einen zweiten Betriebsmodus (eco-Betriebsmodus) mit erhöhtem Schleppmoment dargestellt.

erster Betriebsmodus zweiter Betriebsmodus

Steigung minimal oder gering normal

Ebene normal erhöht

Gefälle erhöht sehr hoch oder maximal

M_reku und M_schlepp in Abhängigkeit vom gewählten Betriebsmodus und Streckenverlauf
Wenn der normale Modus (erste Betriebsmodus) gewählt wird, erfolgt beispielsweise bei Steigung eine Reduktion des Betrags des Schleppmomentes (Rekuperationsmoments) gegenüber dem Betrag in der Ebene). In der Ebene wird dann ein normales (d. h. übliches) Schleppmoment (Rekuperationsmoment) verwendet und im Gefälle ein Schleppmoment (Rekuperationsmoment) mit verstärktem (d. h. erhöhtem) Betrag. Im eco-Modus (zweiter Betriebsmodus) wird beispielsweise bereits bei Steigung das normale Schleppmoment (Rekuperationsmoment) verwendet, in der Ebene ein gegenüber dem normalen Schleppmoment (Rekuperationsmoment) verstärktes Schleppmoment (Rekuperationsmoment) und bei Gefälle ein Schleppmoment (Rekuperationsmoment) mit maximal möglichem Betrag oder zumindest sehr hohem Betrag verwendet.
4 zeigt ein weiteres Beispiel für die variable Einstellung des Rekuperationsmoments M_reku und damit des Schleppmoments M_schlepp anhand von Streckeninformationen des Navigationssystems 7, die tatsächliche oder mögliche Geschwindigkeitseinschränkungen entlang der Strecke betreffen. Das Steuergerät 6 stellt das Rekuperationsmoment M_reku für den Schubbetrieb in Abhängigkeit dieser Informationen so ein, dass beispielsweise das Rekuperationsmoment M_reku und damit das Schleppmoment M_schlepp unmittelbar an der Geschwindigkeitseinschränkung oder bereits vor der Geschwindigkeitseinschränkung erhöht wird, so dass das Fahrzeug bei Nichtbetätigung des Fahrpedals und Nichtbetätigung des Bremspedals ausreichend abgebremst wird, ohne dass der Fahrer das Bremspedal betätigen muss.
An einer Position x₅ der Strecke befindet sich beispielsweise eine Ampel oder Kreuzung. Das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp werden bereits vor der Position x₅ erhöht, so dass das Fahrzeug im Schubbetrieb stärker abgebremst wird. Nach Passieren der Position x₅ sind das Rekuperationsmoment M_reku und das M_schlepp im Schubbetrieb wieder geringer.
An der Position x₆ befindet sich ein Verkehrshindernis, beispielsweise ein Stau oder eine Baustelle. Das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp werden vor der Position x₆ erhöht, so dass das Fahrzeug im Schubbetrieb stärker abgebremst wird. Nach Passieren der Position x₆ sind das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp im Schubbetrieb wieder geringer.
An der Position x₇ befindet sich ein Straßenschild, welches eine Verringerung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit anzeigt. Kurz vor der Position x₇ wird das Rekuperationsmoment M_reku und das M_schlepp erhöht, so dass das Fahrzeug im Schubbetrieb stärker abgebremst wird. Nach Passieren der Position x₅ bleiben das erhöhte Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp noch für einen gewissen Streckenbereich erhalten, damit das Fahrzeug im Schubbetrieb stärker gebremst wird und werden dann wieder reduziert.
An einer Position x₈ der Strecke befindet sich beispielsweise eine Kurve. Das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp werden vor der Position x₈ erhöht, so dass das Fahrzeug im Schubbetrieb stärker abgebremst wird und mit reduzierter Geschwindigkeit die Kurve erreicht. Während der Kurve bleiben das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp erhöht. Nachdem die Kurve wieder verlassen wurde, werden im Schubbetrieb ein geringes Rekuperationsmoment M_reku und Schleppmoment M_schlepp eingestellt.
Je nach Art des vorausliegenden Verkehrsereignisses (z. B. Ampel, Kreuzung, Kurve) können unterschiedliche Verläufe für das Rekuperationsmoment M_reku (Schleppmoment M_schlepp) vorgesehen werden. Beispielsweise können bei einigen Ereignistypen das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp bereits in größerem Abstand vor der Lage des Verkehrsereignisses erhöht werden (s. beispielsweise den Verlauf vor x₅ und x₆) oder für eine gewisse Strecke noch nach Erreichen der Lage des Verkehrsereignisses ein erhöhtes Rekuperationsmoment M_reku und Schleppmoment M_schlepp eingestellt bleiben (s. beispielsweise den Verlauf nach x₇ und x₈).
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann beispielsweise gefordert werden, dass das Rekuperationsmoment M_reku und das Schleppmoment M_schlepp während der Anfahrt auf einen bestimmten vorausliegenden Streckenbereich (z. B. Ampel oder Kreuzung) so eingestellt werden, dass dieser Streckenbereich im Schubbetrieb ohne erneutes Betätigen des Fahrpedals erreicht werden kann. Dies kann die Folge haben, dass bei der Anfahrt auf eine Geschwindigkeitsbeeinträchtigung wie Ampel oder Kreuzung statt eines erhöhten Rekuperationsmoments M_reku und eines erhöhten Schleppmoments M_schlepp (wie in 4 dargestellt) auch ein verringertes Rekuperationsmoment M_reku und ein verringertes Schleppmoment M_schlepp verwendet werden, so dass das Fahrzeug im Schubbetrieb weniger gebremst wird. Eine Verringerung wäre beispielsweise dann nötig, wenn die aktuelle Bewegungsenergie (d. h. Geschwindigkeit) zu gering ist, dass das Fahrzeug mit einem normalen Rekuperationsmoment M_reku und einem normalen Rekuperationsmoment M_reku den vorausliegenden Streckenbereich erreicht, ohne dass das Fahrpedal erneut betätigt werden muss. Bei der Einstellung des Schleppmoments kann beispielsweise die aktuelle Geschwindigkeit als auch die Entfernung zum kommenden Streckenbereich berücksichtigt werden. Es kann auch vorgesehen werden, dass dieser kommende Streckenbereich mit einer bestimmten vorgegebenen Geschwindigkeit im Schubbetrieb erreicht wird. Beispielsweise kann gefordert werden, dass die Geschwindigkeit an dem kommenden Streckenbereich, beispielsweise am Beginn einer Kurve oder am Beginn eines Schilds mit verringerter zulässiger Höchstgeschwindigkeit, einer verringerten Geschwindigkeit entspricht. Bei mehreren Geschwindigkeitsbeeinträchtigungen kurz hintereinander kann das System zur Einstellung des Schleppmoments nicht nur die nächste Geschwindigkeitsbeeinträchtigung sondern auch die übernächste Geschwindigkeitsbeeinträchtigung berücksichtigen, um das Schleppmoment einzustellen. So kann bei einer Kurve und einer kurz dahinter folgenden Ampel das Schleppmoment vor Erreichen der Kurve stärker erhöht werden, als wenn nur eine Kurve ohne nachfolgende Ampel vorliegt.
Die vorausschauende Berücksichtigung von Informationen über kommende Streckenereignisse seitens des Systems zur Einstellung des Schleppmoments hat den Vorteil, dass das Schleppmoment bereits vor fahrerseitigem Erkennen des Ereignisses eingestellt werden kann. So kann das Schleppmoment beispielsweise im Falle einer Kurve vor einer Ampel, die dem Fahrer die Sicht auf die Ampel nimmt, bereits vor Erkennen der Ampel eingestellt werden.
Die vorstehend vorgestellte streckenadaptive Einstellung des Schleppmoments in Abhängigkeit von Streckeninformation kann kostenminimal und gewichtsneutral durchgeführt werden, da die Funktion als reine Softwarefunktion in der vorhandenen Hardware (z. B. Motorsteuergerät) implementiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/122392 A1 [0004]
DE 10226143 A1 [0026]

Claims

Verfahren zur Einstellung des Schleppmoments (M_schlepp) eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs für den Schubbetrieb, wobei das Schleppmoment (M_schlepp) für den Schubbetrieb über der Fahrstrecke veränderlich ist und das Schleppmoment (M_schlepp) für den Schubbetrieb an einem Streckenbereich der Fahrstrecke in Abhängigkeit von seitens eines Navigationssystems (7) bereitgestellter Streckeninformation (8) über den Streckenbereich, einen kommenden Streckenbereich oder einen zurückliegenden Streckenbereich der Fahrstrecke eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Schubbetrieb eine elektrische Maschine (2) oder ein Nebenaggregat des Kraftfahrzeugs ein abbremsendes Moment (M_reku) auf den Antriebsstrang ausübt und das Schleppmoment (M_schlepp) des Antriebsstrangs von dem abbremsenden Moment (M_reku) abhängig ist und das Schleppmoment (M_schlepp) für den Schubbetrieb durch Anpassung des abbremsenden Moments (M_reku) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei – im Schubbetrieb die elektrische Maschine ein abbremsendes Moment (M_reku) auf den Antriebsstrang ausübt und – das abbremsende Moment ein Rekuperationsmoment (M_reku) ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Kraftfahrzeug ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streckeninformation (8) das Streckenprofil, insbesondere das Steigungsprofil oder Höhenprofil der Strecke, betrifft.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei – bei einer Steigung der Betrag des Schleppmoments (M_schlepp) kleiner als der Betrag des Schleppmoments (M_schlepp) in der Ebene ist und/oder – bei einem Gefälle der Betrag des Schleppmoments (M_schlepp) größer als der Betrag des Schleppmoments (M_schlepp) in der Ebene ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5–6, wobei ein Streckenprofil (8.1) vom Navigationssystem (7) erzeugt wird und an ein Steuergerät (6) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schleppmoment (M_schlepp) ferner in Abhängigkeit eines vom Fahrer gewählten Betriebsmodus eingestellt wird und der Fahrer mindestens zwischen einem ersten Betriebsmodus und einem zweiten Betriebsmodus wählen kann, wobei der Betrag des Schleppmoments (M_schlepp) in einem gleichen Streckenbereich im ersten Betriebsmodus kleiner als im zweiten Betriebsmodus ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streckeninformation (8) Information (8.2, 8.3) über eine tatsächliche oder mögliche Geschwindigkeitsbeeinträchtigung an dem Streckenbereich, dem kommenden Streckenbereich oder dem zurückliegenden Streckenbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei – im Fall einer Geschwindigkeitsbeeinträchtigung an dem Streckenbereich oder dem kommenden Streckenbereich der Betrag des Schleppmoments (M_schlepp) erhöht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Streckeninformation (8) Information (8.2, 8.3) über – eine Kurve, – eine Ampel, – ein Stoppschild, – eine Straßenkreuzung, – ein Verkehrsschild, – eine Geschwindigkeitsbegrenzung oder – eine Verkehrsbehinderung, insbesondere eine Straßenbaustelle, ein Verkehrsunfall oder Verkehrsstau, an dem Streckenbereich, dem kommenden Streckenbereich oder dem zurückliegenden Streckenbereich ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schleppmoment (M_schlepp) während der Anfahrt auf einen bestimmten kommenden Streckenbereich so eingestellt wird, dass der kommende Streckenbereich im Schubbetrieb erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schleppmoment (M_schlepp) während der Anfahrt auf einen bestimmten kommenden Streckenbereichs so eingestellt wird, dass der kommende Streckenbereich mit einer bestimmten Geschwindigkeit im Schubbetrieb erreicht wird.
Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, welches zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.