DE102011052272A1

DE102011052272A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011052272A1
Application number: DE102011052272A
Authority: DE
Inventors: Tobias Radke; Peter Megyesi; Martin Roth; Frank Gauterin; Christian Steinbrecher; Michael Schmitt; Jens Schröter
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2013-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Steuereinheit (4), einer Antriebseinheit (6), einem Getriebe (8), mindestens einer Antriebsachse (10), wobei mindestens ein Teilmodell (14, 16, 18, 20) vorgesehen ist, derart, dass abhängig von mindestens einer Eingangsgröße (28) mindestens eine Ausgangsgröße (30) für den Betrieb des Antriebssystems (2) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modellstruktur (12) vorgesehen ist, die mindestens zwei Teilmodelle (14, 16, 18, 20) aufweist, die derart miteinander gekoppelt sind, dass sie eine Vielzahl von Antriebsstrategien beschreiben, so dass eine Vielzahl der mindestens einen Ausgangsgröße (30) ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Steuereinheit, einer Antriebseinheit, einem Getriebe, mindestens einer Antriebsachse, wobei mindestens ein Teilmodell vorgesehen ist, derart, dass abhängig von mindestens einer Eingangsgröße mindestens eine Ausgangsgröße für den Betrieb des Antriebssystems ermittelbar ist.
Aus der Praxis sind bereits derartige Antriebssysteme bekannt, wobei eine Steuereinheit einzelne Komponenten des Antriebssystems wie zum Beispiel die Antriebseinheit, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, mittels eines Modells optimiert und dementsprechend den Wirkungsgrad des Antriebssystems verbessert. Um eine weitere Optimierung vornehmen zu können, wäre es wünschenswert, eine Antriebsstrategie berechnen lassen zu können, die mehrere Komponenten des Antriebsstranges berücksichtigt. Bisherige Versuche scheiterten jedoch an den hohen Anforderungen an die Genauigkeit, Rechenzeit und den Speicherplatz, die die Steuereinheit für ein derartiges Antriebssystem zur Verfügung stellen müsste. Insbesondere die Forderung, dass eine derartige Antriebsstrategie in Echtzeit bereitzustellen ist, konnte bisher nicht erfüllt werden. Somit stellt sich die Aufgabe, ein Antriebssystem bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet. Des Weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Antriebssystem dadurch gelöst, dass eine Modellstruktur vorgesehen ist, die mindestens zwei Teilmodelle aufweist, die derart miteinander gekoppelt sind, dass sie eine Vielzahl von Antriebsstrategien beschreiben, so dass eine Vielzahl der mindestens einen Ausgangsgröße ermittelbar ist. Durch das Vorsehen einer derartigen Modellstruktur ist es möglich, die Anforderungen an Genauigkeit, Rechenzeit und Speicherplatz zu gewährleisten als auch gegebenenfalls eine Adaption von Teilmodellen im laufenden Fahrbetrieb zu ermöglichen.
Als besonders vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes Antriebssystem hat es sich erwiesen, wenn ein erstes Teilmodell gangabhängige Kupplungsmomentkennfelder aufweist, ein zweites Teilmodell eine Kennlinie der Verlustmomente von Nebenaggregaten aufweist, ein drittes Teilmodell gangabhängige Fahrgeschwindigkeits-Motordrehzahl-Kennlinien aufweist und ein viertes Teilmodell ein Verbrauchskennfeld der Antriebseinheit aufweist. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn für das zweite Teilmodell Echtzeitdaten der Nebenaggregat-Beanspruchung, wie zum Beispiel die Kühlleistung, der elektrische Leistungsbedarf etc., und für das vierte Teilmodell Echtzeitdaten, Drehmoment M_Ke, Drehzahl n_e als Fahrbetriebsdaten vorgesehen sind.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind ein gewählter Gang G, eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v_F und/oder eine Zugkraft am Antriebsrad F_zrad als Eingangsgrößen für die Modellstruktur vorgesehen. Hierbei können als Ausgangsgrößen der Modellstruktur ein bereinigtes Drehmoment M_Kb und eine Kraftstoffeinspritzmenge Q vorgesehen sein.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems gelöst, wobei die Modellstruktur mit mindestens einer Eingangsgröße beaufschlagt wird, wobei nachfolgend für alle möglichen Antriebsstrategien der Modellstruktur jeweils mindestens eine Ausgangsgröße berechnet wird, alle Ausgangsgrößen aller Antriebsstrategien miteinander verglichen werden und die, hinsichtlich festgelegten Bewertungskriterien, optimale Ausgangsgröße ausgewählt wird und damit die dazu gehörige Antriebsstrategie festgelegt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Hierbei zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, und
2 ein Blockschaltbild einer Modellstruktur für ein Antriebssystem gemäß 1.
1 zeigt beispielhaft ein Antriebssystem 2 für ein Kraftfahrzeug. Dieses Antriebssystem 2 weist auf bekannte Weise eine Steuereinheit 4, eine Antriebseinheit 6, die im vorliegenden Fall als Verbrennungsmotor ausgebildet ist, ein Getriebe 8 und eine Antriebsachse 10 auf. Hier soll die Steuereinheit 4 unter Zuhilfenahme einer hinterlegten Modellstruktur 6 (siehe 2) abhängig von festgelegten Eingangsgrößen 28 die optimale Fahrstrategie für das dargestellte Antriebssystem 2 unter einer Vielzahl von errechneten Fahrstrategien bereitstellen.
2 zeigt nun ein Blockschaltbild der Modellstruktur 12. Die Modellstruktur 12 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Teilmodelle 14, 16, 18, 20 auf. Diese Teilmodelle 14, 16, 18, 20 können sowohl als Black-Box-, White-Box- als auch Grey-Box-Modelle ausgeführt sein. Bei White-Box-Modellen liegen exakt beschreibende Gleichungen vor, die eine Eingangsgröße 28 in eine Ausgangsgröße 30 umwandeln. Reine Black-Box-Modelle sind derart gestaltet, dass sie das Ein- und Ausgangsverhalten sehr gut approximieren, wobei keine exakt beschreibenden Gleichungen hinterlegt sind. Die Grey-Box-Modelle beschreiben eine Kombination von White-Box-Modellen und Black-Box-Modellen. Das erste Teilmodell 16 weist die für das jeweilige Antriebssystem 2 bekannten gangabhängigen Kupplungsmomentkennfelder auf. Das zweite Teilmodell 16 beschreibt eine Kennlinie der Verlustmomente von möglichen Nebenaggregaten des Antriebssystems, wie zum Beispiel Klimakompressor, Generator, Lenkhilfepumpe, HiFi-Komponenten, etc. Im dritten Teilmodell 18 sind drei gangabhängige Fahrgeschwindigkeits-Motordrehzahlkennlinie hinterlegt. Das vierte Teilmodell 20 besteht aus einem Verbrauchskennfeld der Antriebseinheit 6. Durch eine sinnvolle Auswahl der Auflösung und Datentypen können die einzelnen Teilmodelle 14, 16, 18, 20 unabhängig voneinander hinsichtlich Genauigkeit und Speicherplatz optimiert werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden dem ersten Teilmodell 14 Fahrbetriebsdaten zugrunde gelegt. Das zweite Teilmodell 16 erhält als Fahrbetriebsdaten 24 Echtzeitdaten, wie zum Beispiel die Kühlleistung. Dem vierten Teilmodell 20 können Echtzeitdaten 26, wie zum Beispiel das ermittelte Drehmoment M_Ke und die ermittelte Drehzahl n_e als Fahrbetriebsdaten zugrunde gelegt werden.
Je nach Ausführungsform können nun unterschiedliche Eingangsgrößen 28 gewählt werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind das die Zugkraft am Antriebsrad F_zrad, eine vorgegebene Geschwindigkeit v_Fsowie ein gewählter Gang G. Es ist aber jedoch auch denkbar, dass als Eingangsgrößen 28 eine geplante Reisestrecke und eine Ankunftszeit vorgesehen sind, wobei dann in der Modellstruktur ein Teilmodell vorzusehen ist, dass das Streckenprofil beschreiben kann.
Im vorliegenden Fall soll nun die optimale Antriebsstrategie für einen vom Fahrer gewählten Gang und einer vom Fahrer gegebenen Geschwindigkeit bei einer aktuellen Zugkraft des Kraftfahrzeuges berechnet werden. Das erste Teilmodell 14 ermittelt auf Basis der hinterlegten Kupplungsmomentkennfelder ein Drehmoment M_K, das zweite Teilmodell 16 ermittelt ein Verlustmoment M_KVn der Nebenaggregate, wodurch sich ein bereinigtes Drehmoment M_Kb ergibt, das dann auch als Ausgangsgröße 30 vorliegt. Dem dritten Teilmodell 18 liegen als Eingangsgröße der gewählte Gang G und die gewählte Geschwindigkeit v_F vor. Aus den hinterlegten Fahrgeschwindigkeits-Motordrehzahl-Kennlinie wird eine Drehzahl n berechnet. Sowohl das bereinigte Drehmoment M_Kb als auch die Drehzahl n werden an das vierte Teilmodell 20 übermittelt. Vor dem Hintergrund des hinterlegten Verbrauchskennfeldes der Antriebseinheit 6 wird eine Kraftstoffeinspritzmenge Q errechnet. Dieser Vorgang wird für alle möglichen Kombinationen der Teilmodelle 14, 16, 18, 20 wiederholt und am Ende werden die jeweils berechneten Ausgangsgrößen 30 M_Kb und Q hinsichtlich des damit verbundenen Wirkungsgrades verglichen und die optimale Antriebsstrategie in Echtzeit ermittelt. Die berechnete Einspritzmenge Q kann dann auch dazu dienen, das Kraftstoffeinspritzsystem anzusteuern und dem Fahrer den geschätzten Verbrauch zu übermitteln.
Es ist nun auch möglich, Teilmodelle im laufenden Fahrbetrieb auf Basis von Echtzeitdaten über das Fahrzeugbussystem zu adaptieren. So kann beispielsweise das vierte Teilmodell 20 auf Basis von ermittelten Echtzeitdaten 26, wie zum Beispiel dem Drehmoment M_Ke und der Drehzahl n_e angepasst werden.
Es sollte deutlich sein, dass die hier dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 2 lediglich ein Beispiel darstellt. Insbesondere hinsichtlich des Aufbaus der Modellstruktur sind natürlich sehr viele Varianten denkbar.

Claims

Antriebssystem (2) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Steuereinheit (4), einer Antriebseinheit (6), einem Getriebe (8), mindestens einer Antriebsachse (10), wobei mindestens ein Teilmodell (14, 16, 18, 20) vorgesehen ist, derart, dass abhängig von mindestens einer Eingangsgröße (28) mindestens eine Ausgangsgröße (30) für den Betrieb des Antriebssystems (2) ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Modellstruktur (12) vorgesehen ist, die mindestens zwei Teilmodelle (14, 16, 18, 20) aufweist, die derart miteinander gekoppelt sind, dass sie eine Vielzahl von Antriebsstrategien beschreiben, so dass eine Vielzahl der mindestens einen Ausgangsgröße (30) ermittelbar ist.
Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Teilmodell (14) gangabhängige Kupplungsmomentkennfelder aufweist, ein zweites Teilmodell (16) eine Kennlinie der Verlustmomente von Nebenaggregaten aufweist, ein drittes Teilmodell (18) eine gangabhängige Fahrgeschwindigkeits-Motordrehzahl-Kennlinie aufweist und ein viertes Teilmodell (20) ein Verbrauchskennfeld der Antriebseinheit (2) aufweist.
Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das erste Teilmodell (14) Fahrwiderstandskoeffizienten (22), für das zweite Teilmodell (16) Echtzeitdaten der Nebenaggregatebeanspruchung (24),, und für das vierte Teilmodell (20) Echtzeitdaten des Fahrbetriebs wie (26), Drehmoment M_Ke, Drehzahl n_e vorgesehen sind.
Antriebssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein gewählter Gang G, eine Kraftfahrzeuggeschwindigkeit v_F und/oder eine Zugkraft am Antriebsrad F_zrad als Eingangsgrößen (28) für die Modellstruktur (12) vorgesehen sind.
Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsgrößen (30) der Modellstruktur (12) ein bereinigtes Drehmoment M_Kb und eine Kraftstoffeinspritzmenge Q vorgesehen sind.
Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellstruktur (12) mit mindestens einer Eingangsgröße (28) beaufschlagt wird, wobei nachfolgend jeweils mindestens eine Ausgangsgröße (30) berechnet wird, alle Ausgangsgrößen (30) aller Antriebsstrategien miteinander verglichen werden und die, hinsichtlich festgelegten Bewertungskriterien, optimale Ausgangsgröße (30) ausgewählt wird und damit die dazugehörige Antriebsstrategie festgelegt wird.