DE102011088208A1

DE102011088208A1 - Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011088208A1
Application number: DE102011088208A
Authority: DE
Inventors: Tilo Marschall; Robert Mirlach; Dirk Christian Leinhos
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2013-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: DE102011088208B4

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, welches eine erste Achse mit zwei ersten Antriebsrädern, die von einem Verbrennungsmotor und/oder einer ersten elektrischen Maschine antreibbar sind, und eine zweite Achse mit zwei zweiten Antriebsrädern aufweist, die von einer zweiten elektrischen Maschine antreibbar sind. Drehungleichförmigkeiten, die in Folge eines bei einer momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors als zu hoch anzusehenden Drehmoments des Verbrennungsmotors entstehen, werden durch eine Lastpunktabsenkung verringert, derart, dass das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment verringert und das von der zweiten elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment erhöht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Hybridfahrzeuge zeichnen sich bekanntermaßen durch ein Antriebssystem aus, welches einen Verbrennungsmotor mit einer oder mehreren Vortrieb erzeugenden elektrischen Maschinen kombiniert. Verbrennungsmotoren erzeugen aufgrund ihres intermittierenden Arbeitsverhaltens in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebspunkt (Drehzahl und Drehmoment) Drehungleichförmigkeiten, die sich auf die Fahrgastzelle übertragen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, für eine konkrete Hybridantriebstopologie ein Verfahren zur Steuerung der Antriebskomponenten zu schaffen, mittels dessen Drehungleichförmigkeiten verringert werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist eine Hybridantriebstopologie bzw. ein Hybridfahrzeug, das zwei antreibbare „Achsen” aufweist. Die Rede ist hierbei von einem vierrädrigen Fahrzeug mit zwei antreibbaren Vorderrädern und zwei antreibbaren Hinterrädern. Die Vorderräder bzw. die Hinterräder definieren eine „erste Achse” bzw. „zweite Achse”, oder umgekehrt.
Die Antriebsräder der ersten Achse können wahlweise von einem Verbrennungsmotor und/oder von einer ersten elektrischen Maschine angetrieben oder zumindest unterstützend elektrisch von der ersten Maschine angetrieben werden (Boostfunktion). Bei den ersten Antriebsrädern kann es sich beispielsweise um die Vorderräder eines vierrädrigen Fahrzeugs handeln.
Die Antriebsräder der zweiten Achse, bei der es sich z. B. um die Hinterachse eines vierräderigen Fahrzeugs handeln kann, können von einer zweiten Vortrieb erzeugenden elektrischen Maschine angetrieben werden.
Bei verbrennungsmotorischem Betrieb können an den Antriebsrädern bzw. im gesamten Antriebsstrang, welcher den Verbrennungsmotor mit den ersten Antriebsrädern verbindet, Drehungleichförmigkeiten auftreten. Drehungleichförmigkeiten können z. B. in „untertourigen Betriebspunkten” auftreten, d. h. wenn bei einer momentanen Drehzahl das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment ein bestimmtes kritisches Drehmoment überschreitet.
Der Kern der Erfindung besteht darin, in solchen Betriebszuständen eine „Lastpunktabsenkung” durchzuführen. Unter einer Lastpunktabsenkung wird verstanden, dass das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment zumindest soweit abgesenkt wird, dass die Drehungleichförmigkeiten auf ein akzeptables Maß verringert werden. Gleichzeitig mit der Absenkung des vom Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoments wird das von der zweiten elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment erhöht. Im Ergebnis wird somit Antriebsmoment von der ersten zur zweiten Achse „verschoben”.
Vorzugsweise wird bei einer Lastpunktabsenkung das von der zweiten elektrischen Maschine abgegebene Drehmoment so weit erhöht, dass das Gesamtantriebsmoment des Hybridfahrzeugs unverändert bleibt. Die Drehmomentverringerung am Verbrennungsmotor bzw. an der ersten Antriebsachse wird somit über eine Drehmomentanhebung an der zweiten Achse vollständig oder nahezu vollständig kompensiert. Durch eine geeignete Regelung kann dies so erfolgen, dass es vom Fahrer nicht bemerkt wird.
Drehungleichförmigen entstehen vermehrt dann, wenn der Verbrennungsmotor in Bezug auf seine momentane Drehzahl mit sehr geringem Drehmoment betrieben wird. In solchen Zuständen auftretende Drehungleichförmigkeiten können durch eine „Momentenkompensation” („Lastpunktanhebung” des Verbrennungsmotors) verringert oder eliminiert werden. Unter einer „Momentenkompensation” bzw. „Lastpunktanhebung” wird verstanden, dass das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment nur teilweise in das Getriebe eingeleitet wird, d. h. dass das vom Verbrennungsmotor abgegebene Drehmoment durch Betreiben der ersten elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb teilweise in elektrische Leistung umgewandelt wird. Vorzugsweise wird das über die erste elektrische Maschine „abgezweigte Drehmoment” in Form elektrischer Energie bzw. Leistung an die zweite elektrische Maschine abgegeben, welche dabei als Elektromotor betrieben wird, so dass auch bei einer Momentenkompensation/Lastpunktanhebung das Gesamtantriebsmoment des Hybridfahrzeugs unverändert bleibt.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Antriebstopologie gemäß der Erfindung;
2 einen typischen Drehmomentverlauf eines Verbrennungsmotors;
3 einen Drehmomentverlauf bei einer Lastpunktabsenkung des Verbrennungsmotors und;
4 einen Drehmomentverlauf bei einer Momentenkompensation/Lastpunktanhebung des Verbrennungsmotors.
1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Vorderachse 1 und einer Hinterachse 2. Die Vorderachse 1 weist zwei antreibbare Vorderräder 3, 4 auf. Die Hinterachse 2 weist zwei antreibbare Hinterräder 5, 6 auf. Die Vorderräder 3, 4 können durch einen Verbrennungsmotor 7 angetrieben werden. Eine Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors 7 ist mit einer ersten elektrischen Maschine 9 drehgekoppelt. Die Kurbelwelle 8 bzw. die erste elektrische Maschine 9 wiederum ist über ein mechanisches Dämpfungssystem (z. B. Zweimassenschwungrad 10) mit einem Getriebe 11 gekoppelt. Ein Getriebeausgang (nicht dargestellt) treibt die beiden Vorderräder 3, 4 an.
Bei dem „Drehschwingungsdämpfer” (mechanisches Dämpfungssystem) 10 kann es sich, wie bereits erwähnt, um ein Zweimassenschwungrad handeln. Als Drehschwingungsdämpfer kommen heutzutage üblicherweise „zweistufige Dämpfungselemente” zum Einsatz, bei denen neben einer akustisch stark wirksamen Dämpfung bei niedrigen Drehmomenten eine steifere Dämpfungsstufe für höhere Drehmomente vorgesehen ist. Eine „Umschaltung” zwischen den einzelnen Dämpfungsstufen erfolgt durch das am Drehschwingungsdämpfer anliegende Drehmoment.
Die Vorderräder 3, 4 werden primär von dem Verbrennungsmotor angetrieben. Die erste elektrische Maschine 9 kann den Verbrennungsmotor unterstützen. Sie muss nicht unbedingt so leistungsfähig ausgelegt sein, dass das Fahrzeug allein über die elektrische Maschine 9 antreibbar ist.
Eine weitere wesentliche Aufgabe der ersten elektrischen Maschine 9 besteht darin, in Schubphasen des Hybridfahrzeugs mechanische Energie zu rekuperieren und in elektrische Energie umzuwandeln. Die erste elektrische Maschine 9 kann aus einer Batterie (Energiespeicher 12) mit elektrischer Energie versorgt werden. In Rekuperationsphasen kann von der elektrischen Maschine 9 rekuperierte elektrische Energie in der Batterie 12 zwischengespeichert werden. Zur Steuerung des Verbrennungsmotors 7, der elektrischen Maschine 9 und der Batterie 12 ist eine Steuerelektronik 13 vorgesehen.
Die Antriebsräder 5, 6 der zweiten Achse können durch eine zweite elektrische Maschine 14 angetrieben werden.
2 zeigt einen typischen Drehmomentverlauf des von einem Verbrennungsmotor abgegebenen Drehmoments bei Volllast. Das Drehmoment schwankt periodisch um das Volllastmoment.
Die Drehungleichförmigkeiten können verringert werden, indem eine Lastpunktabsenkung durchgeführt wird, was in dem Diagramm der 3 dargestellt ist. Bei einer Lastpunktabsenkung wird das von der Kurbelwelle 8 des Verbrennungsmotors 7 abgegebene Drehmoment verringert. Entsprechend wird das von der zweiten elektrischen Maschine 14 abgegebene Drehmoment heraufgesetzt, so dass das Gesamtantriebsmoment des Fahrzeugs unverändert bleibt. Vergleicht man die Amplituden der Drehmomentverläufe der 2 und 3, so wird deutlich, dass eine Lastpunktabsenkung zu einer Verringerung der Drehungleichförmigkeiten bzw. der Amplituden des Drehmoment bzw. der Amplituden des Drehmomentverlaufs führen kann.
Wird der Verbrennungsmotor bei Volllast betrieben und die erste elektrische Maschine 9 generatorisch betrieben, so kann vom Verbrennungsmotor 7 über die erste elektrische Maschine 9 ein Teil des abgegebenen Drehmoments „abgezweigt” werden, so dass das „akustisch wirksame Drehmoment” (vgl. 4) relativ niedrig ist.
Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors im Teillastbereich lässt sich das Verfahren der Momentenkompensation in leicht abgewandelter Form einsetzen, um verbesserte Eigenschaften des Dämpfungssystems 10 bezüglich der Verringerung von Drehungleichförmigkeiten zu erzielen. Dazu wird das Moment des Verbrennungsmotors um einen Differenzbetrag erhöht und dieses Differenzmoment wird von der elektrischen Maschine 9 abgezweigt und in Form elektrischer Leistung dem Energiespeicher 12 zugeführt. Das Antriebsmoment des Fahrzeugs bleibt in diesem Fall konstant.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Hybridfahrzeugs, welches – eine erste Achse (1) mit zwei ersten Antriebsrädern (3, 4), die von einem Verbrennungsmotor (7) und/oder einer ersten elektrischen Maschine (9) antreibbar sind, und – eine zweite Achse (2) mit zwei zweiten Antriebsrädern (5, 6) aufweist, die von einer zweiten elektrischen Maschine (14) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass Drehungleichförmigkeiten, die in Folge eines bei einer momentanen Drehzahl des Verbrennungsmotors (7) als zu hoch anzusehenden Drehmoments des Verbrennungsmotors (7) entstehen, durch eine Lastpunktabsenkung verringert werden, derart, dass das vom Verbrennungsmotor (7) abgegebene Drehmoment verringert und das von der zweiten elektrischen Maschine (14) abgegebene Drehmoment erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Lastpunktabsenkung das von der zweiten elektrischen Maschine (14) abgegebene Drehmoment soweit erhöht wird, dass das Gesamtantriebsmoment des Hybridfahrzeugs unverändert bleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in machen Betriebszuständen eine Momentenkompensation durchgeführt wird, derart, dass das vom Verbrennungsmotor (7) abgegebene Drehmoment erhöht und das Differenzdrehmoment durch Betreiben der ersten elektrischen Maschine (9) im generatorischen Betrieb teilweise oder vollständig in elektrische Leistung umgewandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung direkt zum Betrieb der zweiten elektrischen Maschine (14) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Momentenkompensation das vom Verbrennungsmotor abgegebene Differenzdrehmoment vollständig an die erste elektrische Maschine (9) abgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Momentenkompensation durchgeführt wird, um auf das Dämpfungssystem (10) wirkende, vom Verbrennungsmotor (7) hervorgerufene Drehungleichförmigkeiten zu verringern.