DE102012111400A1 - Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems - Google Patents

Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebseinrichtungen (12, 18, 20), einem Verbrennungsmotor (18) und mindestens einem Elektroantrieb (12, 20), mindestens einem Kupplungsgetriebe (22), mindestens einer Steuereinrichtung (16) mit mindestens einer Leistungselektronik (12, 14) und mindestens einer Energiespeicheranordnung (24), wobei der Verbrennungsmotor (18) über das Kupplungsgetriebe (22) mit einer ersten Antriebsachse (6) antriebstechnisch verbunden ist, wobei durch die Steuereinrichtung (16) mindestens ein Teilfaktor (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40), wie z.B. Temperatur einer Batterie, ermittelbar ist, wobei Steuereinrichtung (16) ein Booststrategiemodul (25) aufweist, durch das eine Anzahl von Teilfaktoren (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40) für Betriebszustände des Antriebssystems (2) ermittelbar sind, so dass ein Booststrategiefaktor (74) errechenbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens zwei Antriebseinrichtungen, einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektroantrieb, mindestens einem Kupplungsgetriebe, mindestens einer Steuereinrichtung mit mindestens einer Leistungselektronik und mindestens einer Energiespeicheranordnung, wobei der Verbrennungsmotor über das Kupplungsgetriebe mit einer ersten Antriebsachse antriebstechnisch verbunden ist, wobei durch die Steuereinrichtung mindestens ein Teilfaktor, wie z. B. Temperatur einer Batterie ermittelbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems.
  • Insbesondere bei Hybridfahrzeugen werden zwei Antriebseinheiten miteinander kombiniert, die auf unterschiedliche Weise eine Leistung für Fahrzeugantrieb bereitstellen. Gut zu ergänzen sind in diesem Zusammenhang die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors und mindestens eines Elektroantriebs. Durch den mindestens einen Elektrontrieb können insbesondere Funktionalitäten, wie das elektrische Fahren, wie Rekuperation, hier wird der Elektroantrieb als Generator genutzt, sowie das Boosten ausgeführt werden. Beim Boosten wird kurzzeitig eine sehr hohe elektrische Leistung zur Beschleunigung bereitgestellt, was zur Folge hat, dass die Fahrdynamik wesentlich verbessert wird. Hierzu sind jedoch spezielle Speicheranordnungen erforderlich, die besondere Batteriezellen sowie Superkondensatoren aufweisen können, um diese Leistung kurzfristig bereitzustellen. Die maximale Leistung kann hierbei auch lediglich in begrenzter Anzahl in einem Zeitfenster zur Verfügung gestellt werden, wobei darüber hinaus die Batteriezellen sowie die Superkondensatoren auch einem Alterungsprozess unterliegen, der mit fortschreitender Nutzungsdauer zu einer Verminderung der Leistungsfähigkeit führt. Die DE 10 2007 020 935 A1 beschreibt nun ein derartiges Antriebssystem, bei dem Teilfaktoren, wie eine Batterietemperatur bzw. der Grad einer Batteriealterung ermittelt werden, um die oben genannten Funktionalitäten des Elektroantriebs, wie E-Fahren, Rekuperation oder Boosten optimal anzusteuern. Eine Optimierung der Funktionalität „Boosten“ an sich ist durch ein derartiges Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems nicht möglich. Jedoch ist die Optimierung der Boost-Funktion, insbesondere bei leistungsstarken Fahrzeugen oder auch bei Rennfahrzeugen, wünschenswert, da gerade bei diesen Fahrzeugen eine kurzfristige Bereitstellung von Leistung gewünscht ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems bereitzustellen, das eine Optimierung der Boost- Funktion ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Steuereinrichtung ein Booststrategiemodul aufweist, durch das eine Anzahl von Teilfaktoren für Betriebszustände des Antriebsystems ermittelbar sind, so dass ein Booststrategiefaktor errechenbar ist. Hierdurch ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, einen „Boost“ abhängig von den unterschiedlichsten Betriebszuständen des Antriebssystems, wobei noch eine fahrzeugspezifische Gewichtung vorgenommen werden kann, durchzuführen.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein Boostfunktionsfaktor ermittelbar, der, wenn eine Anzeigevorrichtung für diesen Boostfunktionsfaktor vorgesehen ist, dem Fahrer auch übermittelbar ist. Dieser Boostfunktionsfaktor kann insbesondere den Ladezustand einer Batterie der Energiespeicheranordnung sowie den Alterungszustand berücksichtigen.
  • Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Antriebssystems sind ein erster und ein zweiter Elektroantrieb vorgesehen, wobei der erste Elektroantrieb antriebstechnisch mit der ersten Antriebsachse und der zweite Elektroantrieb antriebstechnisch mit der zweiten Antriebsachse verbunden ist. Hierbei ist es dann auf einfache Weise möglich, den Booststrategiefaktor bzw. den Boostfunktionsfaktor achsindividuell berechnen zu lassen, um auf diese Weise das Fahrzeug in fahrdynamischer Hinsicht optimal ansteuern zu können. Hierzu kann in vorteilhafter Weise im Booststrategiemodul für jede Antriebsachse ein Achsgewichtungsfaktor hinterlegt sein.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems gelöst, das vorsieht, dass in einem ersten Schritt durch das Booststrategiemodul Teilfaktoren für bestimmte Betriebszustände, wie z.B. Batterieladezustand, Temperatur eines Elektroantriebes, Temperatur einer Batterie, Boostzeit, Motorrandbedingungen, Streckenrandbedingungen für den elektrischen Boost, ermittelt werden, in einem zweiten Schritt durch das Booststrategiemodul in Abhängigkeit der Teilfaktoren Teilgewichtungsfaktoren ermittelt werden, in einem dritten Schritt durch das Booststrategiemodul in Abhängigkeit der Teilgewichtungsfaktoren ein Booststrategiefaktor ermittelt wird, in einem vierten Schritt mittels des Booststrategiefaktors ein einzusetzendes Boostmoment ermittelt wird und an den mindestens einen Elektroantrieb übermittelt wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn beim ersten Schritt zunächst eine Normierung der Teilfaktoren und nachfolgend eine Plausibilitätsprüfung des jeweiligen normierten Teilfaktors vorgenommen wird. Hierdurch können auf einfache Weise Fehler bei der Ermittlung der Teilfaktoren für die einzelnen Betriebszustände erkannt werden. In vorteilhafter Weise können im vierten Schritt mittels des Achsgewichtungsfaktors ein Boostmoment für jede Antriebsachse ermittelt werden, um nachfolgend jeder Antriebsachse das ermittelte Boostmoment zur Verfügung zu stellen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeuges mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem,
  • 2 ein schematisches Blockschaltbild zur Ermittlung eines Booststrategiefaktors, und
  • 3 ein schematisches Blockschaltbild zur Herleitung eines achsindividuellen Boostmomentes.
  • 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 2 mit einem schematisch dargestellten Antriebssystem 4. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine erste Antriebsachse 6 auf, die als Hinterradachse ausgebildet ist sowie eine zweite Antriebsachse 8, die als Vorderradachse ausgebildet ist. Im Frontbereich ist ein Elektroantrieb 10 vorgesehen, der über ein nicht weiter dargestelltes Ein-Gang-Kupplungsgetriebe mit der Vorderradachse 8 verbunden ist. Des Weiteren ist im Frontbereich eine Leistungselektronik 12 angeordnet, die wie eine zweite Leistungselektronik 14 im Heckbereich auf bekannte Weise mit einer Steuereinrichtung 16 verbunden ist, um die jeweiligen Antriebseinrichtungen anzusteuern.
  • Im Heckbereich des Kraftfahrzeuges 2 sind neben der bereits genannten Leistungselektronik 14 und der Steuereinrichtung 16 ein Verbrennungsmotor 18 sowie ein zweiter Elektroantrieb 20 angeordnet, die auf bekannte Weise über ein Doppelkupplungsgetriebe 22 mit der als Hinterradachse ausgebildeten ersten Antriebsachse 6 antriebstechnisch verbunden sind. Des Weiteren ist im Heckbereich auch noch eine Energiespeicheranordnung 24 vorgesehen, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Lithium-Ionen-Batteriepack mit Leistungskondensatoren ausgeführt ist. Es sollte deutlich sein, dass jedoch auch andere Energiespeicheranordnungen möglich sind. Die Steuereinrichtung 16 weist nun erfindungsgemäß ein Booststrategiemodul auf, das nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 näher erläutert wird.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild zur Ermittlung eines universellen Booststrategiefaktors 74. Hier werden zunächst eine Anzahl von Teilfaktoren, wie ein Batterieladezustand 26 der Energiespeicheranordnung 24, eine Temperatur 28 des ersten Elektroantriebs 10, eine Temperatur 30 des zweiten Elektroantriebs 20, eine Batterietemperatur 32 der Energiespeicheranordnung 24 sowie eine Boostzeit 34, eine Boostphase 36, ein Boostwirkfaktor 38 und ein Boostnutzfaktor 40 ermittelt. Der Boostwirkfaktor 38 berücksichtigt in diesem Ausführungsbeispiel, wie gut der Boost zur gesamten Kraftfahrzeugbeschleunigung beitragen kann. Hier werden beispielsweise Geschwindigkeit, Steigung, Drehzahl, Leistung des Kraftfahrzeuges bzw. der Umgebungsrandbedingung berücksichtigt. Der Boostnutzfaktor ist speziell auf eine bestimmten Rundstrecke, wie z. B. die Rennstrecke Nürburgring, abgestimmt. Er bewertet, wie sinnvoll der Boost innerhalb des Rundstreckenverlaufes gerade eingesetzt werden kann. Es versteht sich von selbst, dass Faktoren, die für einen bestimmten Betriebszustand nicht zutreffen, ausgeschaltet bzw. nicht berücksichtigt werden.
  • Dimensionsbehaftete Teilfaktoren, wie z. B. die Teilfaktoren 26, 28, 30, 32, 34 werden zunächst bezogen auf den jeweiligen Maximalwert, dargestellt durch die Blöcke 42, 44, 46, 48, 50, in einem Normierungsblock 52 normiert. Dieser normierte Teilfaktor wird nachfolgend, dargestellt durch einen Plausibilitätblock 54, einer Plausibilitätsprüfung unterzogen. Hierdurch kann auf einfache Weise überprüft werden, ob der normierte Teilfaktor, der naturgemäß einen Wert zwischen 0 und 1 besitzen muss, fehlerbehaftet ist oder nicht. Jeder normierte Teilfaktor bzw. die von vorneherein normierten Teilfaktoren 36, 38, 40 werden nun einem ersten Gewichtungsblock 56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70 zugeführt, der anhand einer im Booststrategiemodul 25 vorgenommenen Voreinstellung eine Bewertung des jeweiligen normierten Teilfaktors 26, 28, 30, 32 und 34 bzw. der Teilfaktoren 36, 38 und 40 vornimmt. Im Block 72 findet dann die Bestimmung des universellen Booststrategiefaktors 74 statt. Dies erfolgt anhand eines Vergleiches derart, dass einem optimalen Zustand des gesamten Antriebssystems der Wert 1 zugeordnet wird. Der Wert des Booststrategiefaktors liegt also zwischen 0 und 1.
  • Es sollte deutlich sein, dass auf Basis der vorliegenden normierten Teilfaktoren ein Boostfunktionsfaktor ermittelbar und mittels einer nicht weiter dargestellten Anzeigevorrichtung darstellbar ist.
  • Anhand des schematischen Blockschaltbildes, dargestellt in 3, soll nun erläutert werden, wie ein achsindividuelles Boostmoment 76, 78 ermittelt wird. Hierzu wird zunächst ein maximales Boostmoment 80 für die Hinterachse 6 und ein maximales Boostmoment 82 für die Vorderachse 8 bereitgestellt. Der berechnete Booststrategiefaktor 74 wird dann mittels eines Achsgewichtungsfaktors 84, 86, der im Booststrategiemodul 25 hinterlegt ist, für jede einzelne Antriebsachse 6, 8 berechnet. Dieser spezifische Booststrategiefaktor pro Achse wird dann mit dem maximalen Boostmoment 80, 82 pro Achse multipliziert, dargestellt durch die Blöcke 88, 90. Auf diese Weise ist das achsindividuelle Boostmoment 76 für die Hinterachse 6 und das achsindividuelle Boostmoment 78 für die Vorderachse 8 berechnet worden. Es kann nun vorgesehen sein, dass der Fahrer durch einen Schalter, dargestellt durch die Blöcke 92, 94 auswählen kann, ob das maximale Boostmoment 80, 82 eingesetzt wird, oder ob dem Booststrategiemodul 25 die Einstellung des achsindividuellen Boostmomentes 76, 78 überlassen wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007020935 A1 [0002]

Claims (8)

  1. Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens zwei Antriebseinrichtungen (12, 18, 20), einem Verbrennungsmotor (18) und mindestens einem Elektroantrieb (12, 20), mindestens einem Kupplungsgetriebe (22), mindestens einer Steuereinrichtung (16) mit mindestens einer Leistungselektronik (12, 14) und mindestens einer Energiespeicheranordnung (24), wobei der Verbrennungsmotor (18) über das Kupplungsgetriebe (22) mit einer ersten Antriebsachse (6) antriebstechnisch verbunden ist, wobei durch die Steuereinrichtung (16) mindestens ein Teilfaktor (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40), wie z.B. Temperatur einer Batterie, ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (16) ein Booststrategiemodul (25) aufweist, durch das eine Anzahl von Teilfaktoren (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40) für Betriebszustände des Antriebssystems (2) ermittelbar sind, so dass ein Booststrategiefaktor (74) errechenbar ist.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boostfunktionsfaktor ermittelbar ist.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigevorrichtung für den Boostfunktionsfaktor vorgesehen ist.
  4. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster und ein zweiter Elektroantrieb (10, 20) vorgesehen sind, wobei der erste Elektroantrieb (10) antriebstechnisch mit einer ersten Antriebsachse (8) und der zweite Elektroantrieb (20) antriebstechnisch mit einer zweiten Antriebsachse (6) verbunden ist.
  5. Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Booststrategiemodul (25) für jede Antriebsachse (6, 8) ein Achsgewichtungsfaktor (84, 86) hinterlegt ist.
  6. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt durch das Booststrategiemodul (25) Teilfaktoren (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40) für bestimmte Betriebszustände, wie z.B. Batterieladezustand, Temperatur eines Elektroantriebes (10, 20), Temperatur einer Batterie (24), Boostzeit, Motorrandbedingungen, Streckenrandbedingungen für den elektrischen Boost, ermittelt werden, in einem zweiten Schritt durch das Booststrategiemodul (25) in Abhängigkeit der Teilfaktoren (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40), Teilgewichtungsfaktoren (56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) ermittelt werden, in einem dritten Schritt durch das Booststrategiemodul (25) in Abhängigkeit der Teilgewichtungsfaktoren (56, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70) ein Booststrategiefaktor (74) ermittelt wird, in einem vierten Schritt mittels des Booststrategiefaktors (74) ein einzusetzendes Boostmoment (76, 78) ermittelt wird und an den mindestens einen Elektroantrieb (10, 20) übermittelt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim ersten Schritt zunächst eine Normierung der Teilfaktoren (26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40) und nachfolgend eine Plausibilitätsprüfung des jeweiligen normierten Teilfaktors vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7 in Verbindung mit Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im vierten Schritt mittels des Achsgewichtungsfaktors (84, 86) ein Boostmoment (76, 78) für jede Antriebsachse (6, 8) ermittelt wird.
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