DE102012204718A1

DE102012204718A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102012204718A1
Application number: DE201210204718
Authority: DE
Inventors: Markus Eisele; Christian Netzer; Jürgen Blaser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2013-09-26

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und/ oder Generator betreibbare elektrische Maschine, einen Energiespeicher und ein Getriebe umfasst. Die elektrische Maschine dient als elektrodynamisches Anfahrelement. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass mit Hilfe einer Ansteuerung des Hybridantriebs ein Kriech-Fahrzustand des Fahrzeuges in Abhängigkeit eines durch die Ansteuerung überwachten Ladezustands (SOC) des Energiespeichers geregelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebes eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 16.
Hybridantriebe gewinnen im Fahrzeugbau aufgrund ihres Potenzials zur Verringerung von Schadstoffemissionen und Energieverbrauch zunehmend an Bedeutung. Es werden grundsätzlich zwei Hybrid-Topologien, der Seriellhybrid und der Parallelhybrid unterschieden. Solche Anordnungen sind bereits bekannt.
Beim Seriellhybrid sind die Antriebsmaschinen antriebstechnisch hintereinander geschaltet. Dabei dient der Verbrennungsmotor, beispielsweise ein Dieselmotor, als Antrieb für einen Generator, der eine elektrische Maschine speist. Das Fahrzeug wird ausschließlich über den Elektromotor angetrieben. Der Verbrennungsmotor ist von den Antriebsrädern entkoppelt und kann daher ständig in einem einzigen Betriebspunkt, also bei einem bestimmten Drehmoment und konstanter Drehzahl betrieben werden.
Demgegenüber bieten Parallelhybrid-Antriebsstränge durch eine bezüglich des Kraftflusses parallele Anordnung der Triebstrangaggregate neben der Überlagerung der Antriebsmomente die Möglichkeit der Ansteuerung mit rein verbrennungsmotorischem Antrieb oder rein elektromotorischem Antrieb. Grundsätzlich kann beim Parallelhybrid der Verbrennungsmotor durch jeweiliges Belasten bzw. Unterstützen mittels einer oder mehrerer elektrischer Maschinen weitgehend bei optimalem Drehmoment betrieben werden, so dass der maximale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors effektiv genutzt werden kann.
Weiterhin ist es bekannt, im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen elektrische Maschinen als Alternative zu herkömmlichen Reibkupplungen oder zu hydrodynamischen Wandlern als Anfahrelemente einzusetzen, um mechanische Verluste bei der Kraftübertragung im Antriebsstrang möglichst gering zu halten. Bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen kann die elektrische Maschine zur Erzeugung eines Kriechmodus eingesetzt werden. Aus der DE 10 2006 003 714 A1 ist beispielsweise ein elektrodynamisches Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei dem mittels einer Ansteuerung einer elektrischen Maschine als zusätzlichem Antriebsaggregat ein regelbarer Kriech-Fahrzustand, vergleichbar zum Kriechbetrieb eines Fahrzeuges mit einem automatischen Stufengetriebe und einem hydrodynamischen Wandler, nachempfunden wird, wodurch ein hoher Fahrkomfort gewährleistet wird.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das einen Kriech-Betriebszustand eines Hybrid-Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, funktional verbessert.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb vor. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und/oder Generator betreibbare elektrische Maschine, einen Energiespeicher und ein Getriebe. Die elektrische Maschine dient als elektrodynamisches Anfahrelement. Erfindungsgemäß wird mit Hilfe einer Ansteuerung des Hybridantriebs ein Kriech-Fahrzustand des Fahrzeuges in Abhängigkeit eines durch die Ansteuerung überwachten Ladezustands des Energiespeichers geregelt.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass die von hydrodynamischen Wandlern bekannte Kriechfunktion in einer im Fahrzeug betreibbaren Software nachbildbar ist, welche die Charakteristik eines solchen Wandlers simuliert, wobei die Charakteristik in einer entsprechenden Ansteuerung des Anfahrelementes elektronisch umsetzbar ist.
Das Kriechen erfolgt dadurch insbesondere rein elektrisch bei abgekoppeltem Verbrennungsmotor. Da durch den Energiespeicher Energie nur begrenzt zur Verfügung steht, kann das Kriechen nur für eine bestimmte Zeitdauer aufrecht erhalten werden bevor der Energiespeicher einen kritischen Ladezustand erreicht, bei dem entweder ein bestimmungsgemäßer Fahrbetrieb des Fahrzeugs nicht mehr sicher gestellt werden kann oder sogar eine Schädigung des Energiespeichers auftreten kann.
Unter einem Kriech-Fahrzustand (auch als Kriechen bezeichnet) wird ein Fahren mit einer Geschwindigkeit verstanden, die kleiner ist als eine niedrigste fahrbare Geschwindigkeit mit fest an den Antriebsstrang des Fahrzeugs gekoppeltem Verbrennungsmotor. Anders ausgedrückt wird beim Kriechen das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit gefahren, bei der die Getriebeeingangsdrehzahl unterhalb einer Ankoppeldrehzahl des Verbrennungsmotors ist. Dabei kann das Kriechen auch mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor erfolgen.
Die Regelung des Kriech-Fahrzustands des Fahrzeuges in Abhängigkeit des Ladezustands des Energiespeichers ermöglicht die Vermeidung von Situationen, in denen der Energiespeicher aufgrund zu langen Kriechens zu tief entladen wird. Hierdurch kann z. B. sichergestellt werden, dass ein Anfahren des Fahrzeugs mit der elektrischen Maschine in jedem Fall möglich ist. Außerdem kann durch die Regelung die Haltbarkeit des Energiespeichers verbessert werden, da für den Energiespeicher zu tiefe Entladungen vermieden werden können. Durch die Regelung wird eine unkontrollierte Entladung des Energiespeichers aufgrund zu langen Kriechens vermieden.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird durch die Ansteuerung überwacht, ob der Ladezustand während des Kriech-Fahrzustands unter einen ersten Schwellwert fällt. Insbesondere wird bei einer Unterschreitung des ersten Schwellwerts überprüft, ob eine Geschwindigkeitsveränderung (d.h. eine positive Beschleunigung oder eine negative Beschleunigung (Verzögerung)) vorliegt. Mit dem ersten Schwellwert ist – ausgehend von einem Nenn-Nutzbereich des Ladezustands des Energiespeichers – ein Ladezustand erreicht, bei dem der Kriech-Fahrzustand aufgrund der Höhe des Ladezustands in Kürze beendet werden wird oder muss, um eine Schädigung des Energiespeichers zu vermeiden oder um ein Anfahren des Fahrzeugs bis zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors sicher zu ermöglichen. Das Erreichen des ersten Schwellwerts kann dem Fahrer des Fahrzeugs signalisiert werden, um diesem die Möglichkeit zu geben, den Betriebszustand des Fahrzeugs aktiv zu beeinflussen, um eine weitere Entladung des Energiespeichers zu vermeiden oder verhindern. Ebenso kann das Erreichen des ersten Schwellwerts zu Dokumentationszwecken in einem Betriebsdatenspeicher protokolliert werden.
Der Nenn-Nutzbereich des Ladezustands des Energiespeichers ist derjenige Bereich, in dem der Energiespeicher bevorzugt betrieben wird. Der Nenn-Nutzbereich ist – je nach Typ des Energiespeichers – ein kleines nutzbares Ladezustandsband, z. B. zwischen 40% und 60%. Wird der Energiespeicher innerhalb dieses Ladezustandsbands betrieben, wird eine hohe Lebensdauer des Energiespeichers ermöglicht.
Der erste Schwellwert kann so gewählt werden, dass dieser außerhalb des Nenn-Nutzbereichs liegt. Ebenso ist es möglich, dass der erste Schwellwert innerhalb des Nenn-Nutzbereichs des Ladezustands des Energiespeichers liegt, vorzugsweise an dessen unteren Ende.
Mit dem Erreichen des ersten Schwellwerts stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung, auf welche Weise das Fahrzeug weiter betrieben werden kann.
Zum einen kann das Fahrzeug, vorzugsweise durch aktives Handeln des Fahrers, beschleunigt werden. Bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs wird, sobald eine Ankoppeldrehzahl erreicht ist, das Fahrzeug durch den Verbrennungsmotor angetrieben und der Energiespeicher durch eine Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors geladen, wobei die Ankoppeldrehzahl diejenige Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, die erforderlich ist, um diesen an das Getriebe ankoppeln zu können. Hierdurch erfolgt eine Nachladung des Energiespeichers, so dass dessen Ladezustand sich erhöht. Die Menge der Nachladung bemisst sich nach der Dauer des Betriebs des Verbrennungsmotors und/oder dem gewählten Betriebspunkt.
Zum anderen kann nach einer Verzögerung des Fahrzeugs bis zum Stillstand der Energiespeicher geladen werden, indem die elektrische Maschine durch den Verbrennungsmotor als Generator betrieben wird. Auch hier bemisst sich die Menge der Nachladung nach der Dauer des Stillstands und/oder dem gewählten Betriebspunkt des Verbrennungsmotors.
In manchen Fahrsituationen wird es nicht möglich sein, das Fahrzeug zu beschleunigen oder zum Stillstand zu bringen. Es ist daher in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass bei keiner detektierbaren Fahrpedalanforderung der Kriech-Fahrzustand durch motorische Ansteuerung der elektrischen Maschine beibehalten wird. Unter einer detektierbaren Fahrpedalanforderung wird entweder eine Betätigung des Gaspedals zur Beschleunigung des Fahrzeugs oder eine Betätigung des Bremspedals, mit der das Fahrzeug verzögert wird, verstanden. Es versteht sich, dass für diese Variante der erste Schwellwert derart gewählt sein muss, dass für ein gewisse Zeit oder eine bestimmte Strecke das Kriechen noch ermöglicht wird ohne den Energiespeicher zu tief zu entladen. Die Höhe des ersten Schwellwerts bestimmt dabei die noch mögliche oder erlaubte Zeitdauer bzw. Strecke des Kriechens.
In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass durch die Ansteuerung überwacht wird, ob der Ladezustand während des Kriech-Fahrzustands unter einen zweiten Schwellwert fällt, welcher kleiner als der erste Schwellwert ist, wobei das Fahrzeug dann automatisiert in einen Zustand überführt wird, in dem der Energiespeicher durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine nachgeladen werden kann und wird. Beim Unterschreiten des zweiten Schwellwerts wird die elektrische Maschine somit nicht mehr als Antrieb für das Fahrzeug, sondern als Generator für das Laden des Energiespeichers genutzt. Das Erreichen des zweiten Schwellwerts kann dem Fahrer des Fahrzeugs signalisiert werden, um diesem einen Hinweis zu geben, dass nun (d.h. ohne wesentliche Zeitverzögerung) ein Nachladen des Energiespeichers erforderlich ist bzw. erfolgen wird. Da das Nachladen des Energiespeichers mit einem Stillstand des Fahrzeugs verbunden sein kann, stellt die Signalisierung eine Warnung für den Fahrer dar. Es ist zweckmäßig, das Unterschreiten des zweiten Schwellwerts zu Dokumentationszwecken auch in dem Betriebsdatenspeicher abzuspeichern.
Das Fahrzeug kann in einer weiteren Ausgestaltung, wenn es sich vor dem Erreichen des zweiten Schwellwerts mit einer Geschwindigkeit bewegt, welche kleiner als eine erste Kriechgeschwindigkeit ist, durch eine Verringerung des elektrischen Antriebsmoments der elektrischen Maschine automatisch zum Stillstand gebracht werden. Um nach dem Stillstand eine unbeabsichtigte Bewegung des Fahrzeugs nach vorne oder hinten zu verhindern, ist es zweckmäßig das Fahrzeug durch Haltemittel zu halten. Dies kann z. B. durch das Fahrzeug-eigene Bremssystem oder eine Verriegelung des Getriebes erfolgen. Mit dem Stillstand des Fahrzeugs kann dann der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine zum Laden des Energiespeichers gestartet werden.
Die erste Kriechgeschwindigkeit stellt vorzugsweise eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs dar, bei der die Getriebeeingangsdrehzahl kleiner als etwas 2/3 einer Ankoppeldrehzahl des Verbrennungsmotors ist.
Nachdem nach dem Unterschreiten des zweiten Schwellwerts ein Nachladen des Energiespeichers unmittelbar oder zumindest schnellstmöglich erforderlich ist, ist es zweckmäßig, wenn während der Verringerung des Antriebsmoments (d.h. der Verringerung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bis zum Erreichen des Stillstands) ein durch die Ansteuerung detektierter Fahrpedalbefehl zur Beschleunigung des Fahrzeugs nicht in eine Beschleunigung umgesetzt wird. Mit anderen Worten wird ein solcher Fahrpedalbefehl ignoriert.
Eine Ausnahme hiervon ist dann zweckmäßig, wenn der Fahrer des Fahrzeugs eine Verringerung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verhindern will, z. B. weil das Fahrzeug sich in einer Kreuzung befindet, welche schnellstmöglich freigemacht werden soll. Es kann deshalb auch vorgesehen sein, dass während der Verringerung des Antriebsmoments ein durch die Ansteuerung detektierter Fahrpedalbefehl, der einen vorgegebenen Gradienten übersteigt oder ein Kickdown-Signal repräsentiert, der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine für eine vorgegebene Zeit verzögert wird, um den Kriech-Fahrzustand hinauszuzögern. Die Verzögerung des generatorischen Betriebs bedeutet, dass das Kriechen elektromotorisch fortgesetzt wird. Das Kickdown-Signal wird in einer dem Fachmann bekannten Weise mittels Betätigung eines Kickdownschalters am Anschlag des Fahrpedals (Gaspedals) erzeugt.
Um einen guten Fahrkomfort in dieser Situation zu gewährleisten, darf nicht das während des Kickdowns dem Fahrpedal entsprechende Moment gestellt werden, sondern das dem Kriech-Fahrzustand entsprechende Moment. Ist die Kickdown-Zeit abgelaufen und die Fahrpedalstellung entspricht noch unverändert der Kickdown-Stellung, dann wird das Moment ebenfalls langsam freigegeben, d. h. erhöht, um kein Anfahren des Fahrzeugs mit maximaler Beschleunigung zu erhalten, wodurch der Fahrkomfort eingeschränkt sein könnte.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass durch einen während des Ladens des Energiespeichers bei einem durch die Ansteuerung detektierten Fahrpedalbefehl der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine abgebrochen wird, um das Fahrzeug anzufahren. Insbesondere werden nur solche Fahrpedalbefehle berücksichtigt, vor denen zumindest kurzzeitig während der Nachladephase kein Fahrpedalbefehl, der zu einer Beschleunigung des Fahrzeugs führt, detektiert werden konnte. Hierdurch soll sichergestellt werden, dass der Fahrpedalbefehl des Fahrers bewusst erzeugt wurde, indem der Fahrer zumindest kurzzeitig vom Gas geht.
Je nach Stellung des Fahrpedals kann das Fahrzeug erneut in einen Kriech-Fahrzustand versetzt werden oder es kann elektrisch angefahren werden, wobei der Verbrennungsmotor nach Erreichen der Ankoppeldrehzahl das Getriebe antreibt. Durch die Ansteuerung wird hierzu die Stellung des Fahrpedals überwacht, um in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung das Fahrzeug verbrennungsmotorisch oder elektrisch anzufahren oder den Kriech-Fahrzustand wiederherzustellen. Wenn z. B. das Kickdown-Signal aktiv wird, kann das Fahrzeug über den Verbrennungsmotor angefahren werden. Dies kann z.B. über schlupfende Elemente erfolgen.
In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird nach Beendigung des Ladevorganges der Kriech-Fahrzustand in Reaktion auf einen detektierten Fahrpedalbefehl wieder aufgenommen, wenn während des Ladevorgangs (a) kein Fahrpedalbefehl oder (b) ein zumindest zeitweiliger, insbesondere ein dauerhafter, Fahrpedalbefehl durch die Ansteuerung detektiert wurde. Es ist hierbei zweckmäßig, wenn dem Fahrer die Beendigung des Ladezustands signalisiert wird. Beispielsweise kann dies in Form einer digitalen Information geschehen, welche lediglich das Erreichen eines ausreichenden Ladezustands signalisiert. Ebenso kann der Fahrer über die Höhe des Ladezustands, gegebenenfalls auch schon während der Ladephase, informiert werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Fahrzeug, wenn es sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, welche größer als die erste Kriechgeschwindigkeit (also größer als eine Geschwindigkeit, bei der die Getriebeeingangsdrehzahl bei etwa bei 2/3 der Ankoppeldrehzahl vorliegt) ist, durch eine Erhöhung des elektrischen Antriebsmoments der elektrischen Maschine auf eine der Ankoppeldrehzahl des Getriebes entsprechende Geschwindigkeit gebracht wird, der Verbrennungsmotor an das Getriebe angekoppelt und der Energiespeicher über eine Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors geladen wird. Bei dieser Variante ist es ist nicht erforderlich, das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen. Es versteht sich, dass für diesen Anwendungsfall jedoch eine entsprechende Verkehrssituation vorliegen muss, die die Beschleunigung des Fahrzeugs auf eine Geschwindigkeit erlaubt, bei der der Verbrennungsmotor an das Getriebe angekoppelt werden kann.
Insbesondere kann bei dieser Variante vorgesehen sein, dass eine Erhöhung des elektrischen Antriebsmoments auf eine der Ankoppeldrehzahl entsprechende Geschwindigkeit in Reaktion auf einen detektierten Fahrpedalbefehl, mit dem eine Verzögerung des Fahrzeugs bezweckt wird, unterbleibt. Hierdurch wird dem Umstand Rechnung getragen, dass die Beschleunigung des Fahrzeugs auf die erhöhte Geschwindigkeit zum Ankoppeln des Verbrennungsmotors z. B. aus Gründen der Umgebungsbedingungen nicht möglich ist. Ein Nachladen des Energiespeichers erfolgt dann durch eine der oben beschriebenen Varianten, indem das Fahrzeug zum Stillstand gebracht wird und ein generatorisches Laden des Energiespeichers erfolgt.
Ebenso kann vorgesehen sein, dass nach Beendigung des Ladevorgangs der verbrennungsmotorische Betrieb des Fahrzeugs beibehalten wird bis durch die Ansteuerung eine derartige Verringerung des Antriebsmoments detektiert wird, dass die Getriebeeingangsdrehzahl unterhalb der Ankoppeldrehzahl sinkt. Hierdurch kann eine unmittelbare Änderung des Fahrverhaltens vermieden werden, wenn der Ladezustand des Energiespeichers es erlaubt unter Nutzung der elektrischen Maschine zu kriechen.
Die Erfindung schlägt ferner eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und/oder Generator betreibbare elektrische Maschine, einen Energiespeicher und ein Getriebe umfasst, vor. Die elektrische Maschine dient als elektrodynamisches Anfahrelement. Die Vorrichtung umfasst eine Ansteuerung des Hybridantriebs, die dazu ausgebildet ist, einen Kriech-Fahrzustand des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines durch die Ansteuerung überwachten Ladezustands des Energiespeichers zu regeln. Diese Vorrichtung weist die gleichen Vorteile auf, wie diese in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erläutert wurden.
In zweckmäßigen Weiterbildungen ist die Steuerung zur Durchführung weiterer Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Die einzige Figur zeigt drei zeitlich zueinander synchronisierte Diagramme des Ladezustands eines Energiespeichers eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs, eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eine Fahrpedalstellung zum Beeinflussen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb umfasst in bekannter Weise einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und/oder Generator betreibbare elektrische Maschine, einen Energiespeicher und ein Getriebe. Der Verbrennungsmotor kann ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor sein. Der Energiespeicher wird als Akku oder Batterie bezeichnet. Unter einem „Getriebe“ sind alle Getriebearten zu verstehen, wie z. B. Handschaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe und Planeten-Automatikgetriebe.
Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Nutzfahrzeug, so kommen Schalt- oder Lastschaltgetriebe zum Einsatz. Diese müssen derart ausgelegt sein, dass eine hohe Steigfähigkeit bzw. Anfahrfähigkeit bei maximaler Beladung und eine niedrige Motordrehzahl bei maximaler Geschwindigkeit erzielbar ist. Hierzu verfügen Schaltgetriebe über eine große Spreizung in der Übersetzung mit teilweise bis zu 16 Gängen sowie eine hochbelastbare trockene Kupplung. Bei Lastschaltgetrieben mit vier bis sechs Gängen wird eine Verdopplung der Spreizung durch die elektrische Maschine, welche einen hydrodynamischen Drehmomentwandler ersetzt, erreicht. Durch die elektrische Maschine des Hybridantriebs ist neben einer hohen Anfahrsteigfähigkeit eine „nahezu“ unbegrenzte Kriechfähigkeit gegeben.
Unter Kriechen versteht man ein Fahren mit einer Geschwindigkeit, die kleiner ist, als die niedrigste fahrbare Geschwindigkeit mit fest an einen Triebstrang des Fahrzeugs gekoppeltem Verbrennungsmotor. Beim Kriechen wird somit mit einer Getriebeeingangsdrehzahl gefahren, welche unterhalb der Ankoppeldrehzahl des Verbrennungsmotors ist. Das Kriechen kann auch mit ausgeschaltetem Verbrennungsmotor erfolgen. Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich werden wird, wird der Verbrennungsmotor während des Kriechens optional zum Laden des Energiespeichers genutzt. Hierzu muss dann der Verbrennungsmotor auf geeignete Weise, z. B. über einen Anlasser, gestartet werden, bevor ein Ankoppeln und eine Lastpunktverschiebung erfolgen kann.
Mit Hilfe einer Ansteuerung des Hybridantriebs wird ein Kriech-Fahrzustand des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines durch die Ansteuerung überwachten Ladezustands des Energiespeichers geregelt. Der Ladezustand ist auch unter dem Begriff State of Charge (SOC) bekannt. Durch die Ansteuerung wird dem Umstand Rechnung getragen, dass in dem Energiespeicher des Fahrzeugs nur begrenzt Energie für das Kriechen zur Verfügung steht.
Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 1 näher erläutert. In 1 ist schematisch der beispielhafte Verlauf des Ladezustands SOC eines Energiespeichers eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs während eines Kriech-Fahrzustands (Kriechen) dargestellt. Korrespondierend hierzu sind eine Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und eine durch den Fahrer des Fahrzeugs regulierte Fahrpedalstellung FP zum Beeinflussen der Geschwindigkeit des Fahrzeugs gezeigt.
Das Kriechen lässt sich in insgesamt vier Phasen P1, P2, P3, P4 einteilen, welche jeweils in 1 dargestellt sind und nachfolgend näher erläutert werden. Kriechen bedeutet, das Fahrzeug bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v von mehr als 0 km/h und höchstens 6 bis 9 km/h. Die höchste erreichbare Geschwindigkeit in einem Kriech-Fahrzustand hängt insbesondere von der Auslegung des Getriebes bzw. des Antriebsstrangs ab.
Die erste Phase P1 ist in 1 zwischen dem Zeitpunkt t₀ und t₁ gegeben. In dieser ersten Phase P1 befindet sich in dem Energiespeicher des Fahrzeugs ausreichend Energie, um über die elektrische Maschine kriechen zu können. Der Ladezustand liegt in einem sog. Nenn-Nutzbereich, der durch einen unteren Grenzwert SOC1 und einen oberen Grenzwert SOC2 gekennzeichnet ist.
Idealerweise wird der Hybridantrieb derart betrieben, dass sich der Ladezustand SOC zwischen dem unteren Grenzwert SOC1 und dem oberen Grenzwert SOC2, also im Nenn-Nutzbereich, bewegt. Der untere Grenzwert kann beispielsweise bei 40 %, der obere Grenzwert bei 60 % eines voll aufgeladenen Energiespeichers liegen. Ein Betreiben des Energiespeichers in dem Nenn-Nutzbereich ermöglicht eine Haltbarkeit bzw. Nutzbarkeit des Energiespeichers ohne wesentliche Einbußen an Kapazität über einen Zeitraum von mehreren Jahren.
Während des Kriechens nimmt die Energie im Energiespeicher durch den Betrieb der elektrischen Maschine als Motor langsam ab, was sich in einer Verringerung des Ladezustands SOC bemerkbar macht.
Zum Zeitpunkt t₁ erreicht der Ladezustand SOC einen ersten Schwellwert SW A während des Kriechens. Der erste Schwellwert SW A liegt im Ausführungsbeispiel unterhalb des unteren Grenzwerts SOC1 des Nenn-Nutzbereichs. In einer anderen Ausgestaltung könnte der erste Schwellwert SW A auch innerhalb des Nenn-Nutzbereichs liegen, d.h. einem Ladezustand SOC entsprechen, welcher größer als der untere Grenzwert SOC1 ist.
Das Erreichen bzw. Unterschreiten des ersten Schwellwerts SW A wird dem Fahrer signalisiert. Hierdurch bekommt der Fahrer eine Rückmeldung, dass ein Übergang von der ersten Phase P1 (dem Normalbetrieb) in die zweite Phase P2 erreicht ist. Die Rückmeldung kann beispielsweise eine optische wahrnehmbare Signalisierung sein. Hierzu kann ein am Arbeitsplatz des Fahrers vorhandenes Anzeigeelement (aufblinkendes Symbol oder Leuchte) oder eine Information in einem Display genutzt werden. Die Signalisierung des Erreichens des ersten Schwellwerts SW A kann auch akustisch erfolgen. Hierzu kann ein Lautsprecher oder ein Summer verwendet werden. Über den Lautsprecher kann z. B. ein dem ersten Schwellwert SW A zugeordneter Ton oder eine Melodie erzeugt oder abgespielt werden. Eine akustische Rückmeldung kann auch dadurch erfolgen, dass die Motordrehzahl der elektrischen Maschine erhöht wird, wobei das erhöhte Drehmoment durch Schlupf im Antriebsstrang wieder ausgeglichen wird. Ebenso ist eine haptische Rückmeldung zur Signalisierung des Erreichens des ersten Schwellwerts SW A denkbar. Eine solche haptische Rückmeldung kann durch eine Drehzahländerung der elektrischen Maschine oder eine Störung des Antriebsstrangs hervorgerufen werden, welche sich dann als für den Fahrer wahrnehmbares Ruckeln oder eine wahrnehmbare Vibration bemerkbar macht. Eine solche Vibration könnte auch in einem anderen Bedienelement, wie z. B. einem Lenkrad, gezielt hervorgerufen werden.
Die Signalisierung wird vorzugsweise derart ausgeführt, dass diese von anderen Personen in dem Fahrzeug außer dem Fahrer nicht oder nur schwach bemerkt werden. Die Signalisierung hat jedoch derart zu erfolgen, dass diese vom Fahrer erfasst und dem ersten Schwellwert SW A zugeordnet werden kann.
Das Erreichen bzw. die Unterschreitung des ersten Schwellwerts SW A wird vorzugsweise in einem Betriebsdatenspeicher des Fahrzeugs registriert. Der Betriebsdatenspeicher kann ein fest in dem Fahrzeug integrierter Speicher, welcher durch die Ansteuerung des Hybridantriebs beschreibbar ist, sein. Ebenso kann der Betriebsdatenspeicher als transportables Speichermedium ausgebildet werden, welches ähnlich einer Steckkarte für einen PC in ein dafür vorgesehenes Lesegerät eingeschoben wird. Die Registrierung des Erreichens bzw. Unterschreitens des ersten Schwellwerts SW A dient der Dokumentation. Die Informationen können beispielsweise für eine verbesserte Auslegung des Antriebsstrangs bzw. Hybridantriebs eingesetzt werden.
Mit dem Erreichen des ersten Schwellwerts SW A wird ein für die Lebensdauer des Energiespeichers als akzeptabel erachteter Normalbereich des Ladezustands SOC des Energiespeichers verlassen. Allerdings besteht hier noch keine Gefahr einer unmittelbaren Schädigung oder Verschlechterung des Kapazitätsverhaltens des Energiespeichers. In der auf den Zeitpunkt t₁ folgenden zweiten Phase P2 wird dem Fahrer des Fahrzeugs die Möglichkeit gegeben, einer weiteren Entladung des Energiespeichers entgegenzuwirken. Der Fahrer hat in dieser zweiten Phase P2 aktiv die Möglichkeit, das Fahrzeug auf Ankoppeldrehzahl zu beschleunigen, so dass ein Laden des Energiespeichers durch eine sog. Betriebspunktverschiebung erfolgen kann. Bei der Betriebspunktverschiebung erfolgt eine Anhebung des Drehmoments des Verbrennungsmotors, wobei eine Belastung des Verbrennungsmotors durch die elektrische Maschine erfolgt. Durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine kann der Energiespeicher in einer dem Fachmann bekannten Weise dann geladen werden. War der Verbrennungsmotor zuvor nicht eingeschaltet, so ist klar, dass für das Laden des Energiespeichers durch Lastpunktverschiebung der Verbrennungsmotor zuvor, z. B. durch einen Anlasser, gestartet werden muss.
Sofern die Verkehrsverhältnisse es zulassen, besteht für den Fahrer weiterhin die Möglichkeit, das Fahrzeug zum Stillstand zu bringen, wodurch ein generatorisches Laden des Energiespeichers im Stillstand des Fahrzeugs erfolgen kann.
Ebenso kann jedoch, wie dies im Beispiel der 1 gezeigt ist, der bisherige Kriech-Fahrzustand beibehalten werden. Hierdurch entlädt sich der Energiespeicher weiterhin, was sich in einer weiteren Verringerung des Ladezustands SOC bemerkbar macht. Bis zum Erreichen des Zeitpunkts t₂, welcher das Ende der zweiten Phase P2 markiert, bewegt sich das Fahrzeug mit der gleichen Kriech-Geschwindigkeit wie in der ersten Phase P1 weiter.
Mit dem Erreichen eines zweiten Schwellwerts SW B zum Zeitpunkt t₂ erfolgt dann in einer dritten Phase P3 ein automatisiertes Nachladen durch den Hybridantrieb, um eine weitere Entladung des Energiespeichers zu vermeiden. Der zweite Schwellwert SW B ist derart gewählt, dass durch dessen Erreichen eine Schädigung des Energiespeichers ausgeschlossen werden kann und andererseits ein elektromotorisches Anfahren des Fahrzeugs gerade noch möglich ist.
Das Nachladen des Energiespeichers in Phase P3 kann wahlweise dadurch erfolgen, dass das Fahrzeug zum Stillstand gebracht wird oder auf eine Ankoppeldrehzahl beschleunigt wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nahe der Ankoppelschwelle ist.
Der Ladevorgang während der dritten Phase P3 wird durch eine die nachgeladene Energiemenge repräsentierende Information signalisiert. Optional kann auch vorgesehen sein, dass mit dem Erreichen des zweiten Schwellwerts der Fahrer eine weitere optische und/oder akustische und/oder haptische Signalisierung über dessen Erreichen erhält. Die Art und/oder Ausprägung der Signalisierung erfolgt in Abhängigkeit der nachgeladenen Energiemenge, wobei die Art und/oder Ausprägung eine Fahrerinformation über mögliche Handlungsalternativen für den weiteren Fahrbetrieb repräsentieren. Insbesondere enthält die Signalisierung auch eine Information, wie viel Energie bereits wieder nachgeladen wurde. Die nachgeladene Energie bestimmt dann die für den Fahrer zur Verfügung stehenden Handlungsalternativen.
Vorzugsweise sind die Handlungsalternativen einem oder mehreren weiteren Schwellwerten des Ladezustands zugeordnet, welche während des Ladevorgangs in Richtung eines zunehmenden Ladezustands überschritten werden müssen, damit die zur Verfügung stehenden Handlungsalternativen signalisiert werden. Beispielsweise kann durch einen ersten weiteren Schwellwert signalisiert werden, dass ein elektrisches Anfahren des Fahrzeugs möglich ist. Der erste weitere Schwellwert muss hierzu oberhalb des zweiten Schwellwerts SW B liegen. Ein zweiter weiterer Schwellwert könnte signalisieren, dass eine kurze Kriechphase, beispielsweise in einem Bereich zwischen 30 und 50 m, möglich ist. Der zweite, weitere Schwellwert sollte hierbei ungefähr im Bereich des ersten Schwellwerts SW A liegen. Ein dritter weiterer Schwellwert könnte wiederum zum Ausdruck bringen, dass eine längere Kriechphase, d. h. über 30 bis 50 m hinaus, möglich ist. Hierzu muss der dritte, weitere Schwellwert oberhalb des ersten Schwellwerts SW A liegen. Der Übersichtlichkeit halber sind der erste bis dritte weitere Schwellwert nicht in 1 eingezeichnet.
Das Erreichen der weiteren Schwellwerte wird dem Fahrer beispielsweise durch optische Signalisierungsmittel angezeigt. Beispielsweise könnte durch einen Balken die Kriechfähigkeit in Prozent, Metern oder einer Zeit dargestellt werden. Der Balken kann auf einem Display visualisiert werden oder durch eine Mehrzahl an hintereinander angeordneten Leuchtmitteln (z. B. LEDs) gebildet sein. Ebenso könnte die Kriechfähigkeit durch ein Zeigerinstrument (z. B. ähnlich einer Tankanzeige) visualisiert werden. Ferner ist es möglich, dass die den weiteren Schwellwerten zugeordneten Handlungsalternativen durch jeweilige Symbole, Kontrollleuchten oder Anzeigen eines Displays angezeigt werden. So kann beispielsweise ein erstes Symbol signalisieren, dass ein elektrisches Anfahren möglich ist. Ein anderes, zweites Symbol zeigt an, dass ein kurzes Kriechen möglich ist. Über ein davon unterschiedliches drittes Symbol wird signalisiert, dass ein langes Kriechen möglich ist. Ebenso könnte beispielsweise eine Hintergrundbeleuchtung eines Displays oder bestimmter Anzeige- und/oder Betätigungselemente variiert werden. Insbesondere könnte eine unterschiedliche Blinkfrequenz die unterschiedlichen Handlungsalternativen signalisieren.
Die oben genannten Informationen über die weiteren Schwellwerte und die damit verbundenen Handlungsmöglichkeiten können dem Fahrer des Fahrzeugs auch auf akustische Weise signalisiert werden. So könnte beispielsweise die Motordrehzahl der elektrischen Maschine variiert werden, wodurch ein für den Fahrer wahrnehmbares Geräusch erzeugt ist. Ebenso könnten kurze „Gasimpulse“ durch die elektrische Maschine simuliert werden, welche sich ebenfalls in einer veränderten Geräuschkulisse bemerkbar machen. Entsprechende Veränderungen des Verhaltens bzw. Betriebs der elektrischen Maschine lassen sich in der Regel ebenfalls haptisch durch den Fahrer wahrnehmen. Die akustische Information über das Erreichen der einzelnen weiteren Schwellwerte könnte sich ebenfalls durch unterschiedliche Töne, unterschiedliche Tonintervalle oder unterschiedliche Tonmuster bemerkbar machen.
Die Vorgehensweise des automatisierten Nachladens kann in Abhängigkeit der Kriechgeschwindigkeit erfolgen. Bei einer niedrigen Kriechgeschwindigkeit, bei der sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit bewegt, bei der die Getriebeeingangsdrehzahl kleiner als 2/3 der Ankoppeldrehzahl des Verbrennungsmotors ist, sind nachfolgend beschriebene Handlungsabläufe möglich.
Mit dem Erreichen des zweiten Schwellwerts SW B wird das Fahrzeug durch die Ansteuerung des Hybridantriebs in einen Zustand überführt, in dem der Energiespeicher nachgeladen werden kann. Hierdurch kann die elektrische Maschine in einen generatorischen Betrieb zum Laden des Energiespeichers übergehen. Zu Dokumentationszwecken ist es zweckmäßig, wenn die Unterschreitung des zweiten Schwellwerts SW B (ebenso wie die Unterschreitung des ersten Schwellwerts SW A) in einem Betriebsdatenspeicher des Fahrzeugs registriert wird. Um eine weitere, den Energiespeicher eventuell schädigende Energieentnahme aus diesem zu verhindern, wird das Fahrzeug mit dem Erreichen des zweiten Schwellwerts SW B daher automatisiert durch eine Verringerung des elektrischen Antriebsmoments zum Stillstand gebracht.
Dies ist in 1 mit einem ersten Abschnitt P3.1 der dritten Phase P3 gekennzeichnet. Der erste Abschnitt P3.1 beginnt mit dem Zeitpunkt t₂ und endet mit dem Zeitpunkt t₃. Zwischen t₂ und t₃ verringert sich die Geschwindigkeit v von ihrer ursprünglichen Kriech-Geschwindigkeit bis zum Zeitpunkt t₃ schließlich auf v = 0. Ist das Fahrzeug zum Stillstand gekommen, so wird dieses durch geeignete Mittel, wie z. B. ein Bremssystem oder eine Getriebeblockade im Stillstand gehalten. Zum Zeitpunkt t₃ kann in dem zweiten Abschnitt P3.2 der dritten Phase P3 ein Nachladen des Energiespeichers erfolgen.
In 1 ist gut ersichtlich, dass sich in dem ersten Abschnitt P3.1 der dritten Phase P3 aufgrund des Bremsens sich der Ladezustand SOC zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ nicht mehr weiter verringert. In dem ersten Abschnitt P3.1 ist weiterhin ersichtlich, dass der Fahrer des Fahrzeugs durch eine veränderte Fahrpedalstellung versucht, das Fahrzeug zu beschleunigen. Dies macht sich in einer prozentual ansteigenden Fahrpedalstellung FP bemerkbar. Diese Erhöhung der Fahrpedalstellung FP wird in Phase P3.1 nicht berücksichtigt.
Eine Ausnahme hiervon kann z.B. ein sog. Kickdown darstellen, d. h. ein Fahrpedalbefehl, mit dem eine maximale Beschleunigung des Fahrzeugs abgerufen werden soll. In diesem Fall kann beispielsweise noch eine vorgegebene Menge an Energie aus dem Energiespeicher zur Verfügung gestellt werden, um ein weiteres Kriechen zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn sich mit dem Erreichen des zweiten Schwellwerts SW B das Fahrzeug gerade in einer Kreuzung befindet und aus dieser herausbewegt werden muss.
Entspricht die Fahrpedalstellung FP einem Kickdown, so darf natürlich nicht das dem Fahrpedal entsprechende Moment durch den Hybridantrieb gestellt werden. Vielmehr muss das zuvor während des Kriech-Fahrzustands wirkende Moment eingestellt werden. Die Momentenerhöhung erfolgt dann, wenn die sog. KD (Kickdown)-Zeit abgelaufen ist und der Fahrer eine dem Kickdown entsprechende Fahrpedalstellung abruft. Diese Momentenänderung wird vorzugsweise nicht abrupt, sondern langsam eingestellt.
Mit Bezug zur Darstellung in 1 ist ersichtlich, dass im zweiten Abschnitt P3.2 der Phase P3 trotz einer Fahrpedalstellung, die eine erhöhte Drehmomentabgabe der elektrischen Maschine repräsentiert, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs sich nicht erhöht und der Stillstand beibehalten wird. Erst mit dem Erreichen des Zeitpunkts t₄, wenn ein dritter Schwellwert SW C erreicht ist, beginnt das Fahrzeug nach Beendigung des Nachladens selbständig den Kriechvorgang wieder aufzunehmen. Lediglich beispielhaft liegt der dritte Schwellwert SW C oberhalb des Nenn-Nutzbereichs, d.h. oberhalb des Ladezustands SOC2. Prinzipiell könnte der dritte Schwellwert SW C auch innerhalb des Nenn-Nutzbereichs, d. h. unter SOC2, liegen.
Im Ausführungsbeispiel hat der Fahrer während des gesamten Nachladevorgangs (zweiter Abschnitt P3.2 der Phase P3) das Gaspedal betätigt. Das Fahrzeug beginnt dann nach Beendigung des Abschnitts P3.2 in Abschnitt P3.3 den Kriechvorgang wieder aufzunehmen. Dies erfolgt zum Zeitpunkt t₄. Durch Änderung der Fahrpedalstellung FP kann der Fahrer durch reduzieren der Lastanforderung die gewünschte Kriechgeschwindigkeit v wieder einstellen.
In einer in 1 nicht dargestellten Alternative kann auch vorgesehen sein, dass der Ladevorgang in dem zweiten Abschnitt P3.2 der dritten Phase P3 abgebrochen wird. Hierzu kann der Fahrer während des Nachladens vom Gas gehen (FP = 0), und durch anschließendes normales Gasgeben (0 < FP < 100) wieder anfahren. Abhängig von der nachgeladenen Energie, d. h. dem Ladezustand SOC, kann das Anfahren elektrisch erfolgen.
Gegebenenfalls ist es auch möglich, wieder elektrisch zu kriechen. Dies wird durch die oben beschriebenen weiteren Schwellwerte signalisiert. Das Erreichen des ersten, weiteren Schwellwerts, welcher über dem Schwellwert SW B liegt, ermöglicht beispielsweise ein elektrisches Anfahren. Das Erreichen des zweiten, weiteren Schwellwerts, der ungefähr im Bereich des ersten Schwellwerts SW A liegt, ermöglicht ein kurzes Kriechen. Das Erreichen des dritten, weiteren Schwellwerts, welcher oberhalb des ersten Schwellwertes SW A liegt, ermöglicht ein längeres Kriechen.
Um dem Fahrer unabhängig vom Ladezustand SOC des Energiespeichers die Möglichkeit zu geben, anzufahren, kann durch einen Kickdown-Befehl auch während des Ladevorganges direkt verbrennungsmotorisch, beispielsweise über schlupfende Schaltelemente, angefahren werden.
Bewegt sich das Fahrzeug mit einer hohen Kriechgeschwindigkeit, bei der die Getriebeeingangsdrehzahl höher als 2/3 der Verbrennungsmotor-Ankoppeldrehzahl ist, kann das Fahrzeug durch eine Erhöhung des elektrischen Antriebsmoments auf Ankoppeldrehzahl beschleunigt, der Verbrennungsmotor angekoppelt und über eine Lastpunktverschiebung der Energiespeicher nachgeladen werden. Es versteht sich, dass eine derartige Vorgehensweise voraussetzt, dass die Umgebungsbedingungen eine Erhöhung der Geschwindigkeit zulassen.
Steht durch das Nachladen über die Lastpunktverschiebung wieder ausreichend Energie zum elektrischen Kriechen zur Verfügung, kann das Fahrzeug wahlweise bei einer unveränderten Lastveränderung durch den Fahrer erneut in den Kriechzustand automatisiert überführt werden. Ebenso kann, um eine erneute Änderung des Fahrverhaltens zu vermeiden und den Fahrkomfort zu erhöhen, der Verbrennungsmotor an das Getriebe angekoppelt bleiben, bis sich der Fahrzustand signifikant ändert. Unter einer signifikanten Änderung des Fahrzustands wird eine Veränderung der Geschwindigkeit oder des Gaspedals mit einem bestimmten Gradienten oder eine Änderung einer bestimmten Geschwindigkeitsdifferenz verstanden. Beispielsweise kann durch ein Bremsen die Geschwindigkeit derart verringert werden, dass diese einer Kriech-Geschwindigkeit entspricht. In diesem Fall kann in den Normalbetrieb, d. h. den Kriech-Fahrzustand, gewechselt werden.
Für den Fall, dass der Fahrer die Beschleunigung des Fahrzeugs bis auf die Ankoppeldrehzahl nicht wünscht, weil die Umgebungsbedingungen eine höhere Geschwindigkeit als die Kriech-Geschwindigkeit nicht zulassen, wird auf eine Reduzierung der Fahrpedalstellung oder eine Bremspedalbetätigung reagiert und eine Nachladefunktion wie im Fall niedriger Kriechgeschwindigkeit eingeleitet. Dies entspricht dann dem ersten Abschnitt P3.1 der dritten Phase P3.
Zum Zeitpunkt t₅ hat das Fahrzeug in 1 nach dem Nachladen seine Kriech-Geschwindigkeit wiederum erreicht, so dass das Fahrpedal entsprechend gestellt werden kann. Mit dem Wiederanfahren zum Zeitpunkt t₄ wird der Ladezustand SOC des Energiespeichers aufgrund des elektrischen Betriebs des Fahrzeugs wiederum verringert. Zum Zeitpunkt t₅ kann der Kriechvorgang somit in gewohnter Weise fortgesetzt werden. Es versteht sich, dass eventuell zum Zeitpunkt t₃ aktivierte Fahrzeughaltefunktionen, wie die Betätigung des Bremssystems oder einer Getriebeblockade, deaktiviert werden. Phase P4 entspricht inhaltlich somit Phase P1.
Das Nachladen des Energiespeichers in Phase P3 kann somit wahlweise dadurch erfolgen, dass das Fahrzeug zum Stillstand gebracht wird oder auf eine Ankoppeldrehzahl beschleunigt wird, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nahe der Ankoppelschwelle ist. Das Nachladen im Stillstand ermöglicht eine hohe Ladeleistung. Es ist zweckmäßig, wenn der Fahrer über den Fortschritt des Nachladens und über eine Beendigung des Nachladens informiert wird, so dass dieser über zur Verfügung stehende Handlungsalternativen informiert wird und den Kriech-Fahrzustand fortsetzen kann. Während des Nachladens ist im Getriebe kein Gang eingelegt. Mit dem Beginn des Kriechens ist das erneute Einlegen eines Ganges erforderlich. Die Beschleunigung des Fahrzeugs aus dem Stillstand kann automatisch oder durch aktive Fahrpedalstellung des Fahrers erzeugt werden.
Ist das Fahrzeug hingegen auf Ankoppeldrehzahl beschleunigt worden, so kann die Nachladung über eine Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors erfolgen. Der Übergang in einen erneuten Kriech-Fahrzustand kann wahlweise automatisiert nach Beendigung der Nachladung des Energiespeichers oder durch eine aktive Betätigung des Fahrpedals des Fahrers erfolgen. Ein Abbruch des Nachladens über eine Betriebspunktverschiebung nach vorheriger Beschleunigung auf Ankoppeldrehzahl kann jederzeit über einen Fahrpedalstellungsbefehl erfolgen, wobei das Nachladen dann bei dem später zum Stillstand gekommenen Fahrzeug erfolgen muss.
Wie erläutert, ist es möglich, das Nachladen hinauszuzögern, beispielsweise wenn sich das Fahrzeug in einer Kreuzung befindet. Hierzu kann dem Fahrer optisch und/oder akustisch und/ oder haptisch signalisiert werden, dass das Erreichen des zweiten Schwellwerts und damit die Beendigung des Kriechvorganges in Kürze bevorsteht. Der Fahrer hat die Möglichkeit, über das Fahrpedal einen Kickdown-Befehl oder ein anderes Betätigungselement einen entsprechenden Befehl zu erzeugen, mit dem ein weiteres Kriechen über eine kurze Strecke, beispielsweise 20 m, möglich ist. In einer solchen Situation wird ein tieferes Entladen des Energiespeichers unter den zweiten Schwellwert SW B kurzzeitig zugelassen, um keine Gefahrensituation entstehen zu lassen. Ebenso besteht die Möglichkeit, vor Erreichen des zweiten Schwellwertes das Fahrzeug auf Ankoppeldrehzahl zu beschleunigen, um den Energiespeicher, wie beschrieben, durch eine Betriebspunktverschiebung zu laden.

P1 Phase 1
P2 Phase 2
P3 Phase 3
P4 Phase 4
P3.1 erster Abschnitt der Phase 3
P3.2 zweiter Abschnitt der Phase 3
P3.3 dritter Abschnitt der Phase 3
SOC Ladezustand
SW A erster Schwellwert
SW B zweiter Schwellwert
SW C dritter Schwellwert
SOC1 unterer Grenzwert eines Nenn-Nutzbereichs des Ladezustands
SOC2 oberer Grenzwert eines Nenn-Nutzbereichs des Ladezustands
FP Fahrpedalstellung
v Geschwindigkeit
t Zeit
t₀ Zeitpunkt
t₁ Zeitpunkt
t₂ Zeitpunkt
t₃ Zeitpunkt
t₄ Zeitpunkt
t₅ Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006003714 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und/ oder Generator betreibbare elektrische Maschine, einen Energiespeicher und ein Getriebe umfasst, wobei die elektrische Maschine als elektrodynamisches Anfahrelement dient, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe einer Ansteuerung des Hybridantriebs ein Kriech-Fahrzustand des Fahrzeuges in Abhängigkeit eines durch die Ansteuerung überwachten Ladezustands (SOC) des Energiespeichers geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung überwacht wird, ob der Ladezustand (SOC) während des Kriech-Fahrzustands unter einen ersten Schwellwert (SW A) fällt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs, sobald eine Ankoppeldrehzahl des Getriebes erreicht ist, das Fahrzeug durch den Verbrennungsmotor angetrieben und der Energiespeicher durch eine Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors geladen wird, wobei die Ankoppeldrehzahl diejenige Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, die erforderlich ist, um diesen an das Getriebe ankoppeln zu können.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Verzögerung des Fahrzeugs bis zum Stillstand der Energiespeicher geladen wird, indem die elektrische Maschine durch den Verbrennungsmotor als Generator betrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei keiner detektierbaren Fahrpedalanforderung der Kriech-Fahrzustand durch motorische Ansteuerung der elektrischen Maschine beibehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung überwacht wird, ob der Ladezustand (SOC) während des Kriech-Fahrzustands unter einen zweiten Schwellwert (SW B) fällt, welcher kleiner als der erste Schwellwert (SW A) ist, wobei das Fahrzeug dann automatisiert in einen Zustand überführt wird, in dem der Energiespeicher durch generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine nachgeladen werden kann und wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug, wenn es sich mit einer Geschwindigkeit (v) bewegt, welche kleiner als eine erste Kriechgeschwindigkeit ist, durch eine Verringerung des elektrischen Antriebsmoments der elektrischen Maschine zum Stillstand gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verringerung des Antriebsmoments ein durch die Ansteuerung detektierter Fahrpedalbefehl zur Beschleunigung des Fahrzeugs nicht in eine Beschleunigung umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Verringerung des Antriebsmoments ein durch die Ansteuerung detektierter Fahrpedalbefehl, der einen vorgegebenen Gradienten der Betätigung übersteigt oder ein Kickdown-Signal repräsentiert, der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine für eine vorgegebene Zeit verzögert wird, um den Kriech-Fahrzustand hinauszuzögern.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ladens des Energiespeichers bei einem durch die Ansteuerung detektierten Fahrpedalbefehl der generatorische Betrieb der elektrischen Maschine abgebrochen wird, um das Fahrzeug anzufahren.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ansteuerung die Stellung des Fahrpedals überwacht wird, um in Abhängigkeit der Stellung das Fahrzeug verbrennungsmotorisch oder elektrisch anzufahren oder den Kriech-Fahrzustand wiederherzustellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Ladevorganges der Kriech-Fahrzustand in Reaktion auf einen detektierten Fahrpedalbefehl wieder aufgenommen wird, wenn während des Ladevorgangs (a) kein Fahrpedalbefehl oder (b) ein zumindest zeitweiliger, insbesondere ein dauerhafter, Fahrpedalbefehl durch die Ansteuerung detektiert wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug, wenn es sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, welche größer als die erste Kriechgeschwindigkeit ist, durch eine Erhöhung des elektrischen Antriebsmoments der elektrischen Maschine auf eine der Ankoppeldrehzahl des Getriebes entsprechende Geschwindigkeit gebracht wird, der Verbrennungsmotor an das Getriebe angekoppelt und der Energiespeicher über eine Betriebspunktverschiebung des Verbrennungsmotors geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhöhung des elektrischen Antriebsmoments auf eine der Ankoppeldrehzahl entsprechende Geschwindigkeit in Reaktion auf einen detektierten Fahrpedalbefehl, mit dem eine Verzögerung des Fahrzeugs bezweckt wird, unterbleibt.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach Beendigung des Ladevorgangs der verbrennungsmotorische Betrieb des Fahrzeugs beibehalten wird bis durch die Ansteuerung eine derartige Verringerung des Antriebsmoments detektiert wird, dass die Getriebeeingangsdrehzahl unterhalb die Ankoppeldrehzahl sinkt.
Vorrichtung zur Steuerung eines Kriechbetriebs eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor, eine als Motor und/oder Generator betreibbare elektrische Maschine, einen Energiespeicher und ein Getriebe umfasst, wobei die elektrische Maschine als elektrodynamisches Anfahrelement dient, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ansteuerung des Hybridantriebs vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, einen Kriech-Fahrzustand des Fahrzeugs in Abhängigkeit eines durch die Ansteuerung überwachten Ladezustands (SOC) des Energiespeicher zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung weiter zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 2 bis 15 ausgebildet ist.