DE102013019030A1

DE102013019030A1 - Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang

Info

Publication number: DE102013019030A1
Application number: DE201310019030
Authority: DE
Inventors: Michael Eckert; Michel Willems
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-11-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der zumindest ein Getriebe und/oder zumindest eine Antriebsmaschine und eine Mehrzahl von Antriebsrädern aufweist, von denen zumindest eines an einer Vorderachse, zumindest eines an einer Hinterachse, zumindest eines auf einer linken Seite und zumindest eines auf einer rechten Seite angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, an unterschiedlichen Antriebsrädern unterschiedliche Antriebsmomente (27, 28, 29, 30) einzustellen, mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, die Antriebsmomente (27, 28, 29, 30) für die unterschiedlichen Antriebsräder zu bestimmen in Abhängigkeit insbesondere von einem vorgegebenen Gesamtsollmoment (13), einer Fahrzeuggeschwindigkeit und unter Berücksichtigung insbesondere von Trägheitsmomenten und/oder von variablen Wirkungsgraden und/oder Verlusten der Getriebe, der Antriebsmaschinen und/oder der Antriebsräder.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang.
Aus der EP 2 025 570 A1 ist bereits eine Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der zumindest ein Getriebe und/oder zumindest eine Antriebsmaschine und eine Mehrzahl von Antriebsrädern aufweist, von denen zumindest eines an einer Vorderachse, zumindest eines an einer Hinterachse, zumindest eines auf einer linken Seite und zumindest eines auf einer rechten Seite angeordnet ist, bekannt, die dazu vorgesehen ist, an unterschiedlichen Antriebsrädern unterschiedliche Antriebsmomente einzustellen.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Kraftfahrzeugantriebsstrang besonders effizient zu betreiben. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es wird eine Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der zumindest ein Getriebe und/oder zumindest eine Antriebsmaschine und eine Mehrzahl von Antriebsrädern aufweist, von denen zumindest eines an einer Vorderachse, zumindest eines an einer Hinterachse, zumindest eines auf einer linken Seite und zumindest eines auf einer rechten Seite angeordnet ist, vorgeschlagen, die dazu vorgesehen ist, an unterschiedlichen Antriebsrädern unterschiedliche Antriebsmomente einzustellen, mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, die Antriebsmomente für die unterschiedlichen Antriebsräder zu bestimmen in Abhängigkeit insbesondere von einem vorgegebenen Gesamtsollmoment, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und unter Berücksichtigung insbesondere von Trägheitsmomenten und/oder von variablen Wirkungsgraden und/oder Verlusten der Getriebe, der Antriebsmaschinen und/oder der Antriebsräder. Dadurch kann ein Gesamtwirkungsgrad eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs maximiert werden und der Kraftfahrzeugantriebsstrang kann besonders effizient betrieben werden. Unter einem „Kraftfahrzeugantriebsstrang” sollen insbesondere alle Komponenten eines Kraftfahrzeugs verstanden werden, die dazu vorgesehen sind, eine Antriebsleistung zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs zu generieren und/oder mechanisch zu übertragen, wie insbesondere eine Antriebsmaschine, ein Getriebe, Antriebswellen und/oder Antriebsräder. Unter einer „Steuer- und/oder Regeleinheit” soll insbesondere eine Einheit mit zumindest einem Steuergerät verstanden werden. Unter einem „Steuergerät” soll insbesondere eine Einheit mit einer Prozessoreinheit und mit einer Speichereinheit sowie mit einem in der Speichereinheit gespeicherten Betriebsprogramm verstanden werden. Grundsätzlich kann die Steuer- und/oder Regeleinheit mehrere untereinander verbundene Steuergeräte aufweisen, die vorzugsweise dazu vorgesehen sind, über ein Bus-System, wie insbesondere ein CAN-Bus-System, miteinander zu kommunizieren. Unter einer „Antriebsmaschine” soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Maschine verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, elektrische oder chemische Energie oder eine andere Energieform in kinetische Arbeit umzuwandeln. Vorzugsweise hängt ein Wirkungsgrad einer Arbeitsmaschine insbesondere von einer Drehzahl und von einem von der Arbeitsmaschine zu erbringenden Drehmoment ab. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, das vorgegebene Gesamtsollmoment in ein Antriebsmoment für an der Vorderachse angeordnete Antriebsräder und in ein Antriebsmoment für an der Hinterachse angeordnete Antriebsräder aufzuteilen. Dadurch können jeweils besonders günstige Werte für eine Drehzahl und ein Drehmoment der Antriebsmaschinen gewählt werden, wodurch ein Gesamtwirkungsgrad erhöht werden kann. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang kann besonders effizient betrieben werden. Unter einer „Aufteilung eines Gesamtsollmoments” in zwei Antriebsmomente soll insbesondere eine zeitlich veränderliche gleichmäßige oder ungleichmäßige Aufteilung verstanden werden, bei der eine Summe der einzelnen Antriebsmomente stets dem Gesamtsollmoment entspricht.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, ein Gesamtsollmoment in Antriebsmomente für auf der linken Seite angeordnete Antriebsräder und in Antriebsmomente für auf der rechten Seite angeordnete Antriebsräder aufzuteilen. Dadurch können jeweils besonders günstige Werte für eine Drehzahl und ein Drehmoment der Antriebsmaschinen gewählt werden, wodurch ein Gesamtwirkungsgrad erhöht werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen, zumindest zeitweise zumindest eine Antriebsmaschine abzuschalten. Dadurch kann ein Gesamtwirkungsgrad erhöht werden. Ein Verschleiß kann vermindert und eine Lebensdauer von zeitweise abgeschalteten Antriebsmaschinen und weiterer Komponenten des Kraftfahrzeugantriebsstrangs kann erhöht werden. Vorzugsweise schaltet die Steuer- und Regeleinheit eine Antriebsmaschine ab, wenn ein infolge einer energieoptimierten Momentenaufteilung von der Antriebsmaschine zu erbringendes Antriebsmoment einen Wert gleich null aufweist.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, das vorgegebene Gesamtsollmoment zunächst in ein vorderes Antriebsmoment für an der Vorderachse angeordnete Antriebsräder und in ein hinteres Antriebsmoment für an der Hinterachse angeordnete Antriebsräder aufzuteilen und weiter jeweils das vordere Antriebsmoment und das hintere Antriebsmoment in Antriebsmomente für auf der rechten Seite angeordnete Antriebsräder und Antriebsmomente für auf der linken Seite angeordnete Antriebsräder aufzuteilen und entsprechend der Aufteilung zumindest zeitweise zumindest eine Antriebsmaschine abzuschalten. Durch eine Kombination von Steuermaßnahmen kann ein Energieverbrauch des Kraftfahrzeugantriebsstrangs minimiert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
1 zeigt ein Funktionsdiagramm einer Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. In der Figur sind Steuerschritte oder Aktoren als Rechtecke mit abgerundeten Ecken dargestellt. Rechtecke mit spitzen Ecken repräsentieren Steuergrößen. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang umfasst vier Antriebsräder, von denen zwei einer Vorderachse und zwei einer Hinterachse des Kraftfahrzeugantriebsstrangs zugeordnet sind. Zwei der Antriebsräder sind auf einer linken Seite und zwei Antriebsräder sind auf einer rechten Seite des Kraftfahrzeugantriebsstrangs angeordnet.
Der Kraftfahrzeugantriebsstrang umfasst als Komponenten eine erste Antriebsmaschine, die als eine Brennkraftmaschine ausgebildet ist, sowie zwei weitere elektrische Antriebsmaschinen, die jeweils einen Elektromotor und einen Umrichter umfassen. Es ist denkbar, dass der Kraftfahrzeugantriebsstrang weitere Antriebsmaschinen aufweist. Jedes der Antriebsräder ist mit zumindest einer der Antriebsmaschinen antriebstechnisch verbunden. Die mit den elektrischen Antriebsmaschinen antriebstechnisch verbundenen Antriebsräder sind auf verschiedenen Seiten des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang umfasst eine Mehrzahl von Getrieben, die antriebstechnisch jeweils zwischen einer der Antriebsmaschinen und den der Antriebsmaschine zugeordneten Antriebsrädern zugeordnet sind. Das Kraftfahrzeug umfasst einen elektrischen Energiespeicher, der dazu vorgesehen ist, elektrische Energie für die elektrischen Antriebsmaschinen bereitzustellen.
Die Steuervorrichtung umfasst einen Aggregatekoordinator 12, der dazu vorgesehen ist, entsprechend einer Fahrervorgabe 10 und einem daraus resultierenden Fahrerwunschmoment 11 ein Gesamtsollmoment 13 für den Kraftfahrzeugantriebsstrang zu bestimmen.
In einer Ausführungsform kann das Fahrerwunschmoment 11 bzw. das Gesamtsollmoment 13 weitere Sollmomentvorgaben berücksichtigen, die beispielsweise von einem Stabilitätsprogramm, einem Antiblockiersystem, einer Kollisionserkennung, und dergleichen weitergeleitet werden.
Die Steuervorrichtung ist dazu vorgesehen, an unterschiedlichen Antriebsrädern unterschiedliche Antriebsmomente 27, 28, 29, 30 einzustellen. Sie umfasst eine Steuer- und Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, die Antriebsmomente 27, 28, 29, 30 für die unterschiedlichen Antriebsräder zu bestimmen.
Die Steuer- und Regeleinheit umfasst ein Optimierungsmodul, das dazu vorgesehen ist, eine Momentenaufteilung 14 in ein Antriebsmoment 15 der Vorderachse und ein Antriebsmoment 16 der Hinterachse zu bestimmen. Das Optimierungsmodul wertet in einem Betriebszustand Motorkennfelder der Antriebsmaschinen aus, sowie Daten des Fahrzeugs, insbesondere der Antriebsräder, die einen Betriebspunkt festlegen, der insbesondere das Gesamtsollmoment 13, eine Fahrgeschwindigkeit, Drehzahlen, eine elektrische Spannung des elektrischen Energiespeichers und Temperaturwerte, insbesondere der Antriebsmaschinen, umfasst. Das Optimierungsmodul ist dazu vorgesehen, mittels einer Veränderung der Momentenaufteilung 14 zwischen Antriebsrädern der Vorderachse und Antriebsrädern der Hinterachse einen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugantriebsstrangs zu minimieren in Abhängigkeit insbesondere von dem Betriebspunkt und unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden und Verlusten der Getriebe, der Antriebsmaschinen und der Antriebsräder und unter Berücksichtigung von Trägheitsmomenten der Komponenten des Antriebstrangs. Die Steuer- und Regeleinheit teilt das vorgegebene Gesamtsollmoment 13 entsprechend der Momentenaufteilung 14 des Optimierungsmoduls in ein Antriebsmoment 15 für an der Vorderachse angeordnete Antriebsräder und in ein Antriebsmoment 16 für an der Hinterachse angeordnete Antriebsräder auf.
Ferner ist das Optimierungsmodul dazu vorgesehen, für die Vorderachse und die Hinterachse jeweils eine Momentenaufteilung 17, 18 in Antriebsmomente 19, 21 der Antriebsräder der linken Seite und in Antriebsmomente 20, 22 der Antriebsräder der rechten Seite zu bestimmen. Das Optimierungsmodul ist dazu vorgesehen, mittels einer Veränderung der jeweiligen Momentenaufteilung 17, 18 zwischen den Antriebsrädern der linken Seite und den Antriebsrädern der rechten Seite einen Energieverbrauch des Kraftfahrzeugantriebsstrangs zu minimieren in Abhängigkeit insbesondere von dem Betriebspunkt und unter Berücksichtung von Wirkungsgraden und Verlusten der Getriebe, der Antriebsmaschinen und der Antriebsräder und unter Berücksichtigung von Trägheitsmomenten der Komponenten des Antriebstrangs. Die Steuer- und Regeleinheit teilt jeweils das Antriebsmoment 15 für die Vorderachse und das Antriebsmoment 16 für die Hinterachse entsprechend der Momentenaufteilung 17, 18 des Optimierungsmoduls in Antriebsmomente 19, 21 für auf der linken Seite angeordnete Antriebsräder und in Antriebsmomente 20, 22 für auf der rechten Seite angeordnete Antriebsräder auf.
Die elektrischen Antriebsmaschinen weisen einen Wirkungsgrad auf, der in Abhängigkeit von einer Drehzahl und von einem Drehmoment variiert. In einem Betriebszustand verringert die Steuer- und Regeleinheit nach der Momentenaufteilung 17, 18 des Optimierungsmoduls die Antriebsmomente 19, 21, die auf die Antriebsräder der linken Seite übertragen werden, im Vergleich zu einer gleichmäßigen Aufteilung, wodurch eine elektrische Antriebsmaschine, welche die Antriebsmomente 19, 21 für diese Antriebsräder bereitstellt, in einem Kennfeldbereich arbeitet, der einen höheren Wirkungsgrad aufweist, im Vergleich zu einem Kennfeldbereich, welcher der gleichmäßigen Aufteilung entspricht. Die Steuer- und Regeleinheit erhöht gleichzeitig die Antriebsmomente 20, 22, die auf die Antriebsräder der rechten Seite übertragen werden, d. h. die Steuer- und Regeleinheit hält das Gesamtsollmoment 13 konstant und eine elektrische Antriebsmaschine, welche die Antriebsmomente 20, 22 für die Antriebsräder der rechten Seite bereitstellt, arbeitet in einem Kennfeldbereich, der einen geringeren Wirkungsgrad aufweist, im Vergleich zu dem Kennfeldbereich, welcher der gleichmäßigen Aufteilung entspricht.
Eine Differenz zwischen einem Energiebedarf für die verminderten Antriebsmomente 19, 21 der linken Antriebsräder und einem Energiebedarf bei einer gleichmäßigen Aufteilung ist dabei betragsmäßig größer als eine Differenz zwischen einem Energiebedarf für die erhöhten Antriebsmomente 20, 22 der rechten Antriebsräder und einem Energiebedarf bei einer gleichmäßigen Aufteilung. Dadurch verringert sich ein Gesamtenergiebedarf und ein Gesamtwirkungsgrad wird erhöht. Zu einem späteren Zeitpunkt erhöht die Steuer- und Regeleinheit die Antriebsmomente 19, 21, die auf die Antriebsräder der linken Seite übertragen werden, und vermindert die Antriebsmomente 20, 22, die auf die Antriebsräder der rechten Seite übertragen werden, wodurch Komponenten der beiden Seiten in einem zeitlichen Mittel gleichmäßig belastet werden.
Die Steuer- und Regeleinheit ist außerdem dazu vorgesehen, zumindest zeitweise zumindest eine Antriebsmaschine abzuschalten. Die Steuer- und Regeleinheit schaltet Antriebsmaschinen auch im Fahrbetrieb ab und auch in Betriebszuständen, in denen das Gesamtsollmoment einen Wert ungleich null aufweist. In einem Abschaltschritt 23, 24, 25, 26 prüft die Steuer- und Regeleinheit jeweils die Antriebsmomente 19, 20, 21, 22 der Antriebsräder. Die Steuer- und Regeleinheit stellt eine Antriebsmaschine ab, wenn sie ausschließlich Antriebsrädern zugeordnet ist, für die ein zugeordnetes Drehmoment in einem Betriebszustand aufgrund der von dem Optimierungsmodul bestimmten Momentenaufteilung 14, 17, 18 den Wert null annimmt. Wenn beispielsweise in einem Betriebszustand das Optimierungsmodul eine Momentenaufteilung 14, 17, 18 vorgibt, bei der ein optimales Antriebsmoment 19, 20 für die Antriebsräder der Vorderachse den Wert null annimmt, schaltet die Steuer- und Regeleinheit eine Antriebsmaschine ab, die ausschließlich der Vorderachse zugeordnet ist. Die Steuervorrichtung stellt entsprechend die Antriebsmomente 27, 28, 29, 30 für die unterschiedlichen Antriebsräder ein.
Die Steuer- und Regeleinheit ist dazu vorgesehen, oben beschriebene Steuervorgänge zu kombinieren und in Abhängigkeit insbesondere von einem Betriebspunkt und/oder von variablen Wirkungsgraden und/oder Verlusten der Getriebe, der Antriebsmaschinen und der Antriebsräder Antriebsmomente 15, 16, 19, 20, 21, 22 entsprechend einer vom Optimierungsmodul bestimmten Momentenaufteilung 14, 17, 18 zwischen den Antriebsrädern der Vorderachse und der Hinterachse und/oder der linken Seite und der rechten Seite aufzuteilen und/oder eine oder mehrere Antriebsmaschinen abzustellen, in Betriebszuständen, in denen nach der Momentenaufteilung 14, 17, 18 ein von den Antriebsmaschinen bereitzustellendes Antriebsmoment 23, 24, 25, 26 den Wert null aufweist. Die Steuervorrichtung stellt entsprechend die Antriebsmomente 27, 28, 29, 30 für die unterschiedlichen Antriebsräder ein.
Bezugszeichenliste

10: Fahrervorgabe
11: Fahrerwunschmoment
12: Aggregatekoordinator
13: Gesamtsollmoment
14: Momentenaufteilung
15: Antriebsmoment
16: Antriebsmoment
17: Momentenaufteilung
18: Momentenaufteilung
19: Antriebsmoment
20: Antriebsmoment
21: Antriebsmoment
22: Antriebsmoment
23: Abschaltschritt
24: Abschaltschritt
25: Abschaltschritt
26: Abschaltschritt
27: Antriebsmoment
28: Antriebsmoment
29: Antriebsmoment
30: Antriebsmoment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2025570 A1 [0002]

Claims

Steuervorrichtung für einen Kraftfahrzeugantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, der zumindest ein Getriebe und/oder zumindest eine Antriebsmaschine und eine Mehrzahl von Antriebsrädern aufweist, von denen zumindest eines an einer Vorderachse, zumindest eines an einer Hinterachse, zumindest eines auf einer linken Seite und zumindest eines auf einer rechten Seite angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, an unterschiedlichen Antriebsrädern unterschiedliche Antriebsmomente (27, 28, 29, 30) einzustellen, mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit, die dazu vorgesehen ist, die Antriebsmomente (27, 28, 29, 30) für die unterschiedlichen Antriebsräder zu bestimmen in Abhängigkeit insbesondere von einem vorgegebenen Gesamtsollmoment (13), einer Fahrzeuggeschwindigkeit und unter Berücksichtigung insbesondere von Trägheitsmomenten und/oder von variablen Wirkungsgraden und/oder Verlusten der Getriebe, der Antriebsmaschinen und/oder der Antriebsräder.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, das vorgegebene Gesamtsollmoment (13) in ein Antriebsmoment (15) für an der Vorderachse angeordnete Antriebsräder und in ein Antriebsmoment (16) für an der Hinterachse angeordnete Antriebsräder aufzuteilen.
Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, ein Gesamtsollmoment (13) in Antriebsmomente (19, 21) für auf der linken Seite angeordnete Antriebsräder und in Antriebsmomente (20, 22) für auf der rechten Seite angeordnete Antriebsräder aufzuteilen.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, zumindest zeitweise zumindest eine Antriebsmaschine abzuschalten.
Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und/oder Regeleinheit dazu vorgesehen ist, das vorgegebene Gesamtsollmoment (13) zunächst in ein vorderes Antriebsmoment (15) für an der Vorderachse angeordnete Antriebsräder und in ein hinteres Antriebsmoment (16) für an der Hinterachse angeordnete Antriebsräder aufzuteilen, und weiter jeweils das vordere Antriebsmoment (15) und das hintere Antriebsmoment (16) in Antriebsmomente (19, 21) für auf der rechten Seite angeordnete Antriebsräder und Antriebsmomente (20, 22) für auf der linken Seite angeordnete Antriebsräder aufzuteilen und entsprechend der Aufteilung zumindest zeitweise zumindest eine Antriebsmaschine abzuschalten.