DE102016225953A1

DE102016225953A1 - Vereinfachte Regelstrategie für ein Hybrid-Fahrzeug für verringerte Emissionswerte

Info

Publication number: DE102016225953A1
Application number: DE102016225953.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Heinrich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-10-14
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2018-04-19
Also published as: US20190263407A1; WO2018069159A1

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybrid-Antriebsstrang, mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, wobei in einem Betriebszustand, in dem der Verbrennungsmotor ein Antriebsdrehmoment des Kraftfahrzeugs erzeugt, im Falle einer momentanen zusätzlichen Drehmomentanforderung und bei Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Aktivierungsbedingung, ein gewünschtes Wunsch-Drehmoment festgestellt wird, und abhängig von dem Wunsch-Drehmoment ein Soll-Drehmoment ermittelt wird, sowie eine Differenz Δ zwischen dem Soll-Drehmoment und dem momentan bereitgestellten Ist-Drehmoment. Die Differenz Δ wird zunächst als zusätzliches Drehmoment durch den Elektromotor zur Verfügung gestellt und innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls c reduziert, wobei das durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehmoment mit Hilfe einer Real-Time-Steuerung in demselben Zeitintervall c im selben Maß gesteigert wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybrid-Antriebsstrang gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. Zur Erfindung gehört auch eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang und einer Steuervorrichtung.
Ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang umfasst mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor. Die Erfindung betrifft Hybridfahrzeuge, die unter anderem einen reinen verbrennungsmotorischen Betrieb zulassen oder einen Betriebszustand, in dem Elektromotor und Verbrennungsmotor gemeinsam das Antriebsdrehmoment liefern. Bei solchen Fahrzeugen wird häufig der Verbrennungsmotor für längere Strecken verwendet, während der Elektromotor zum Starten oder für kurzzeitige Beschleunigungen eingesetzt wird. Häufig wird die Unterstützung durch den Elektromotor auch für die Bereitstellung von Komfortfunktionen, wie der Klimatisierung, eingesetzt. Kurzfristige Leistungssteigerungen des Verbrennungsmotors sind in der Regel ungünstig, da hierbei die Emissionswerte überproportional ansteigen. Um diese Effekte zu verringern, wird der Elektromotor unterstützend zugeschaltet. Die Leistungsgradienten des Verbrennungsmotors können dann geringer ausfallen.
Die Regelung in einem kombinierten Betrieb von Elektromotor und Verbrennungsmotor ist jedoch sehr komplex und unterliegt vielen Einflussgrößen, die äußerst dynamisch sind. Daher ist das Fahrzeugverhalten bei Berücksichtigung aller Größen unterschiedlich. Eine Real-Time-Berechnung mit allen Störgrößen ist sehr rechenintensiv und oft nicht eindeutig lösbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine vereinfachte Regelung für einen kombinierten Betrieb von Elektromotor und Verbrennungsmotor anzugeben.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche sowie die folgende Beschreibung und die Figuren offenbart.
Die Erfindung sieht ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybrid-Antriebsstrang vor. Der Hybrid-Antriebsstrang umfasst mindestens einen Verbrennungsmotor sowie einen Elektromotor. In einem ersten möglichen Betriebszustand wird das Antriebsdrehmoment allein durch den Verbrennungsmotor erzeugt, während in einem zweiten möglichen Betriebszustand das Antriebsdrehmoment durch Verbrennungsmotor und Elektromotor gemeinsam erzeugt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass im ersten oder zweiten Betriebszustand im Falle einer momentanen zusätzlichen Leistungsanforderung und bei Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Aktivierungsbedingung, ein gewünschtes Wunsch-Drehmoment festgestellt wird. In Abhängigkeit von dem Wunsch-Drehmoment wird ein Soll-Drehmoment ermittelt sowie eine Differenz Δ zwischen dem Soll-Drehmoment und dem momentan bereitgestellten Ist-Drehmoment. Bei der Ermittlung des Soll-Drehmoments werden vorzugsweise auch anderweitige mögliche Limitierungen berücksichtigt.
Erfindungsgemäß wird die Differenz Δ zunächst als zusätzliches Drehmoment durch den Elektromotor zur Verfügung gestellt. Innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls c wird dieses zusätzliche durch den Elektromotor zur Verfügung gestellte Drehmoment reduziert, wobei das durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehmoment mithilfe einer Real-Time-Steuerung in demselben Zeitintervall c im selben Maß gesteigert wird.
Eine momentane zusätzliche Leistungsanforderung kann beispielsweise durch den Fahrer erfolgen, beispielsweise in dem dieser Gas gibt; oder durch ein Fahrerassistenzsystem. Das Verfahren wird vorzugsweise im ersten Betriebszustand angewendet, das heißt dass der Verbrennungsmotor das Antriebsdrehmoment für das Kraftfahrzeug erzeugt. Es könnte auch angewendet werden, wenn das Fahrzeug im zweiten Betriebszustand ist, das heißt wenn sowohl Verbrennungsmotor als auch Elektromotor zum Antriebsmoment des Fahrzeugs beitragen. In diesem Fall dürfte jedoch zweckmäßigerweise das maximale Antriebsdrehmoment des Elektromotors noch nicht ausgereizt sein, sodass die Bereitstellung eines zusätzlichen Moments durch den Elektromotor möglich ist. Dies kann über geeignete Aktivierungsbedingungen berücksichtigt werden.
Durch Aktivierungsbedingungen können Betriebszustände definiert werden, in welchen das Verfahren sinnvoll durchgeführt werden kann. Als Aktivierungsbedingungen eignen sich beispielsweise geeignete Geschwindigkeitsbereiche des Fahrzeugs, geeignete Betriebszustände des Verbrennungsmotors und des Elektromotors sowie geeignete Ladezustände einer Fahrzeugbatterie, welche den Elektromotor speist, und geeignete Kombinationen davon. Zusätzlich können Zustandsinformationen der Fahrzeugpedale, Einspritzmengen, sowie deren Gradienten, Drehzahlen und Drehzahländerungen in den Aktivierungsbedingungen berücksichtigt werden.
Durch eine Drehmomentanforderung durch den Fahrer oder ein Fahrerassistenzsystem wird ein gewünschtes Wunsch-Drehmoment vorgegeben. Es kann sein, dass dieses Wunsch-Drehmoment nicht erreichbar ist, weil es das Leistungsvermögen der Motoren überschreitet, oder dass es aus anderen Gründen nicht sinnvoll ist. In Abhängigkeit von dem Wunsch-Drehmoment wird daher erfindungsgemäß zunächst ein Soll-Drehmoment ermittelt. Damit kann beispielsweise verhindert werden, dass der Verbrennungsmotor in einen Betriebsbereich kommt, welcher für die Emissionen ungünstig ist. Das angeforderte Wunsch-Drehmoment wird somit gewissermaßen auf ein sinnvolles aber maximal mögliches Soll-Drehmoment korrigiert. Davon ausgehend wird die Differenz Δ zwischen dem Soll-Drehmoment und dem momentan bereitgestellten, das heißt momentan durch die Motoren geleisteten Ist-Drehmoment ermittelt.
Erfindungsgemäß wird diese Differenz Δ zunächst als zusätzliches Drehmoment durch den Elektromotor zur Verfügung gestellt. Dies erfolgt vorzugsweise sofort, das heißt ohne unnötige Verzögerung. Das gewünschte Drehmoment ist somit, korrigiert auf das Soll-Drehmoment, sofort verfügbar. Für den Elektromotor sind schnelle Drehmomentsteigerungen leichter zu bewerkstelligen als für einen Verbrennungsmotor. Erfindungsgemäß wird dieses zusätzliche Drehmoment jedoch innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls c, das vorzugsweise so kurz wie möglich ist, wieder reduziert. Die zusätzliche Leistung des Elektromotors wird somit innerhalb der Zeit c wieder zurückgefahren, obwohl die Drehmomentanforderung weiterhin besteht.
Die Real-Time-Steuerung sorgt nun dafür, dass, während die Leistung des Elektromotors reduziert wird, die Leistung des Verbrennungsmotors im selben Maß hochgefahren wird. Dies bedeutet, dass das Zeitintervall c in gleiche Zeitschritte von beispielsweise 1 ms, 5 ms, 10 ms oder 100 ms eingeteilt wird. Bevorzugt sind Zeitschritte von 5 ms oder 10 ms. Das vom Elektromotor zur Verfügung gestellte zusätzliche Drehmoment wird erfindungsgemäß von Zeitschritt zu Zeitschritt reduziert. Die Real-Time-Steuerung sorgt dafür, dass die Summe M_Soll aus dem durch den Elektromotor erzeugten Drehmoment M_EM und dem vom Verbrennungsmotor erzeugten Drehmoment M_VM, M_Soll = M_VM + M_EM konstant bleibt. Damit wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors im gleichen Maße von Zeitschritt zu Zeitschritt gesteigert, wie das Drehmoment des Elektromotors M_EM reduziert wird. Diese Regelung erfolgt dabei naturgemäß unter Berücksichtigung physikalischer Grenzen. Durch diese beschriebene Real-Time Steuerung erhält man ein sehr schnelles, selbst regulierendes System.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt so dazu, dass sprunghafte Leistungsanstiege des Verbrennungsmotors, welche in Hinsicht auf die Emissionen besonders ungünstig sind, vermieden werden können. Der Anstieg des vom Verbrennungsmotor geleisteten Drehmoments kann somit über den Zeitraum c gestreckt und verlangsamt werden. Dadurch wird ein sanftes „Hochfahren“ der Leistung des Verbrennungsmotors gewährleistet. Trotzdem ist das gewünschte Drehmoment (korrigiert auf das Soll-Drehmoment) sofort verfügbar.
Mit der erfindungsgemäßen Regelung wird somit nur der Drehmomentanteil M_EM des Elektromotors direkt geregelt und berechnet. Dies ist die Führungsgröße. Die Regelung des Verbrennungsmotors erfolgt indirekt automatisch durch die Beziehung M_Soll = M_EM + M_VM. Damit ist der Rechenaufwand sehr klein, wodurch die Regelung sehr schnell ist und zugleich sind der Verbrauch bzw. die Emissionen optimiert.
Die Reduzierung des vom Elektromotor erzeugten zusätzlichen Drehmoments erfolgt vorzugsweise linear. Damit ergibt sich ein dreieckiger (linearer) Drehmomentenverlauf des Elektromotors. Bei diesem linearen Verlauf wird sichergestellt, dass der Drehmomentgradientenverlauf des Verbrennungsmotors minimal ist. Diese Regelung ist am günstigsten im Hinblick auf CO₂ und andere Emissionen. Es sind aber auch andere fahrzeugspezifische Funktionen für die Regelung des Drehmomentenverlaufs denkbar.
Das Zeitintervall c ist erfindungsgemäß sehr klein gewählt, beispielsweise im Bereich kleiner als 5 Sekunden oder 3 Sekunden, vorzugsweise kleiner als 2 Sekunden oder kleiner als 1 Sekunde. Dadurch kann eine komplexe Regelung unter Berücksichtigung dynamischer Einflussgrößen entfallen. Die Real-Time-Regelung wird somit stark vereinfacht und überhaupt erst ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Fahrzeug automatisch durchgeführt. Vorzugsweise übernimmt eine Motorsteuerung, welche die Leistungen des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors regelt, die Durchführung des Verfahrens. In einer solchen Motorsteuerung können vorzugsweise jeweils die aktuellen momentanen Zustandsdaten des Verbrennungsmotors und des Elektromotors gespeichert und verarbeitet werden. Auch geeignete Aktivierungsbedingungen für das Verfahren können vorzugsweise in der Motorsteuerung gespeichert sein. Auch die Real-Time Steuerung der Motoren findet vorzugsweise in der Motorsteuereinheit statt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird das Soll-Drehmoment in Abhängigkeit von dem Wunsch-Drehmoment und von aktuellen Zustandsdaten des Verbrennungsmotors und des Elektromotors ermittelt. Dabei kann berücksichtigt werden, in welchem Betriebsbereich sich die Motoren momentan befinden, und wie viel zusätzliche Leistung verfügbar ist. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung überschreitet das ermittelte Soll-Drehmoment eine maximale Kennlinie des Verbrennungsmotors nicht. Durch die maximale Kennlinie des Verbrennungsmotors kann definiert werden, in welchem Bereich die CO₂ Emissionen des Verbrennungsmotors zu hoch werden. Im Hinblick auf die CO₂ Emissionen ist es daher sinnvoll, das gesamte Drehmoment des Verbrennungsmotors auf diese Kennlinie zu begrenzen. Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird daher das Soll-Drehmoment auf die maximale Kennlinie des Verbrennungsmotors begrenzt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens wird das durch den Elektromotor zur Verfügung gestellte zusätzliche Drehmoment innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls c auf Null reduziert. Am Ende des Zeitintervalls c liefert der Elektromotor somit kein zusätzliches Drehmoment mehr, während der Verbrennungsmotor ein im Vergleich zu vor der Drehmomentanforderung um die Differenz Δ erhöhtes Drehmoment erzeugt. Das Soll-Drehmoment wird dann also vollständig durch den Verbrennungsmotor erzeugt. Daher ist auch eine Begrenzung des Soll-Drehmoments auf die maximale Kennlinie des Verbrennungsmotors sinnvoll.
Die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen können vorteilhafterweise für ein Kraftfahrzeug fest eingestellt sein. Beispielsweise werden bei der Herstellung des Fahrzeugs betriebsseitig für einen Fahrzeugtyp bestimmte Aktivierungsbedingungen vorgegeben und voreingestellt. Vorgegebene Aktivierungsbedingungen können beispielsweise vorgegebene Betriebsbereiche in Kennfeldern der Motoren, das heißt des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors sein. Andere mögliche Aktivierungsbedingungen können zulässige Energiespeicherzustände, das heißt Ladezustände einer Batterie oder Zustände von Fahrerbedienelementen, wie z.B. der Fahrzeugpedale, Einspritzmengen, deren Gradienten, Drehzahlen und Drehzahländerungen sein. In einer vorteilhaften Variante des Verfahrens werden die vorgegebenen Aktivierungsbedingungen im Kraftfahrzeug gespeichert.
Im Falle einer zusätzlichen Leistungsanforderung durch den Fahrer oder beispielsweise ein Fahrerassistenzsystem, wird geprüft, ob eine Aktivierungsbedingung vorliegt. Dafür werden aktuelle Zustandsdaten der Fahrerbedienelemente und/oder des Verbrennungsmotors und/oder des Elektromotors bzw. Ladezustandsdaten eines Energiespeichers mit den Aktivierungsbedingungen verglichen. Falls eine Aktivierungsbedingung vorliegt, kann das Verfahren durchgeführt werden. Dies wird vorteilhafterweise automatisch durch eine Motorsteuerung vorgenommen.
Auch das vorgegebene Zeitintervall c kann ein für ein Kraftfahrzeug fest eingestellter Wert sein, welcher beispielsweise für einen bestimmten Fahrzeugtyp appliziert wurde. Dieser könnte aber auch je nach Fahrzeugzustand als Kennlinie hinterlegt werden. Oder es kann das vorgegebene Zeitintervall c auch im Fahrzeug anhand von aktuellen Motorzustandsdaten des Verbrennungsmotors und des Elektromotors dynamisch berechnet und/oder eingeschränkt werden.
Die Überprüfung der Aktivierungsbedingungen und die Berechnung und Regelung der Drehmomenten sind vorzugsweise voneinander getrennt. Somit kann der Rechenaufwand und damit auch die Rechenzeit minimiert bzw. optimiert werden.
Für die Reduzierung des durch den Elektromotor zur Verfügung gestellten zusätzlichen Drehmoments (M_EM) innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls c wird vorzugsweise ein linearer Verlauf vorgegeben. Dieser wird bei der Drehmomentenberechnung umgesetzt. Ein linearer Verlauf bedeutet, dass der Gradient über das Zeitintervall der Länge c konstant bleibt. Komponentenbedingte Limitierungen können jedoch ein Abweichen von dem bevorzugten linearen Verlauf notwendig machen.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang mit mindestens einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessorvorrichtung auf, die eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die Prozessorvorrichtung kann hierzu einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller aufweisen. Das Verfahren kann als Programmcode realisiert sein, das durch die Prozessorvorrichtung ausgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung kann durch eine Motorsteuerung ausgebildet sein.
Die Steuervorrichtung ist darüber hinaus vorzugsweise eingerichtet, momentane Zustandsdaten des Elektromotors und des Verbrennungsmotors sowie Fahrereinflüsse zu speichern und zu verarbeiten und Leistungen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors zu regeln. Auch geeignete Aktivierungsbedingungen für das erfindungsgemäße Verfahren können in der Steuervorrichtung gespeichert sein. Damit verfügt die Steuervorrichtung über alle Daten, die zur Durchführung des Verfahrens notwendig sind. Ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang und einer Steuervorrichtung, welche zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet ist, ist somit auch von der Erfindung umfasst.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen schematisch:

1 den Ablauf des Verfahrens anhand verschiedener Drehmomentverläufe für den Verbrennungsmotor und den Elektromotor mit und ohne Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 ein Blockschaltbild zur Darstellung der Real-Time Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

1 zeigt Drehmomentverläufe des Verbrennungsmotors und des Elektromotors nach oben aufgetragen gegen die Zeit, die nach rechts aufgetragen ist. In 1A ist das Drehmoment des Verbrennungsmotors M_VM mit einem Wert M_Ist vor einer zusätzlichen Drehmomentanforderung aufgetragen. Die zusätzliche Drehmomentanforderung erfolgt zum Zeitpunkt t₀ , beispielsweise durch einen Fahrer, der das Gaspedal tritt. Hiermit wird ein Wunsch-Drehmoment M_Wunsch festgelegt, woraus ein Soll-Drehmoment M_Soll ermittelt wird. Ohne das erfindungsgemäße Verfahren folgt das Verbrennungsdrehmoment M_VM einem relativ steilen Gradienten um das Soll-Drehmoment M_Soll zu erreichen. Dies ist im Hinblick auf die Emissionen ungünstig und zudem etwas träger als die Leistungssteigerung mit einem Elektromotor möglich ist. Das gewünschte Drehmoment, bzw. das Soll-Drehmoment wird also erst nach einer kurzen Verzögerung erreicht, die hier durch die schraffierte Dreiecksfläche übertrieben dargestellt ist. Die Differenz zwischen dem Soll-Drehmoment M_Soll und dem Ist-Drehmoment M_Ist beträgt Δ.
1B zeigt den Drehmomentverlauf des Elektromotors M_EM bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu Beginn ist das Drehmoment des Elektromotors M_EM Null, da sich das Fahrzeug zu Beginn im ersten Betriebsmodus befindet. Zum Zeitpunkt t0 nimmt das Drehmoment des Elektromotors schlagartig den Wert Δ an. Anschließend wird es im Zeitintervall c bis zum Zeitpunkt t1 linear reduziert. Der zugehörige Verlauf des Verbrennungsmotor-Drehmoments M_VM ist in 1C dargestellt. Zu Beginn liegt das Drehmoment M_VM bei M_Ist.
Vom Zeitpunkt t0 der Drehmomentanforderung wird das Drehmoment langsam über das Intervall c bis zum Zeitpunkt t1 auf das Soll-Drehmoment um die Differenz Δ gesteigert. Die Steigerung des Verbrennungsdrehmoments M_VM ist also gegenüber dem Verlauf ohne das erfindungsgemäße Verfahren in 1A über das Zeitintervall c gedehnt. Der Gradient ist somit geringer, womit die Emissionen und der CO₂ Ausstoß reduziert werden.
In 1D ist das Gesamt-Drehmoment als Summe von Verbrennungsdrehmoment M_VM Und Elektrodrehmoment E_EM gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Ausgehend von dem Ist-Drehmoment des Verbrennungsmotors vor dem Zeitpunkt t0 wird das Gesamtdrehmoment ab der Drehmomentanforderung zum Zeitpunkt t0 durch das zusätzliche Drehmoment des Elektromotors M_EM (als schraffierte Fläche dargestellt) schlagartig auf das Soll-Drehmoment erhöht. Über die Zeitkonstante c wird der Anteil des Elektrodrehmoments M_EM am Gesamtdrehmoment immer geringer, bis der Verbrennungsmotor alleine wieder das volle Drehmoment M_Soll erzeugt. Die in 1A als schraffierte Fläche gezeigte Verzögerung ist hierbei auch etwas reduziert, wodurch sich auch die Systemperformance insgesamt verbessert.
2 zeigt exemplarisch in einem Blockschaltbild den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Real-Time Steuerung.
Als Eingangsgrößen für die Berechnung dienen momentane Zustandsdaten der Antriebsaggregate, (Motordrehzahlen, Einspritzmengen, Einspritzgradienten, Ist-Drehmomente) Zustandsdaten der Bedienelemente (Gaspedalstellung, Gaspedalgradient, Bremspedalzustand), sowie Kombinationen daraus; außerdem das Wunsch-Moment M_Wunsch des Fahrzeugs (das ggf. aus den genannten Zustandsdaten wie der Gaspedalstellung folgt). Diese Eingangsgrößen definieren sozusagen den „Ist-Zustand“ des Fahrzeugs und werden zur Entscheidung, ob das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden soll, mit den vorgegebenen Aktivierungsbedingungen verglichen. Falls eine Aktivierungsbedingung vorliegt, wird zunächst die Zeitkonstante c abgefragt. Diese kann als Konstante für das Fahrzeug fest eingestellt sein oder beispielsweise dynamisch berechnet werden.
Die eigentliche Berechnung des zusätzlichen durch den Elektromotor zur Verfügung zu stellenden Drehmoments M_EM erfolgt laufend im Rahmen der Real-Time Steuerung. Als Eingangsgrößen dienen das momentane vom Verbrennungsmotor und Elektromotor zur Verfügung gestellte Ist-Drehmoment M_Ist, die momentane Drehzahl, das Wunsch-Drehmoment M_Wunsch, der Ladezustand der Fahrzeugbatterie (SOC, State of Charge), sowie Limitierungen des Elektromotors und des Verbrennungsmotors. Daraus wird das momentan vom Elektromotor zur Verfügung zu stellende Drehmoment, und sofern eine Aktivierungsbedingung vorliegt, anhand der Zeitkonstante c auch der Gradient berechnet, mit welchem dieses zusätzliche Moment M_EM zu reduzieren ist, damit es innerhalb der Zeitkonstante c auf Null reduziert werden kann. Im günstigsten Fall erfolgt die Reduzierung des durch den Elektromotor zur Verfügung gestellten Drehmoments über das Zeitintervall der Länge c linear, d.h. mit gleichbleibendem Gradienten.
Schließlich werden weitere komponentenbedingte Limitierungen geprüft und über ZU- und Abschaltbedingungen das berechnete zusätzliche Drehmoment durch den Elektromotor zur Verfügung gestellt und gemäß berechnetem Gradient reduziert. Komponentenbedingte Limitierungen können hierbei zu Abweichungen vom favorisierten (beispielsweise linearen) Verlauf führen.
Im Rahmen der Real-Time Steuerung wird die Momentenberechnung für jeden Zeitschritt erneut durchlaufen. Da die Berechnung im Wesentlichen auf Vergleichen beruht, ist sie wenig rechenintensiv und daher schnell, und ermöglicht somit erst eine echte Real-Time Steuerung.

Claims

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs mit einem Hybrid-Antriebsstrang, welcher mindestens einen Verbrennungsmotor und mindestens einen Elektromotor aufweist, wobei in einem ersten möglichen Betriebszustand ein Antriebsdrehmoment allein durch den Verbrennungsmotor erzeugt wird und in einem zweiten möglichen Betriebszustand das Antriebsdrehmoment des Kraftfahrzeugs durch Verbrennungsmotor und Elektromotor gemeinsam erzeugt wird; wobei im ersten oder zweiten Betriebszustand im Falle einer momentanen zusätzlichen Drehmomentanforderung und bei Vorliegen mindestens einer vorgegebenen Aktivierungsbedingung, ein gewünschtes Wunsch-Drehmoment (M_Wunsch) festgestellt wird, und abhängig von dem Wunsch-Drehmoment ein Soll-Drehmoment (M_Soll) ermittelt wird sowie eine Differenz Δ zwischen dem Soll-Drehmoment und dem momentan bereitgestellten Ist-Drehmoment (M_Ist), und diese Differenz Δ zunächst als zusätzliches Drehmoment (M_EM) durch den Elektromotor zur Verfügung gestellt wird, und dieses durch den Elektromotor zur Verfügung gestellte zusätzliche Drehmoment (M_EM) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls c reduziert wird, wobei das durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehmoment (M_VM) mit Hilfe einer Real-Time-Steuerung in demselben Zeitintervall c im selben Maß gesteigert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1, wobei das Soll-Drehmoment (M_Soll) in Abhängigkeit von dem Wunsch-Drehmoment (M_Wunsch) und von momentanen Zustandsdaten des Verbrennungsmotors und/oder Elektromotors ermittelt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das ermittelte Soll-Drehmoment (M_Soll) eine Kennlinie des Verbrennungsmotors nicht übersteigt.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das durch den Elektromotor zur Verfügung gestellte zusätzliche Drehmoment (M_EM) innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls c auf Null reduziert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine vorgegebene Aktivierungsbedingung für das Kraftfahrzeug fest eingestellt ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine vorgegebene Aktivierungsbedingung durch vorgegebene Betriebsbereiche in Kennfeldern des Verbrennungs- und/oder Elektromotors und/oder durch zulässige Energiespeicherzustände und/oder Pedalzustände oder -gradienten definiert ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine vorgegebene Aktivierungsbedingung im Kraftfahrzeug gespeichert ist und im Fall einer zusätzlichen Drehmomentanforderung geprüft wird, ob eine Aktivierungsbedingung vorliegt, indem die momentanen Zustandsdaten des Verbrennungsmotors und/oder Elektromotors und/oder aktuelle Energiespeicherzustandsdaten mit der mindestens einen Aktivierungsbedingung verglichen werden.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorgegebene Zeitintervall c ein für das Kraftfahrzeug fest eingestellter Wert ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das vorgegebene Zeitintervall c anhand von momentanen Zustandsdaten des Verbrennungsmotors und/oder Elektromotors dynamisch berechnet wird.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Reduzierung des durch den Elektromotor zur Verfügung gestellten zusätzlichen Drehmoments (M_EM) innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls c ein linearer Verlauf vorgegeben wird.
Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang mit mindestens einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, wobei die Motorsteuerungsvorrichtung eine Prozessorvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11, die eingerichtet ist, momentane Zustandsdaten des Elektromotors und des Verbrennungsmotors zu speichern und zu verarbeiten und die Leistungen des Verbrennungsmotors und des Elektromotors zu regeln.
Kraftfahrzeug mit einem Hybrid-Antriebsstrang und einer Steuervorrichtung gemäß Anspruch 11 oder 12.