DE102019218506A1

DE102019218506A1 - Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine, betreibbar in einem momentengesteuerten und einem spannungsgesteuerten Betriebszustand

Info

Publication number: DE102019218506A1
Application number: DE102019218506.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Jehle
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2021-06-02

Abstract

Es wird beschrieben ein Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), das Antriebssystem (1) aufweisend eine Brennkraftmaschine (3), wobei die Brennkraftmaschine (3) eingerichtet ist, ein Brennkraftmaschinen-Moment bereitzustellen und in einem befeuerten und in einem unbefeuerten Betriebszustand betrieben zu werden; eine elektrische Maschine (4), wobei die elektrische Maschine (4) eingerichtet ist, ein E-Maschinen-Moment bereitzustellen; eine Steuereinheit (6, 7); und eine Bedienschnittstelle (9), welche eingerichtet ist, eine Momentenanforderung zu empfangen. Die elektrische Maschine (4) ist in einem momentengesteuerten und in einem spannungsgesteuerten Betriebszustand betreibbar. Dabei steuert in dem momentengesteuerten Betriebszustand die Steuereinheit (6, 7) die elektrische Maschine (4) derart, dass das E-Maschinen-Moment einem vorgegebenen Moment entspricht. In dem spannungsgesteuerten Betriebszustand steuert die Steuereinheit (6, 7) die elektrische Maschine (4) derart, dass eine Ausgangsspannung des Antriebssystems (1) einer vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht. Wenn die elektrische Maschine (4) in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist und wenn die Momentenanforderung gleich Null ist, ist die Brennkraftmaschine (3) in dem befeuerten Betriebszustand betreibbar. Ferner werden ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems beschrieben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Motorsteuerung bei Hybridfahrzeugen, also bei Fahrzeugen, die sowohl eine Brennkraftmaschine als auch eine elektrische Maschine aufweisen. Die Erfindung betrifft konkret ein Antriebssystem, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Antriebssystems.
Hintergrund der Erfindung
Hybridsysteme, insbesondere Parallelhybride, enthalten neben dem Verbrennungsmotor mindestens eine elektrische Maschine oder E-Maschine, welche mit einem zugehörigen elektrischen Netz verbunden ist. Das zugehörige Netz kann dabei z.B. ein 48V-Netz oder ein Hochspannungsnetz sein, welches ein 12V-Bordnetz über einen DC/DC-Wandler mit Spannung versorgt. Die Regelung der E-Maschine ist typischerweise in einer eigenständigen Steuerungseinheit enthalten, welche mit einer übergeordneten Hybridsteuerung über ein Busnetz kommuniziert. Die Hybridsteuerung kann Teil einer Motorsteuerung sein. Im Einzelfall können auch Hybridsteuerung und E-Maschinenregelung Teil einer gemeinsamen Steuerungseinheit sein.
E-Maschinen können typischerweise in einem Generatormodus und in einem Motormodus betrieben werden. Im Generatormodus wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt, im Motormodus hingegen wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Bei fehlender Momentenanforderung durch den Fahrer, wenn beispielsweise das Gaspedal nicht betätigt wird, oder durch ein Fahrerassistenzsystem, etwa einen Tempomaten, und eventuell bei zusätzlichem Bremswunsch durch den Fahrer oder das Fahrerassistenzsystem kann ein sogenannter Rekuperationsbetrieb des E-Motors aktiviert werden. Im Rekuperationsbetrieb wird die E-Maschine im Generatormodus betrieben, um während der Fahrzeugverzögerung elektrische Energie aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs zu gewinnen.
Eine übermäßige Fahrzeugverzögerung kann insbesondere in dem Rekuperationsbetrieb zu einem für den Fahrer ungewohnten Verhalten des Kraftfahrzeugs führen. Neben einer solchen Beeinträchtigung des Fahrgefühls können zudem die Traktions- und Stabilisierungseigenschaften des Kraftfahrzeugs verschlechtert sein. Eine übermäßige Fahrzeugverzögerung ohne gleichzeitige Aktivierung der Bremslichter kann zudem eine Gefahrenquelle darstellen, weil derartige Verzögerungen für andere Verkehrsteilnehmer nicht zu erwarten sind und von diesen nur schwer eingeschätzt werden können.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, Problemen durch übermäßige Fahrzeugverzögerung entgegenzuwirken, wie sie beispielsweise im Rekuperationsbetrieb oder im Generatormodus der E-Maschine auftreten können.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug beschreiben. Das Antriebssystem weist auf: (i) eine Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine eingerichtet ist, ein Brennkraftmaschinen-Moment bereitzustellen und in einem befeuerten und in einem unbefeuerten Betriebszustand betrieben zu werden; (ii) eine elektrische Maschine, wobei die elektrische Maschine eingerichtet ist, ein E-Maschinen-Moment bereitzustellen; (iii) eine Steuereinheit; und (iv) eine Bedienschnittstelle, welche eingerichtet ist, eine Momentenanforderung zu empfangen. Die elektrische Maschine ist in einem momentengesteuerten und in einem spannungsgesteuerten Betriebszustand betreibbar. In dem momentengesteuerten Betriebszustand steuert die Steuereinheit die elektrische Maschine derart, dass das E-Maschinen-Moment einem vorgegebenen Moment entspricht. In dem spannungsgesteuerten Betriebszustand steuert die Steuereinheit die E-Maschine derart, dass eine Ausgangsspannung des Antriebssystems einer vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht. Wenn nun die elektrische Maschine in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist und wenn die Momentenanforderung gleich Null ist, ist die Brennkraftmaschine in dem befeuerten Zustand betreibbar.
Ein „Antriebssystem“ eines Kraftfahrzeugs kann jede Vorrichtung sein, die zur Bewegung des Kraftfahrzeugs beiträgt, insbesondere zu einer translatorischen Bewegung des Kraftfahrzeugs in Bezug auf die Umgebung. Zu diesem Zweck kann ein Antriebssystem Bewegungsenergie aus einer anderen Energieform erzeugen, beispielsweise aus chemischer oder elektrischer Energie. Ein Antriebssystem kann beispielsweise einen elektrischen Antrieb aufweisen, welcher elektrische Energie zumindest teilweise in Bewegungsenergie umwandelt, insbesondere einen Elektromotor, eine elektrische Maschine bzw. eine E-Maschine. Ein Antriebssystem kann eine Brennkraftmaschine aufweisen, die in einem Kraftstoff gespeicherte Energie zumindest teilweise in Bewegungsenergie umwandeln kann. Ein Antriebssystem kann ein Hybridantrieb sein, das heißt das Antriebssystem kann mehrere Antriebsformen kombinieren. Insbesondere kann ein Antriebssystem eine Brennkraftmaschine und einen Elektromotor aufweisen.
Ein „Kraftfahrzeug“ kann jedes durch eine Brennkraftmaschine und/oder durch eine elektrische Maschine angetriebene Fahrzeug sein, beispielsweise ein Kraftwagen, ein Kraftrad oder eine Zugmaschine.
Eine „Brennkraftmaschine“ oder Verbrennungskraftmaschine ist eine Maschine, bei der durch Verbrennung von Brennstoff oder Brennstoffgemischen mechanische Arbeit verrichtet wird. Ein Brennstoff kann beispielsweise ein flüssiger Kraftstoff wie Benzin oder Dieselöl sein, kann aber auch ein fester Brennstoff oder ein Gas sein. Die Brennstoffgemische können beispielsweise aus gasförmigen Anteilen und flüssigen Kraftstoffen bestehen. Eine Brennkraftmaschine kann ein Verbrennungsmotor sein, insbesondere ein Ottomotor oder ein Dieselmotor.
In einem „befeuerten Zustand“ einer Brennkraftmaschine wird der Brennkraftmaschine Brennstoff zugeführt. Der befeuerte Zustand kann dadurch ausgezeichnet sein, dass ein zündfähiges Gemisch, welches den Brennstoff aufweist, in einem Brennraum verbrannt wird. Die aus der Verbrennung resultierende Wärmeausdehnung kann genutzt werden, um mechanische Elemente, beispielsweise Kolben oder Läufer, zu bewegen, insbesondere so zu bewegen, dass sie ein Antriebselement des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Antriebswelle, zu einer Rotationsbewegung antreiben.
In einem „unbefeuerten Zustand“ wird der Brennkraftmaschine kein Brennstoff zugeführt. Der unbefeuerte Zustand kann dadurch ausgezeichnet sein, dass kein Zündgemisch verbrannt wird und entsprechend auch keine mechanische Arbeit durch Verbrennung verrichtet wird, beispielsweise an Kolben oder Läufern.
Die Brennkraftmaschine kann, insbesondere in dem befeuerten Zustand, ein „Kraftübertragungs-Element der Brennkraftmaschine“ antreiben. Das Kraftübertragungs-Element kann eingerichtet sein, eine von der Brennkraftmaschine erzeugte Kraft, insbesondere ein Kraftmoment oder ein Drehmoment, auf ein Antriebselement des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Das Kraftübertragungs-Element kann beispielsweise eine Welle sein, insbesondere eine Kurbelwelle.
Eine „Welle“ kann ein längliches, insbesondere zylinderförmiges, mechanisches Element sein, das eingerichtet ist, Drehbewegungen, insbesondere Drehmomente, weiterzuleiten. Sie kann zu diesem Zweck drehbar gelagert sein.
Das „Antriebselement“ ist dazu eingerichtet, eine translatorische Kraft auf das Kraftfahrzeug auszuüben. Das Antriebselement kann beispielsweise eine Antriebswelle des Kraftfahrzeugs sein, wobei die Antriebswelle an einer Antriebsachse des Kraftfahrzeugs gelagert sein kann. Das Antriebselement kann mit einem oder mehreren Rädern des Kraftfahrzeugs fest verbunden sein, so dass eine Bewegung des Antriebselements, insbesondere eine Rotationsbewegung, eine entsprechende Rotationsbewegung der Räder bedingt.
Das Antriebselement kann über ein „Übersetzungselement“ mit dem Kraftübertragungs-Element der Brennkraftmaschine verbunden sein. Das Übersetzungselement kann beispielsweise ein Fahrzeuggetriebe, insbesondere ein Zahnradgetriebe, und/oder einen Übersetzungsriemen aufweisen. Eine Kraft, insbesondere als Drehmoment ausgeübt, auf das mechanische Kraftübertragungs-Element kann eine entsprechende Kraft, insbesondere als Drehmoment ausgeübt, auf das Antriebselement bewirken. Dabei kann für die jeweiligen Drehmomente ein durch das Übersetzungselement vorgegebenes Übersetzungsverhältnis zu berücksichtigen sein.
Das „Brennkraftmaschinen-Moment“ kann ein Kraftmoment bezeichnen, welches von der Brennkraftmaschine bewirkt wird. Das Kraftmoment kann ein Drehmoment bezeichnen, welches durch das Kreuzprodukt eines Ortsvektors und eines Kraftvektors gegeben ist. Dabei ist der Kraftvektor durch eine von der Brennkraftmaschine bewirkte Kraft bestimmt. Der Ortsvektor ist durch einen Bezugspunkt des Drehmoments, insbesondere einen Punkt auf einer zugehörigen Rotationsachse, und einen Angriffspunkt der zugehörigen Kraft bestimmt. Die Richtung des Drehmoments kann mit dem Drehsinn korrelieren, in welchen die Kraft relativ zum Bezugspunkt des Drehmoments wirkt. Das Brennkraftmaschinen-Moment kann ein Kraftmoment, insbesondere ein Drehmoment, des mechanischen Kraftübertragungs-Elements der Brennkraftmaschine sein. Der Bezugspunkt des Brennkraftmaschinen-Moments kann auf der Rotationsachse des mechanischen Kraftübertragungs-Elements liegen. Das Brennkraftmaschinen-Moment kann alternativ ein durch die Brennkraftmaschine bewirktes Drehmoment des Antriebselements bezeichnen.
Eine „elektrische Maschine“ ist eine Maschine, welche eingerichtet ist, elektrische Energie in mechanische Arbeit umzuwandeln. Die elektrische Energie kann aus einer Energiequelle, beispielsweise einem Speicher für elektrische Energie wie einer Batterie, insbesondere einem Akkumulator, oder einem Generator stammen. Die elektrische Maschine kann zusätzlich oder alternativ dazu eingerichtet sein, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Eine elektrische Maschine kann einen in Bezug auf die Umgebung feststehenden Teil und einen beweglichen, insbesondere drehbaren, Teil aufweisen. Der feststehende Teil kann ein magnetisch wirkender Außenteil, ein sogenannter Stator, sein. Der bewegliche Teil kann ein magnetisch wirkender Innenteil, ein sogenannter Rotor, sein und kann beispielsweise einen Anker und eine Spule aufweisen.
Eine elektrische Maschine kann ein sogenannter „Riemenstarter-Generator“ sein, bei welchem die elektrische Maschine über einen Riemen mit dem mechanischen Kraftübertragungs-Element der Brennkraftmaschine, zum Beispiel einer Welle, insbesondere einer Kurbelwelle, der Brennkraftmaschine, verbunden oder zumindest gekoppelt ist. Die elektrische Maschine kann auch ein „integrierter Starter-Generator sein“, bei welchem die elektrische Maschine direkt, insbesondere ohne Verwendung eines Riemens, mit dem mechanischen Kraftübertragungs-Element der Brennkraftmaschine verbunden ist. Eine elektrische Maschine, insbesondere eine Riemenstarter-Generator oder ein integrierter Startergenerator, kann Antriebsfunktionen wie eine Start-Stopp-Funktion, bei welcher beim Anhalten des Fahrzeugs die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird, einen Segelbetrieb, einen Rekuperationsbetrieb und/oder eine Booster-Funktion beim Anfahren und Beschleunigen unterstützen.
Die elektrische Maschine, insbesondere der bewegliche Teil der elektrischen Maschine, kann ein „Kraftübertragungselement der elektrischen Maschine“ antreiben. Dazu kann der bewegliche Teil der elektrischen Maschine mit dem Kraftübertragungselement fest verbunden sein. Das Kraftübertragungselement kann beispielsweise eine Welle sein. Das Kraftübertragungselement kann eingerichtet sein, eine von der elektrischen Maschine erzeugte Kraft, insbesondere ein Kraftmoment oder Drehmoment, auf ein Antriebselement des Kraftfahrzeugs zu übertragen. Dazu kann das Kraftübertragungselement der elektrischen Maschine mit dem Antriebselement des Kraftfahrzeugs über das Kraftübertragungselement der Brennkraftmaschine gekoppelt sein oder mit dem Antriebselement des Kraftfahrzeugs direkt, insbesondere nicht über das Kraftübertragungselement der Brennkraftmaschine, gekoppelt sein. In beiden Fällen kann das Kraftübertragungselement der elektrischen Maschine mit dem Antriebselement über ein Übersetzungselement gekoppelt sein.
Das „E-Maschinen-Moment“ bezeichnet ein Kraftmoment, welches von der elektrischen Maschine bewirkt wird. Das Kraftmoment kann wie im Fall des Brennkraftmaschinen-Moments ein Drehmoment bezeichnen, welches durch das Kreuzprodukt eines Ortsvektors und eines Kraftvektors gegeben ist. Dabei ist der Kraftvektor durch eine von der elektrischen Maschine ausgeübte Kraft bestimmt. Der Ortsvektor ist durch einen Bezugspunkt des Drehmoments, insbesondere einen Punkt auf einer zugehörigen Rotationsachse, und einen Angriffspunkt der zugehörigen Kraft bestimmt. Die Richtung des Drehmoments kann mit dem Drehsinn korrelieren, in welchen die Kraft relativ zum Bezugspunkt des Drehmoments wirkt. Das E-Maschinen-Moment kann ein Kraftmoment, insbesondere ein Drehmoment, des Kraftübertragungs-Elements der elektrischen Maschine sein. Der Bezugspunkt des E-Maschinen-Moments kann auf der Rotationsachse des Kraftübertragungs-Elements der elektrischen Maschine liegen. Das E-Maschinen-Moment kann alternativ ein durch die elektrische Maschine bewirktes Drehmoment des Antriebselements bezeichnen.
Eine „Steuereinheit“ ist dazu eingerichtet, vorgegebene Vorgänge oder Prozesse zu steuern. Die Steuerung kann über Signale, beispielsweise über elektrische und/oder optische Signale, erfolgen. Die Steuereinheit kann einen Prozessor besitzen, in welchem Rechenoperationen ablaufen und die Steuersignale erzeugt werden. Eine Steuereinheit des Antriebssystems kann eingerichtet sein, das Antriebssystem derart zu steuern, dass das Fahrzeug ein gewünschtes Fahrverhalten zeigt. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, das Antriebssystem so zu steuern, dass Betriebseigenschaften des Fahrzeugs bestimmten Vorgaben entsprechen, beispielsweise eine Abgasnorm eingehalten wird.
Die Steuereinheit kann eine „Antriebs-Steuereinheit“ aufweisen, insbesondere eine Motor-Steuereinheit für die Brennkraftmaschine und/oder die elektrische Maschine. Die Antriebs-Steuereinheit kann beispielsweise die Zufuhr von Brennstoff zu der Brennkraftmaschine und/oder die Zündung des Brennstoffgemischs der Brennkraftmaschine steuern. Weiterhin kann die Antriebs-Steuereinheit die Zufuhr von elektrischer Energie zu der elektrischen Maschine steuern.
Die Steuereinheit kann zusätzlich oder alternativ eine „E-Maschinen-Steuereinheit“ aufweisen. Die E-Maschinen-Steuereinheit kann eingerichtet sein, die elektrische Maschine zu steuern, insbesondere ausschließlich die elektrische Maschine und nicht die Brennkraftmaschine zu steuern. Die E-Maschinen-Steuereinheit kann räumlich angrenzend an die elektrische Maschine angeordnet sein, beispielsweise an die elektrische Maschine angeflanscht sein. Dadurch können kurze Signalwege zwischen E-Maschinen-Steuereinheit und elektrischer Maschine verwirklicht sein. Die E-Maschinen-Steuereinheit kann eingerichtet sein, die elektrische Maschine unabhängig oder zumindest weitgehend unabhängig von der Antriebs-Steuereinheit zu steuern. Sie kann eingerichtet sein, die elektrische Maschine so zu steuern, dass der Wert einer Ausgangsspannung der E-Maschinen-Steuereinheit einem vorgegebenen Wert entspricht.
Die Steuereinheit, insbesondere die E-Maschinen-Steuereinheit, kann einen „Inverter“ oder Umwandler, insbesondere einen AC/DC Wandler, aufweisen. Der Inverter kann eingerichtet sein, eine Wechselspannung, die von der elektrischen Maschine bereitgestellt wird, insbesondere eine dreiphasige Wechselspannung, in Gleichspannung umzuwandeln. Der Inverter kann zudem oder alternativ eingerichtet sein, eine Gleichspannung, die an dem Inverter bereitgestellt wird, beispielsweise von einer Energiequelle, in eine Wechselspannung umzuwandeln, mit welcher die elektrische Maschine betrieben werden kann. Die Steuereinheit, insbesondere die E-Maschinen-Steuereinheit, kann eine Inverter-Steuereinheit aufweisen, mit welcher Schaltelemente des Inverters gesteuert werden.
Die Steuereinheit, insbesondere die Antriebs-Steuereinheit, kann eingerichtet sein, ein Signal von einer „Bedienschnittstelle“ zu empfangen. Die Bedienschnittstelle kann mit einem Bedienelement, insbesondere einem diskreten oder kontinuierlichen Schaltelement, gekoppelt sein. Das Bedienelement kann von einer Bedienperson, insbesondere einem Fahrer des Fahrzeugs, bedienbar sein. Das Bedienelement kann in vorbestimmten Einstellungen einstellbar sein, wobei ein Signal, welches der gegenwärtigen Einstellung und/oder einem gegenwärtigen Einstellungswechsel des Bedienelements entspricht, erzeugt und an die Bedienschnittstelle gesendet werden kann.
Die Bedienschnittstelle kann zusätzlich oder alternativ mit einer „elektronischen Unterstützungseinrichtung“ des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem, gekoppelt sein. Die elektronische Unterstützungseinrichtung kann eingerichtet sein, eine Bedienperson bei der Bedienung des Fahrzeugs zu unterstützen und/oder das Fahrzeug unabhängig von einer Bedienperson zu steuern. Die elektronische Unterstützungseinrichtung kann eingerichtet sein, ein Signal an die Bedienschnittstelle zu senden. Die elektronische Unterstützungseinrichtung kann beispielsweise ein Tempomat oder eine Geschwindigkeitsregel-Einrichtung sein, welche eingerichtet ist, das Signal an der Bedienschnittstelle derart bereitzustellen, dass das Kraftfahrzeug eine vom Fahrer oder anderweitig vorgegebene Geschwindigkeit einhält. Die elektronische Unterstützungseinrichtung kann zusätzlich oder alternativ eine Fahrzeugstabilisierungs-Einrichtung sein, insbesondere ein elektronisches Stabilitätsprogramm des Fahrzeugs.
Das Signal kann eine „Momentenanforderung“ sein, auf welcher das Brennkraftmaschinen-Moment und/oder das E-Maschinen-Moment basiert. Die Momentenanforderung kann eine Momentenanforderung des Fahrers und/oder eine Momentenanforderung des elektronischen Unterstützungssystems sein.
Die Momentenanforderung kann durch die gegenwärtige Einstellung des Bedienelements bestimmt sein oder zumindest auf dieser basieren. Das Bedienelement kann eingerichtet sein, die Leistung des Antriebssystems zu steuern, insbesondere die Leistung der Brennkraftmaschine. Das Bedienelement kann eingerichtet sein, die Brennstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine zu steuern. Die gegenwärtige Einstellung, d.h. der gegenwärtige Zustand, des Bedienelements kann mit einer Beschleunigung, insbesondere einer positiven Beschleunigung, des Kraftfahrzeugs korrelieren. Das Bedienelement kann ein Gaspedal sein, insbesondere ein elektronisches Gaspedal oder auch ein konventionelles, mechanisch mit dem Antriebssystem gekoppeltes Gaspedal.
Das Bedienelement kann in einem minimalen Zustand einstellbar sein, bei welchem die angeforderte Antriebsleistung am geringsten ist, insbesondere am geringsten unter Berücksichtigung der konkreten Fahrsituation. Das Bedienelement kann in einem unbedienten Zustand einstellbar sein, bei welchem die Bedienperson das Bedienelement nicht bedient. Der minimale Zustand kann dem unbedienten Zustand entsprechen. Die Momentenanforderung kann in dem minimalen Zustand und/oder dem unbedienten Zustand als „gleich Null“ definiert sein, insbesondere kann sie ausschließlich in dem minimalen Zustand und/oder dem unbedienten Zustand als „gleich Null“ definiert sein.
Die Leistung der Brennkraftmaschine kann zusätzlich oder alternativ über einen Leerlaufregler oder Lehrlaufsteller gesteuert sein, welcher eingerichtet ist, eine Leerlaufdrehzahl des Motors unabhängig vom Lastzustand größer oder gleich einem vorgegebenen Grenzwert einzustellen, insbesondere auf einen konstanten Wert einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die Leistung der Brennkraftmaschine und/oder die Treibstoffzufuhr zu der Brennkraftmaschine über eine Schubabschaltung gesteuert sein.
Die Momentenanforderung kann zusätzlich oder alternativ durch ein elektronisches Unterstützungssystem bestimmt sein. Die Momentenanforderung kann „gleich Null“ definiert sein, wenn ein durch das elektronische Unterstützungssystem vorgegebener Wert kleiner ist als ein Wert, der auf der gegenwärtigen Geschwindigkeit des Fahrzeugs basiert. Insbesondere kann die Momentenanforderung „gleich Null“ definiert sein, wenn die gegenwärtige Geschwindigkeit des Fahrzeugs größer oder zumindest größer gleich ist einer vorgegebenen Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die von dem elektronischen Unterstützungssystem berechnet wird.
Die elektrische Maschine ist in einem „momentengesteuerten Betriebszustand“ betreibbar. In dem momentengesteuerten Betriebszustand steuert die Steuereinheit die elektrische Maschine derart, dass das E-Maschinen-Moment einem vorgegebenen Moment entspricht. Das vorgegebene Moment kann von der Steuereinheit, insbesondere der Antriebs-Steuereinheit, vorgegeben sein und kann über ein Bus-System der Steuereinheit an die elektrische Maschine übertragbar sein. Das vorgegebene Moment kann positiv definiert sein, wenn sich die elektrische Maschine in einem Motor-Betriebszustand befindet, und es kann negativ definiert sein, wenn sich die elektrische Maschine in einem Generator-Betriebszustand befindet. Analog kann das E-Maschinen-Moment positiv definiert sein, wenn sich die elektrische Maschine in einem Motor-Betriebszustand befindet, und es kann negativ definiert sein, wenn sich die elektrische Maschine in einem Generator-Betriebszustand befindet. Das vorgegebene Moment kann auf der Momentenanforderung, die an der Bedienschnittstelle bereitgestellt wird, basieren. Es kann auf der Momentenanforderung eines Bedienelements und/oder einer elektronischen Unterstützungseinrichtung basieren. Das vorgegebene Moment der elektrischen Maschine kann in einer E-Maschinen-Steuereinheit, insbesondere in einem Inverter, in Stromsollwerte innerhalb der elektrischen Maschine transformiert werden, welche eingeregelt werden, insbesondere in Phasenstrom-Sollwerte.
Die elektrische Maschine ist in einem „spannungsgesteuerten Betriebszustand“ betreibbar. In dem spannungsgesteuerten Betriebszustand steuert die Steuereinheit die elektrische Maschine derart, dass eine Ausgangsspannung des Antriebssystems, insbesondere eine Ausgangsspannung der elektrischen Maschine oder eine Ausgangsspannung der E-Maschinen-Steuereinheit, insbesondere eines Inverters der E-Maschinen-Steuereinheit, einer vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht. Die vorgegebene Ausgangsspannung kann von der Antriebs-Steuereinheit vorgegeben sein und kann über ein Bus-System der Steuereinheit an die elektrische Maschine übertragbar sein. Die Ausgangsspannung des Antriebssystems kann derart gesteuert sein, dass die vorgegebene Ausgangsspannung bereitgestellt wird, insbesondere eine geregelte Spannung, zum Beispiel eine konstante Spannung, für ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, insbesondere für ein Bordnetz mit einer Spannung größer als 12V, insbesondere ein 48V-Bordnetz oder ein Hochvolt-Bordnetz. Die Bereitstellung der vorgegebenen Ausgangsspannung kann von der E-Maschinen-Steuereinheit steuerbar sein, ohne von der Antriebs-Steuereinheit gesteuert zu werden.
Die elektrische Maschine kann ausschließlich in dem spannungsgesteuerten und dem momentengesteuerten Betriebszustand betreibbar sein, kann aber auch in weiteren Betriebszuständen betreibbar sein.
Ein „Bordnetz“ kann elektrische Komponenten eines Fahrzeugs bezeichnen, einschließlich solcher Komponenten wie beispielsweise Verkabelung oder Steckverbindungen, die Stromversorgung und Informationsfluss in dem Bordnetz ermöglichen. Das Bordnetz oder Teile des Bordnetzes können Teil des Antriebssystems sein. Das Bordnetz kann einen DC/DC Wandler aufweisen, über welchen das Bordnetz mit einer Energiequelle, beispielsweise einem Energiespeicher oder einem Generator, verbunden ist. Das Bordnetz kann einen oder mehrere Energiespeicher, etwa Batterien, insbesondere Akkumulatoren, aufweisen. Der Energiespeicher kann von dem Bordnetz entkoppelbar sein.
Das Bordnetz kann Teile mit unterschiedlicher Spannungslage aufweisen. Insbesondere kann das Bordnetz zumindest ein Hochvolt-Bordnetz, d.h. ein Bordnetz mit einer Spannung größer als 60V, und/oder zumindest ein Niedervolt-Bordnetz, beispielsweise ein 12V-Bordnetz und/oder ein 48V-Bordnetz, aufweisen. Die elektrische Maschine, insbesondere der Inverter der elektrischen Maschine, kann eine Spannung für das 48V-Bordnetz oder das Hochvolt-Bordnetz bereitstellen. Das 12V-Bordnetz kann mit dem 48V-Bordnetz und/oder dem Hochvolt-Bordnetz über den DC/DC Wandler verbunden sein. Hochvolt-Bordnetze können einen entsprechenden Hochvolt-Energiespeicher aufweisen. Niedervolt-Bordnetze können einen entsprechenden Niedervolt-Energiespeicher aufweisen.
Der spannungsgesteuerte Betriebszustand kann dann aktivierbar sein, wenn der Energiespeicher von dem Bordnetz entkoppelt ist, beispielsweise deswegen von dem Bordnetz entkoppelt ist, weil der Energiespeicher in einem Fehlerzustand ist. Wenn der Energiespeicher von dem Bordnetz entkoppelt ist und/oder eine Energiezufuhr aus dem Energiespeicher zu dem Bordnetz gestört ist, ist es gegebenenfalls aufgrund geringer elektrischer Kapazitäten im Bordnetz schwer möglich, im momentengesteuerten Betriebszustand die Bordnetzspannung zu stabilisieren. Dies liegt vor allem an den Verzögerungen durch Kommunikation über das Bussystem, mit welchen der Momentensollwert, d.h. das vorgegebene Moment, an den Inverter übertragen wird. Im spannungsgesteuerten Betrieb kann dagegen ein Spannungssollwert, d.h. die vorgegebene Ausgangsspannung, übertragen werden, welchen der Inverter mit hoher Geschwindigkeit in einem internen Regler einregelt.
Der Energiespeicher kann auch von dem Bordnetz entkoppelt sein, weil eine Energieaufnahme-Rate und/oder eine Energieabgabe-Rate des Energiespeichers aufgrund von außergewöhnlichen Betriebsbedingungen erheblich kleiner, beispielsweise um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 50% kleiner, ist im Vergleich mit gewöhnlichen Betriebsbedingungen. Der Energiespeicher kann aber unter solchen außergewöhnlichen Bedingungen auch mit dem Bordnetz gekoppelt bleiben. Außergewöhnliche Betriebsbedingungen können beispielsweise außergewöhnlich hohe Umgebungstemperaturen, beispielsweise größer als 30° Celsius, insbesondere größer als 50° Celsius, oder außergewöhnlich niedrige Umgebungstemperaturen, beispielsweise kleiner als 0° Celsius sein.
Wenn die elektrische Maschine in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist und wenn die Momentenanforderung gleich Null ist, ist die Brennkraftmaschine in dem befeuerten Zustand betreibbar. Sie kann in dem befeuerten Zustand betreibbar sein, auch wenn aufgrund der Steuerung durch den Leerlaufregler und/oder die Schubabschaltung keine Veranlassung besteht, die Brennkraftmaschine in dem befeuerten Zustand zu betreiben. Sie kann in dem befeuerten Zustand betreibbar sein, um übermäßigen Verzögerungen des Fahrzeugs entgegenzuwirken.
Durch das Betreiben der Brennkraftmaschine in dem befeuerten Zustand, auch wenn in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand der elektrischen Maschine die Momentenanforderung gleich Null ist, kann eine Entkopplung der Spannungssteuerung eines Bordnetzes des Fahrzeugs von einer Verzögerung des Fahrzeugs erreicht werden. Durch das Zuschalten oder Betreiben der Brennkraftmaschine in dem befeuerten Zustand kann eine übermäßige Verzögerung des Kraftfahrzeugs vermeidbar sein, unabhängig von den Anforderungen des Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, insbesondere unabhängig von der von dem Bordnetz benötigten Leistung und/oder der erforderlichen Leistung, um eine Spannungsversorgung des Bordnetzes konstant zu halten. Auf diese Weise können Spannungsinstabilitäten in dem Bordnetz und/oder ein unzulässig hohes Entladen eines Energiespeichers, insbesondere eines mit dem Bordnetz gekoppelten Energiespeichers, vermeidbar sein.
Beispielsweise kann ein reproduzierbares Verzögerungsverhalten erzielbar sein, das etwa auf einem Schleppmoment der Brennkraftmaschine und gegebenenfalls aus dem Verlustmoment von Nebenaggregaten, beispielsweise einer Lichtmaschine, basieren kann. Insbesondere kann ein für den Fahrer vertrautes Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs erzielbar sein, welches dem Fahrer beispielsweise von herkömmlichen Fahrzeugen vertraut ist, insbesondere von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschine aber ohne elektrische Maschine.
Weiterhin kann eine Verzögerung des Fahrzeugs vermeidbar sein, welche größer ist als ein durch eine Norm vorgegebener, insbesondere ein gesetzlich vorgegebener Grenzwert. Es kann eine solche übermäßige Verzögerung insbesondere dann vermeidbar sein, wenn Bremslichter des Fahrzeugs nicht aktiv sind und/oder wenn eine Bremsanforderung durch den Fahrer des Fahrzeugs und/oder durch ein elektronisches Unterstützungssystem des Fahrzeugs nicht vorliegt. Eine Aktivierung der Bremslichter kann dabei eine Bremsanforderung, insbesondere eine positive Bremsanforderung, durch den Fahrer des Fahrzeugs und/oder durch ein elektronisches Unterstützungssystem des Fahrzeugs voraussetzen. Ein vorgegebener Grenzwert kann beispielsweise 1,3 m/s² sein.
Schließlich kann vermeidbar sein, dass eine übermäßige Verzögerung des Fahrzeugs zu Traktions- und/oder Stabilitätsproblemen des Fahrzeugs führt oder solche Probleme verstärkt, insbesondere bei glatter Fahrbahn.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, wenn die elektrische Maschine in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand operiert, wenn die Momentenanforderung gleich Null ist und wenn das E-Maschinen-Moment negativ ist, die Brennkraftmaschine derart in dem befeuerten Zustand betreibbar, dass das Brennkraftmaschinen-Moment das E-Maschinen-Moment zumindest teilweise kompensiert.
Ein solcher Betrieb der Brennkraftmaschine kann vorteilhaft sein, weil dadurch ein reproduzierbares, insbesondere ein für den Fahrer vertrautes Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs bewirkt werden kann. Weiterhin kann durch einen solchen Betrieb ein übermäßiges Verzögern des Kraftfahrzeugs ohne Aktivierung der Bremslichter vermeidbar sein. Schließlich können Traktions- und/oder Stabilitätsprobleme des Fahrzeugs vermeidbar sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kompensiert das Brennkraftmaschinen-Moment das E-Maschinen-Moment derart zumindest teilweise, dass die Summe aus dem E-Maschinen-Moment und dem Brennkraftmaschinen-Moment größer als ein vorgegebener Kompensations-Schwellenwert ist. Dabei kann der Kompensations-Schwellenwert auf einem Verlustmoment eines Energieverbrauchers des Fahrzeugs basieren, insbesondere einem Verlustmoment einer Lichtmaschine.
Das Brennkraftmaschinen-Moment kann positiv sein und das E-Maschinen-Moment kann negativ sein. Bei der Summierung der beiden Momente kann ein Übersetzungsverhältnis berücksichtigt sein, welches durch ein Übersetzungselement vorgegeben sein kann. Der Kompensations-Schwellenwert kann negativ sein.
Ein solcher Betrieb der Brennkraftmaschine kann vorteilhaft sein, weil dadurch ein reproduzierbares, insbesondere ein für den Fahrer vertrautes Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs bewirkt werden kann. Das kann insbesondere das Verzögerungsverhalten eines herkömmlichen Fahrzeugs mit einem Energieverbraucher, insbesondere einer Lichtmaschine sein. Weiterhin kann durch einen solchen Betrieb ein übermäßiges Verzögern des Kraftfahrzeugs ohne Aktivierung der Bremslichter vermeidbar sein. Schließlich können Traktions- und/oder Stabilitätsprobleme des Fahrzeugs vermeidbar sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kompensiert das Brennkraftmaschinen-Moment das E-Maschinen-Moment vollständig.
Bei einem solchen Betrieb kann ein wirksames Moment der Brennkraftmaschine betragsmäßig gleich dem Moment der E-Maschine sein. Dabei können Momente von gegebenenfalls vorhandenen Nebenaggregaten berücksichtigt sein.
Ein solcher Betrieb der Brennkraftmaschine kann vorteilhaft sein, weil dadurch ein reproduzierbares Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs bewirkt werden kann. Weiterhin kann durch einen solchen Betrieb ein übermäßiges Verzögern des Kraftfahrzeugs ohne Aktivierung der Bremslichter vermeidbar sein. Schließlich können Traktions- und/oder Stabilitätsprobleme des Fahrzeugs vermeidbar sein.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Brennkraftmaschinen-Moment ein indiziertes Brennkraftmaschinen-Moment. Das „indizierte Brennkraftmaschinen-Moment“ kann dem durch Verbrennung in der Brennkraftmaschine erzeugten Moment entsprechen, insbesondere dem Moment, welches einer Leistung entspricht, die durch die Verbrennung auf bewegliche Elemente in der Brennkraftmaschine wirkt, beispielsweise auf Kolben oder Läufer der Brennkraftmaschine.
Ein „wirksames Brennkraftmaschinen-Moment“ kann durch eine von der Brennkraftmaschine abgegebene oder übertragene Leistung bestimmt sein. Es kann einem Moment an einem Kraftübertragungs-Element der Brennkraftmaschine entsprechen.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das Brennkraftmaschinen-Moment ein indiziertes Brennkraftmaschinen-Moment ist, weil dann das Verzögerungsverhalten des Kraftfahrzeugs durch ein Schleppmoment der Brennkraftmaschine sowie gegebenenfalls durch die Verlustmomente von mechanisch betriebenen Nebenaggregaten bestimmt sein kann. Insbesondere kann die Verzögerung des Kraftfahrzeugs höchstens die Verzögerung sein, welche sich aus dem Schleppmoment und den Verlustmomenten der Nebenaggregate ergibt. Auf diese Weise kann ein Verzögerungsverhalten eines herkömmlichen Kraftfahrzeugs besonders wirklichkeitsgetreu nachgebildet sein. Hierbei kann das Schleppmoment der Brennkraftmaschine ein Verlustmoment der Brennkraftmaschine bezeichnen. Das Schleppmoment kann dem Verlustmoment der Brennkraftmaschine in dem unbefeuerten Zustand entsprechen. Das Schleppmoment kann durch mechanische Verluste bei Betrieb der Brennkraftmaschine bestimmt sein, beispielsweise durch Reibung und/oder durch Nebenantriebe wie beispielsweise eine Ölpumpe oder eine Kühlwasserpumpe.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Brennkraftmaschinen-Moment ein wirksames Brennkraftmaschinen-Moment.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Steuereinheit eingerichtet, die elektrische Maschine derart zu steuern, dass das E-Maschinen-Moment größer ist als ein vorgegebener Momenten-Schwellenwert, insbesondere ein negativer vorgegebener Momenten-Schwellenwert. Dieser Schwellwert kann im momentengesteuerten und/oder spannungsgesteuerten Betriebszustand verwendet werden, insbesondere um eine untere Grenze für das E-Maschinen-Moment festzulegen.
Eine solche Steuerung der elektrischen Maschine kann vorteilhaft sein, um ein übermäßiges Verzögern des Kraftfahrzeugs zu verhindern, insbesondere, wenn die Brennkraftmaschine in dem unbefeuerten Zustand betrieben wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Gesamtmoment, welches auf ein Antriebselement, insbesondere eine Antriebswelle, des Fahrzeugs wirkt, größer oder gleich dem Schleppmoment der Brennkraftmaschine, insbesondere zuzüglich der Verluste mechanisch angetriebener Nebenaggregate.
Das Gesamtmoment kann auf dem Brennkraftmaschinen-Moment, dem E-Maschinen-Moment und gegebenenfalls Verlustmomenten mechanisch angetriebener Nebenaggregate basieren. Nebenaggregate können beispielsweise eine Lichtmaschine, eine Pumpe wie beispielsweise eine Kühlwasserpumpe, eine Ölpumpe, eine Hydraulikpumpe oder eine Kraftstoffpumpe, eine Klimaanlage, insbesondere der Kompressor einer Klimaanlage oder ein mechanisch angetriebener Ventilator für einen Kühler sein. Das Gesamtmoment kann sich unter Berücksichtigung von Übersetzungsverhältnissen von Übersetzungselementen, beispielsweise einem Getriebe, insbesondere einem Zahnradgetriebe, oder einem Riemen, ergeben.
Dass das Gesamtmoment größer als oder gleich dem Schleppmoment gegebenenfalls zuzüglich Verlusten der Nebenaggregate ist, kann vorteilhaft sein, um ein reproduzierbares, insbesondere ein vom Fahrer erwartbares oder ein dem Fahrer von herkömmlichen Fahrzeugen vertrautes, Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs zu verwirklichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit eingerichtet, ein Statussignal einer Stabilisierungseinrichtung des Fahrzeugs zu empfangen. Dabei ist die Steuereinheit eingerichtet, die Brennkraftmaschine in den befeuerten Betriebszustand zu versetzen und/oder in dem befeuerten Betriebszustand zu belassen, wenn das Statussignal von der Steuereinheit empfangen wird.
Eine „Stabilisierungseinrichtung“ kann ein Fahrerunterstützungs-System des Kraftfahrzeugs sein, insbesondere ein elektronisch gesteuertes Fahrerunterstützungs-System. Die Stabilisierungseinrichtung kann eine Fahrdynamikregelung sein. Sie kann eingerichtet sein, das Fahrzeug derart zu steuern, dass Instabilitäten und/oder Traktionsprobleme des Fahrzeugs vermieden werden. Sie kann eingerichtet sein, das Antriebssystem abhängig von gemessenen und/oder berechneten Umgebungsparametern zu steuern. Die Stabilisierungseinrichtung kann ein Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP), ein Antiblockiersystem (ABS), eine Antriebsschlupfregelung, ein Bremsassistent und/oder eine Traktionskontrolle sein.
Die Stabilisierungseinrichtung kann eingerichtet sein, ein Statussignal an das Antriebssystem, insbesondere an die Steuereinheit, insbesondere an die Antriebs-Steuereinheit, zu senden. Ein Statussignal kann einen Zustand des Fahrzeugs anzeigen, bei welchem eine Instabilität und/oder ein Traktionsproblem des Fahrzeugs möglich oder wahrscheinlich ist. Ein solcher Zustand kann in Bezug auf Fahrzeug- und/oder Umgebungsparameter in der Stabilisierungseinrichtung vordefiniert sein.
Eine derartige Steuerung der Brennkraftmaschine in Reaktion auf ein Statussignal einer Stabilisierungseinrichtung kann vorteilhaft sein, um eine zusätzliche Instabilität des Fahrzeugs durch eine übermäßige Verzögerung des Fahrzeugs zu vermeiden oder zumindest dieser entgegenzuwirken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die elektrische Maschine in einem Motor-Betriebszustand und in einem Generator-Betriebszustand betreibbar, wobei die elektrische Maschine in dem Motor-Betriebszustand konfiguriert ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Maschine in dem Generator-Betriebszustand konfiguriert ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
In dem Generator-Betriebszustand kann durch Rekuperation kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden, die beispielsweise in einem Energiespeicher des Fahrzeugs gespeichert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das E-Maschinen-Moment in dem Generator-Betriebszustand negativ und ist das E-Maschinen-Moment in dem Motor-Betriebszustand positiv.
In dem Motor-Betriebszustand, in welchem die elektrische Maschine elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt, kann die erzeugte mechanische Energie ein Kraftübertragungselement der elektrischen Maschine antreiben. Das dadurch erzeugte E-Maschinen-Moment, insbesondere an dem Kraftübertragungselement, kann als positiv definiert werden. In dem Generator-Betriebzustand wandelt die elektrische Maschine hingegen mechanische Energie in elektrische Energie. Entsprechend kann insbesondere das Kraftübertragungselement der elektrischen Maschine mechanisch antreibbar sein werden, um elektrische Energie zu erzeugen. Das antreibende E-Maschinen-Moment, insbesondere an dem Kraftübertragungselement, kann als negativ definiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand konfiguriert, das Antriebssystem derart zu steuern, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs einen vorgegebenen Verzögerungs-Schwellenwert nicht übersteigt.
Der „Verzögerungs-Schwellenwert“ kann ein durch eine Norm vorgegebener, insbesondere ein gesetzlich vorgegebener Grenzwert sein. Der Verzögerungs-Schwellenwert kann beispielsweise 1,3 m/s² sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Fahrzeug eine weitere Bedienschnittstelle auf, die eingerichtet ist, eine Bremsanforderung zu empfangen, wobei die Steuereinheit das Antriebssystem derart steuert, dass die Verzögerung den vorgegebenen Verzögerungs-Schwellenwert nicht übersteigt, wenn die Bremsanforderung gleich Null ist.
Die Steuereinheit, insbesondere die Antriebs-Steuereinheit, kann eingerichtet sein, ein weiteres Signal von einer „weiteren Bedienschnittstelle“ zu empfangen. Die weitere Bedienschnittstelle kann mit einem „weiteren Bedienelement“, insbesondere einem diskreten oder kontinuierlichen Schaltelement, gekoppelt sein. Das weitere Bedienelement kann von einer Bedienperson, insbesondere einem Fahrer des Fahrzeugs, bedienbar sein. Das weitere Bedienelement kann in vorbestimmten Einstellungen einstellbar sein, wobei ein weiteres Signal, welches der gegenwärtigen Einstellung des Weiteren Bedienelements entspricht, erzeugt und an die weitere Bedienschnittstelle gesendet werden kann. Das weitere Bedienelement kann ein Bremspedal, insbesondere ein elektronisches Bremspedal oder auch ein konventionelles, mechanisch gekoppeltes Bremspedal sein.
Die weitere Bedienschnittstelle kann zusätzlich oder alternativ mit einer elektronischen Unterstützungseinrichtung des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrerassistenzsystem, gekoppelt sein. Die elektronische Unterstützungseinrichtung kann eingerichtet sein, ein weiteres Signal an die weitere Bedienschnittstelle zu senden. Die elektronische Unterstützungseinrichtung kann eingerichtet sein, das weitere Signal an die Bedienschnittstelle derart bereitzustellen, dass das Kraftfahrzeug eine vom Fahrer vorgegebene Geschwindigkeit einhält.
Das weitere Signal kann eine „Bremsanforderung“ sein, auf welcher der Zustand einer Bremseinrichtung des Fahrzeugs basiert. Die Bremsanforderung kann eine Bremsanforderung des Fahrers und/oder eine Bremsanforderung des elektronischen Unterstützungssystems sein. Die Bremsanforderung kann durch den Zustand des Weiteren Bedienelements bestimmt sein, wobei das weitere Bedienelement eingerichtet sein kann, den Zustand der Bremseinrichtung des Kraftfahrzeugs zu steuern. Der Zustand des Weiteren Bedienelements kann mit einer Beschleunigung, insbesondere einer negativen Beschleunigung des Kraftfahrzeugs korrelieren.
Das weitere Bedienelement kann einen minimalen Zustand einnehmen, bei welchem die angeforderte Bremswirkung am geringsten ist, insbesondere keine Bremswirkung durch die Bremseinrichtung ausgeübt wird. Das weitere Bedienelement kann einen unbedienten Zustand einnehmen, bei welchem die Bedienperson das weitere Bedienelement nicht bedient. Der minimale Zustand kann dem unbedienten Zustand entsprechen. Die Bremsanforderung kann in dem minimalen Zustand und/oder dem unbedienten Zustand als „gleich Null“ definiert sein, insbesondere ausschließlich in dem minimalen Zustand und/oder dem unbedienten Zustand als „gleich Null“ definiert sein.
Das Fahrzeug kann ein oder mehrere Bremsanzeigen, insbesondere „Bremslichter“, aufweisen, welche eingerichtet sind, ein Bremsen des Fahrzeugs anzuzeigen. Die Bremsanzeigen können derart eingerichtet sein, dass die Bremsanzeigen inaktiv sind, insbesondere die Bremslichter ausgeschaltet sind, wenn die Bremsanforderung gleich Null ist.
Eine solche Steuerung des Antriebssystems kann vorteilhaft sein, um eine übermäßige Verzögerung des Fahrzeugs zu vermeiden, wenn Bremslichter des Fahrzeugs nicht aktiv sind und/oder wenn eine Bremsanforderung durch den Fahrer des Fahrzeugs und/oder durch ein elektronisches Unterstützungssystem des Fahrzeugs nicht vorliegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Steuereinheit eine E-Maschinen-Steuereinheit und eine Antriebs-Steuereinheit auf, wobei, wenn die elektrische Maschine in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist, die elektrische Maschine ausschließlich von der E-Maschinen-Steuereinheit gesteuert wird.
Die E-Maschinen-Steuereinheit kann räumlich angrenzend an die elektrische Maschine angeordnet sein, sie kann beispielsweise an die elektrische Maschine angeflanscht sein. Die E-Maschinen-Steuereinheit kann eingerichtet sein, die elektrische Maschine unabhängig von der Antriebs-Steuereinheit so zu steuern, dass ein Spannungswert einer Ausgangsspannung der E-Maschinen-Steuereinheit einem vorgegebenen Spannungswert entspricht. Der Spannungswert kann dabei von der Antriebs-Steuereinheit vorgegeben werden.
Dies kann vorteilhaft sein, um eine besonders schnelle Steuerung der elektrischen Maschine zu verwirklichen, beispielsweise aufgrund von kürzeren Signalwegen zwischen E-Maschinen-Steuereinheit und elektrischer Maschine im Vergleich mit den Signalwegen zwischen elektrischer Maschine und Antriebs-Steuereinheit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Antriebssystem eingerichtet, ein Bordnetz des Fahrzeugs mit einer Bordnetz-Spannung zu versorgen, wobei, wenn die elektrische Maschine in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist, die Steuereinheit die Brennkraftmaschine derart steuert, dass die Bordnetz-Spannung, insbesondere die Spannung eines 48V-Bordnetzes oder die Spannung eines Hochvolt-Bordnetzes, konstant ist.
Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, wenn das Bordnetz über eventuell vorhandene Energiespeicher nicht oder zumindest nicht ausreichend versorgt werden kann. Es kann auch vorteilhaft sein, um ein starkes Entladen eines solchen Energiespeichers zu verhindern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Antriebssystem und/oder das Bordnetz einen Energiespeicher auf. Dabei versetzt oder betreibt die Steuereinheit die elektrische Maschine in dem spannungsgeregelten Betriebszustand, wenn (a) der Energiespeicher von dem Bordnetz entkoppelt ist und/oder (b) der Energiespeicher einen Fehler aufweist und/oder (c) eine Energieaufnahme-Rate und/oder eine Energieabgabe-Rate des Energiespeichers aufgrund von außergewöhnlichen Betriebsbedingungen erheblich kleiner ist im Vergleich mit der entsprechenden Energieaufnahme-Rate und/oder der Energieabgabe-Rate des Energiespeichers unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen.
Ein Fehler des Energiespeichers kann jegliche Einwirkung auf oder Zustandsveränderung des Energiespeicher sein, die ein ordnungsgemäßes Funktionieren des Energiespeichers beeinträchtigt, insbesondere so beeinträchtigt, dass der Energiespeicher einem angeschlossenen Bordnetz nicht ausreichend Leistung bereitstellen kann. Die Energieaufnahme-Rate kann eine Ladeleistung des Energiespeichers sein. Die Energieabgabe-Rate kann eine Entladeleistung des Energiespeichers sein. Außergewöhnliche Betriebsbedingungen können beispielsweise eine hohe Umgebungstemperatur, beispielsweise größer als 30° C, insbesondere größer als 35° C, insbesondere größer als 40° C sein oder eine niedrige Umgebungstemperatur, beispielsweise kleiner als 0° C, insbesondere kleiner als -5° C, insbesondere kleiner als -10° C. sein.
Unter den zuvor beschriebenen Bedingungen kann der spannungsgesteuerte Betriebszustand der elektrischen Maschine, insbesondere im Vergleich mit dem momentengesteuerten Betriebszustand, vorteilhaft sein, um eine ausreichende Energieversorgung des Bordnetzes zu gewährleisten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit eingerichtet, einen Übergang zwischen dem spannungsgeregelten und dem momentengeregelten Betriebszustand der elektrischen Maschine und/oder umgekehrt graduell durchzuführen.
Ein gradueller Übergang kann beispielsweise vorteilhaft sein, um eine sprunghafte Änderung des E-Maschinen-Moments während des Übergangs zu verhindern. Sie kann vorteilhaft sein, um eine sprunghafte Änderung zu verhindern, die eine plötzliche Änderung des Verzögerungsverhaltens des Fahrzeugs bewirkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wirken die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine derart mechanisch auf ein Antriebselement des Fahrzeugs, dass sich das E-Maschinen-Moment und das Brennkraftmaschinen-Moment addieren.
Bei dem Addieren der beiden Momente können etwaige Übersetzungsverhältnisse berücksichtigt werden, die durch entsprechende Übersetzungselemente bedingt sein können. Die elektrische Maschine kann ein Riemen-Starter-Generator oder ein integrierter Startergenerator sein. Brennkraftmaschine und elektrische Maschine können gemäß einem parallelen Hybridantrieb angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine mechanisch entkoppelbar.
Eine solche Anordnung kann vorteilhaft sein, um einen Energieverlust durch ein Schleppmoment der Brennkraftmaschine zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug beschrieben, das ein Antriebssystem gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen aufweist.
Ein solches Kraftfahrzeug kann vorteilhaft sein, weil es ein reproduzierbares, insbesondere ein für den Fahrer vertrautes, Verzögerungsverhalten zeigt. Weiterhin kann bei einem solchen Kraftfahrzeug ein übermäßiges Verzögern des Kraftfahrzeugs ohne Aktivierung der Bremslichter vermeidbar sein. Schließlich können Traktions- und/oder Stabilitätsprobleme des Fahrzeugs vermeidbar sein.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren beschrieben zum Betreiben eines Antriebssystems gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Verfahren weist auf (i) ein Versetzen der elektrischen Maschine in den spannungsgesteuerten Betriebszustand und (ii) ein Versetzen der Brennkraftmaschine in den befeuerten Betriebszustand, wenn keine Momentenanforderung empfangen wird, insbesondere um übermäßige Verzögerungen des Fahrzeugs zu vermeiden.
Ein solches Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems kann vorteilhaft sein, weil dadurch ein reproduzierbares, insbesondere ein für den Fahrer vertrautes Verzögerungsverhalten des Fahrzeugs bewirkt werden kann. Weiterhin kann durch ein solches Verfahren ein übermäßiges Verzögern des Kraftfahrzeugs ohne Aktivierung der Bremslichter vermeidbar sein. Schließlich können Traktions- und/oder Stabilitätsprobleme des Fahrzeugs vermeidbar sein.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt schematisch das Antriebssystem aus 1 in einer weiteren Darstellung.

Detaillierte Beschreibung
Bevor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarische Ausführungsformen näher beschrieben werden, werden zuerst einige grundlegende Überlegungen zusammengefasst, auf deren Basis exemplarische Ausführungsformen der Erfindung entwickelt wurden.
Hybridsysteme, insbesondere Parallelhybride, enthalten neben dem Verbrennungsmotor (Brennkraftmaschine) mindestens eine E-Maschine (elektrische Maschine), welche mit einem zugehörigen elektrischen Netz (Bordnetz) verbunden ist. Das zugehörige Netz kann dabei z.B. ein 48V-Netz oder ein Hochspannungsnetz sein, welches ein 12V-Bordnetz über einen DC/DC-Wandler mit Spannung versorgt. Die Regelung der E-Maschine ist typischerweise in einer eigenständigen Steuerungseinheit (E-Maschinen-Steuereinheit) enthalten, welche mit einer übergeordneten Hybridsteuerung (Antriebs-Steuereinheit) über ein Busnetz kommuniziert. Die Hybridsteuerung kann Teil einer Motorsteuerung sein. Im Einzelfall können auch Hybridsteuerung und E-Maschinenregelung Teil einer gemeinsamen Steuerungseinheit (Steuereinheit) sein. Die E-Maschine kann typischerweise in mindestens zwei verschiedenen Modi betrieben werden: Momentenregelung und Spannungsregelung.
Im momentengeregelten Modus (momentengesteuerter Betriebszustand), der im Normalfall aktiv ist, gibt die übergeordnete Hybridsteuerung einen Momentensollwert für die E-Maschine vor, welcher typischerweise über ein Bus-System übertragen wird. Dieser Momentensollwert kann positiv definiert sein, wenn sich die E-Maschine im Motormodus (Motor-Betriebszustand) befindet, und negativ, wenn sich die E-Maschine im Generatormodus (Generator-Betriebszustand) befindet. Der Momentensollwert der E-Maschine wird aus dem gewünschten Fahrerwunsch und ggf. weiteren Momentenanforderungen ermittelt, wobei die Summe aus Verbrennungsmotormoment (Brennkraftmaschinen-Moment), E-Maschinenmoment (bei Riemenübersetzung etc. auf das wirksame Moment auf Antriebsstrangebene umgerechnet) und ggf. mechanisch angetriebenen Nebenaggregaten dem Momentensollwert entsprechen muss. Der Momentensollwert der E-Maschine wird in einer Regelungseinheit der E-Maschine (Inverter) typischerweise in Stromsollwerte innerhalb der E-Maschine transformiert, welche eingeregelt werden (insbesondere Phasenströme). Der Momentensollwert des Verbrennungsmotors kann dabei unter Berücksichtigung des Verlustmomentes des Motors im unbefeuerten Betrieb (Schleppmoment) in ein sog. indiziertes Moment umgerechnet werden, welches dem im befeuerten Betrieb durch Verbrennung erzeugtem zusätzlichen Moment entspricht.
Im spannungsgeregelten Modus (spannungsgeregelter Betriebszustand) gibt eine übergeordnete Hybridsteuerung einen Spannungssollwert vor, welcher typischerweise über das Bus-System übertragen wird, und eine Regelungseinheit der E-Maschine (Inverter) regelt selbständig die E-Maschine, um den vorgegebenen Spannungssollwert im zugehörigen Netz einzuregeln. Zusätzlich ist es möglich, dass die Hybridsteuerung in diesem Betrieb eine Grenze für das negative Moment der E-Maschine vorgibt, welche die Regelung der E-Maschine nicht überschreiten darf. Die E-Maschine muss dabei in diesem Betrieb den vom DC/DC-Wandler aufgenommenen Strom kompensieren. Da die Regelungsschleife in diesem Fall nur auf dem Inverter stattfindet und keine Kommunikation zwischen Steuergeräten beinhaltet, ist eine extrem schnelle Regelung möglich. Der spannungsgeregelte Modus wird insbesondere aktiviert, wenn es nicht möglich ist, einen normalerweise angeschlossenem Energiespeicher (z.B. 48V-Batterie) mit dem zugehörigen Netz zu verbinden (z.B. im Fall eines Batteriefehlers). In diesem Modus kann mit einer Momentenregelung mit zugehöriger Buskommunikation keine ausreichend schnelle Regelung realisiert werden, da die Kapazitäten im zugehörigen Netz deutlich geringer sind als im Normallfall mit angeschlossener Batterie. Der Modus mit entkoppeltem Energiespeicher kann auch gezielt eingesetzt werden, wenn z.B. aufgrund von Temperaturbedingungen (z.B. extrem hohe oder extrem niedrige Temperatur) die Leistungen, welche der Energiespeicher aufnehmen oder abgeben kann, sehr gering sind, was eine ausreichend genaue Regelung im momentengeregelten Modus erschwert. In diesem Fall kann eine Regelung im spannungsgeregelten Modus entweder mit angeschlossenem Energiespeicher oder mit abgetrenntem Energiespeicher erfolgen.
Sowohl im momentengeregelten als auch im spannungsgeregelten Modus teilt die Regelungseinheit der E-Maschine der übergeordneten Hybridsteuerung das aktuell wirksame Moment der E-Maschine mit (typischerweise über Bus-Kommunikation).
Ein Betrieb der E-Maschine im Generatormodus kann mit gleichzeitig befeuertem Verbrennungsmotor eingesetzt werden, um elektrische Energie mit Einsatz von Kraftstoff zu erzeugen. Dies ist insbesondere bei aktiver Momentenanforderung vom Fahrer (Gaspedal betätigt) oder von Fahrerassistenzfunktionen (Tempomat etc.) bei niedrigem Ladezustand des Energiespeichers der Fall.
Bei fehlender Momentenanforderung von Fahrer (Gaspedal nicht betätigt) oder Fahrerassistenzfunktionen (Tempomat etc. nicht aktiv), evtl. mit zusätzlichem Bremswunsch von Fahrer (Bremspedal betätigt) oder Fahrerassistenzfunktionen, kann dagegen ein Rekuperationsbetrieb aktiviert werden. Im Rekuperationsbetrieb ist der Verbrennungsmotor nicht befeuert (typischerweise bei Mild Hybridsystemen; auch bei Vollhybridsystemen im Notlauf möglich) oder vom Rest des Antriebsstranges entkoppelt (bei Vollhybridsystemen). Die E-Maschine wird dabei im Generatormodus betrieben, um während der Fahrzeugverzögerung elektrische Energie aus der kinetischen Energie des Fahrzeugs zu gewinnen.
Im Fall der Momentenregelung kann das negative Moment der E-Maschine dabei aus Fahrbarkeitsgründen so gewählt werden, dass keine übermäßig hohe Verzögerung des Fahrzeugs auftritt (z.B. unter Berücksichtigung des wirksamen Übersetzungsverhältnisses im Getriebe oder des Verlustmoments von Verbrennungsmotor und Nebenaggregaten). Das negative Moment der E-Maschine kann insbesondere so gewählt werden, dass im Fall einer Rekuperation ohne Bremsen (Fahrer betätigt weder Gas- noch Bremspedal) keine unzulässig hohe Verzögerung ohne Aktivierung der Bremslichter auftritt. Auch kann das negative E-Maschinenmoment begrenzt oder auf Null gesetzt werden, wenn aufgrund eines Statussignals einer Traktions- und Stabilitätsregelung des Fahrzeuges ein kritischer Zustand erkannt wird (Traktionsverlust bzw. Blockieren der Räder) oder wenn eine Traktions- und Stabilitätsregelung über ein Signal eine Reduzierung des negativen E-Maschinenmoments anfordert. Dadurch wird verhindert, dass das am Rad wirksame negative Moment zu einem Traktions- oder Stabilitätsverlust führt oder zu diesem beiträgt.
Im spannungsgeregelten Modus ergibt sich das negative Moment der E-Maschine als Ergebnis der Regelung, insbesondere in Abhängigkeit des vorgegebenen Spannungssollwertes und des Energiebedarfs für die Fahrzeugbordnetzversorgung (DC/DC-Verbrauch). Der Spannungssollwert wird dabei so gewählt, dass ein zuverlässiger Betrieb der angeschlossenen Komponenten (z.B. DC/DC-Wandler) ermöglicht wird. Das resultierende negative Moment der E-Maschine kann im Rekuperationsbetrieb mit unbefeuertem Verbrennungsmotor zu unterschiedlich hoher Verzögerung des Fahrzeuges führen, insbesondere zu übermäßig hoher Verzögerung, welche vom Fahrer als störend wahrgenommen werden kann. Auch kann ein hohes negatives Moment zum Überschreiten der zulässigen Verzögerung ohne Aktivierung der Bremslichter (maximal 1,3 m/s² aufgrund gesetzlicher Vorgaben) führen. Schließlich kann ein hohes negatives Moment der E-Maschine im spannungsgeregelten Modus insbesondere bei glatter Fahrbahn zu einem Traktions- oder Stabilitätsverlust des Fahrzeugs führen. Zwar ist es möglich, dass die Hybridsteuerung durch Vorgabe einer Grenze des negativen Moments im Generatormodus in solchen Situationen das negative Moment der E-Maschine einschränkt, ähnlich wie im momentengeregelten Modus. Jedoch ist dies dann damit verbunden, dass der vorgegebene Spannungssollwert nicht erreicht werden kann, was vor allem bei nicht verbundenem Energiespeicher einen unzulässig starken Spannungseinbruch im zugehörigen Netz verursachen kann, der zu Fehlerzuständen in den angeschlossenen Komponenten führen kann. Auch kann eine Beschränkung des negativen Moments im Generatormodus bei angeschlossenem Energiespeicher dazu führen, dass der Energiespeicher unzulässig stark entladen wird, wenn der Stromverbrauch für die Versorgung des Bordnetzes (DC/DC-Leistungsaufnahme) nicht oder nicht schnell genug reduziert werden kann, was zur Schädigung des Energiespeichers oder zu unerwünschten Schutzreaktionen einer Steuerung des Energiespeichers führen kann (z.B. Abtrennen des Energiespeichers). Die genannten Auswirkungen sind besonders nachteilig, da dieser Modus nicht nur im Fehlerfall (Komponentenfehler etc.) sondern auch unter besonderen Umweltbedingungen (z.B. sehr hohe oder sehr niedrige Umgebungstemperatur) auftreten kann, unter welchen dem Fahrer nicht unbedingt eine Fehlermeldung angezeigt wird und ein einwandfreier Betrieb des Systems erwartet wird.
Basierend auf den vorstehenden Erwägungen wäre es vorteilhaft, ein Verfahren zum Betrieb des Hybridsystems mit der E-Maschine im spannungsgeregelten Modus darzustellen, welche eine stabile Spannungsregelung des zugehörigen Netzes ohne die oben genannten Nachteile (Fahrbarkeitseinflüsse, zu hohe Verzögerung ohne Bremslichtaktivierung, Traktions- oder Stabilitätsverlust durch hohes negatives E-Maschinenmoment) ermöglicht.
Demnach erfolgt der Betrieb des Hybridsystems in zwei unterschiedlichen Modi.
Im Normalbetrieb erfolgt die Regelung der E-Maschine momentengesteuert. Bei fehlender Momentenanforderung kann dabei der Verbrennungsmotor unbefeuert betrieben werden, falls hierfür vorgegebene Bedingungen erfüllt sind, und ein geeignetes negatives Moment der E-Maschine kann aktiviert werden (Rekuperationsbetrieb), welches als zusätzliches verzögerndes Moment wirksam wird. Das negative E-Maschinenmoment kann dabei unter Berücksichtigung von Fahrbarkeitsaspekten, zulässiger Verzögerung ohne Bremsen, oder Eingriffen von Traktions- oder Stabilitätsregelung gewählt werden.
Falls ein spannungsgeregelter Betrieb der E-Maschine aktiviert wird (z.B. bei einem Fehler des Energiespeichers oder bei stark eingeschränkter zulässiger Lade- oder Entladeleistung des Energiespeichers), wird bei fehlendem Momentenwunsch von Fahrer oder Fahrerassistenzsystemen der Momentensollwert des Verbrennungsmotors so gewählt, dass das im Antriebsstrang wirksame negative Moment der E-Maschine durch zusätzliches Moment aus dem befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors (d.h. indiziertes Moment) kompensiert wird (d.h. indiziertes Moment in gleicher Höhe wie das wirksame Moment der E-Maschine auf Antriebsstrangebene). Anders als im Normalbetrieb wird dadurch wird der Verbrennungsmotor auch bei fehlender Momentenanforderung von Fahrer oder Fahrerassistenzsystemen befeuert betrieben wird, wenn sich aufgrund der Spannungsregelung ein negatives Moment der E-Maschine ergibt (was im Allgemeinen der Fall ist). Als in Summe wirksames Moment ergibt sich bei fehlender Momentenanforderung in keinem Fall ein höheres negatives Moment als das Schleppmoment des Verbrennungsmotors, evtl. zuzüglich Verlustmomenten von mechanisch betriebenen Nebenaggregaten (wie in konventionellen Fahrzeugen).
Alternativ ist es möglich, dass das im Antriebsstrang wirksame negative Moment der E-Maschine nur zum Teil durch den befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors kompensiert wird (unter Berücksichtigung eines vorgegebenen negativen Momentenbeitrags der E-Maschine, welcher in Summe wirksam werden darf). In diesem Fall ist bei kleinen negativen Momentenbeiträgen der E-Maschine kein befeuerter Betrieb des Verbrennungsmotors erforderlich. Das in Summe wirksame Moment kann dann stärker negativ sein als das Schleppmoment des Verbrennungsmotors, jedoch nur um einen begrenzten Betrag. Dieser Betrag kann z.B. in gleicher Höhe wie das negative Moment einer Lichtmaschine in konventionellen Fahrzeugen gewählt werden.
Im Fall eines Übergangs zwischen den beiden Modi können geeignete Rampen verwendet werden, z.B. eine graduelle Aktivierung von wirksamem Verzögerungsmoment bei Aktivierung des momentengeregelten Modus, um Momentensprünge etc. zu vermeiden.
Bei fehlendem Momentenwunsch kann eine Kompensation des negativen E-Maschinenmoments im spannungsgeregelten Modus durch befeuerten Betrieb des Verbrennungsmotors (anders als im Normalbetrieb) realisiert werden, was eine Entkopplung des elektrischen Aspekts der Spannungsregelung vom wirksamen Verzögerungsmoment ermöglicht.
Im spannungsgeregelten Modus ergibt sich dadurch ein reproduzierbares Verzögerungsverhalten (entsprechend dem Schleppmoment des Verbrennungsmotors u. ggf. dem Verlustmoment von Nebenaggregaten bei voltständiger Kompensation des negativen E-Maschinenmoments), das unabhängig vom Bordnetzverbrauch eine übermäßige und gut reproduzierbare Verzögerung vermeidet (Fahrbarkeitsverbesserunq).
Auch im spannungsgeregelten Modus ist sichergestellt, dass ohne Bremslichtaktivierung keine unzulässig hohe Verzögerung (> 1,3 m/s²) auftritt.
Es kann auch bei glatter Fahrbahn kein Traktions- oder Stabilitätsverlust des Fahrzeuges auftreten, da negatives E-Maschinenmoment entweder vollständig durch das Moment des Verbrennungsmotors kompensiert wird oder zumindest auf einen unkritischen Wert begrenzt werden kann.
Es können keine Probleme hinsichtlich der Spannungsstabilität im zugeordneten Netz oder eines unzulässig hohen Entladens des Energiespeichers auftreten, welche bei Einsatz einer Begrenzung des negativen Moments der E-Maschine entstehen können.
Nachfolgend werden anhand der 1 und 2 Ausführungsformen der Erfindung erläutert.
1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug 2 mit einem Antriebssystem 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Antriebssystem 1 weist eine Brennkraftmaschine 3 auf, wobei die Brennkraftmaschine 3 eingerichtet ist, ein Brennkraftmaschinen-Moment bereitzustellen und in einem befeuerten und in einem unbefeuerten Betriebszustand betrieben zu werden. Die Brennkraftmaschine 3 ist über eine Kupplung 13 und ein Übersetzungselement 14, hier ein Getriebe, mit dem Antriebselement 5 verbunden. Die Kupplung 13 kann auch als Teil des Übersetzungselements 14 angesehen werden. Das Antriebselement 5 ist hier eine Antriebswelle, die entlang der Antriebsachse des Fahrzeugs 2 gelagert ist. Das Antriebselement 5 treibt mit dem Antriebselement 5 fest verbundene Räder an.
Weiterhin weist das Antriebssystem 1 eine elektrische Maschine 4 auf, wobei die elektrische Maschine 4 eingerichtet ist, ein E-Maschinen-Moment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 4 ist mit der Brennkraftmaschine 3 mechanisch gekoppelt. Die elektrische Maschine 4 ist hier ein Riemenstartergenerator BSG. Der Riemenstartergenerator kann eine mit der Brennkraftmaschine 3 gekoppelte Lichtmaschine ersetzen. Das ermöglicht eine einfache Integration in bestehende Benzin- oder Diesel-Antriebssysteme und dadurch beispielsweise erweiterte Start-Stopp-Funktionalität sowie die Funktionalität eines milden Hybridantriebs bei gutem Kosten-Nutzen-Verhältnis. Riemenstartergeneratoren können eine Drehmomentunterstützung leisten und sie können zu einer stabilisierten Stromversorgung beispielsweise eines 12V-Bordnetzes beitragen. Unter anderem können Spannungsabfälle bei Motorstart vermieden oder zumindest abgemildert werden.
Eine Steuereinheit 6, 7 ist eingerichtet, die Brennkraftmaschine 3 und die elektrische Maschine zu steuern. Die Steuereinheit 6, 7 weist dafür eine Antriebs-Steuereinheit 6 und eine E-Maschinen-Steuereinheit 7 auf. Die E-Maschinen-Steuereinheit weist einen AC/DC Wandler 18 auf. Der AC/DC Wandler 18 ist eingerichtet, eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln, insbesondere eine von der elektrischen Maschine 4 empfangene Wechselspannung in eine an einen Energiespeicher 17 und an ein Bordnetz 15 bzw. einen DC/DC Wandler 16 bereitgestellte Gleichspannung. Umgekehrt ist der AC/DC Wandler auch eingerichtet, eine von dem Energiespeicher 17 bereitgestellte Gleichspannung in eine an die elektrische Maschine 4 bereitgestellte Wechselspannung umzuwandeln. Die Gleichspannung kann beispielsweise 48 V betragen und ein 48V-Bordnetz des Fahrzeugs 2 versorgen. Mit einem 48V-Bordnetz sowie Bordnetzen von geringerer Spannung kann vermieden werden, dass besondere Vorkehrungen zum Kontaktschutz getroffen werden müssen. Solche Vorkehrungen sind üblicherweise erst ab 60 V erforderlich. Gleichzeitig kann durch Bordnetze mit einer Spannung von 48 V eine höhere Verbraucherleistung ermöglicht werden als beispielsweise mit 12V-Bordnetzen.
Ein DC/DC Wandler 16 kann die von dem AC/DC Wandler 18 bereitgestellte Gleichspannung in eine weitere Gleichspannung umwandeln. Die weitere Gleichspannung kann beispielsweise 12 V betragen. Mit der weiteren Gleichspannung wird ein Bordnetz 15, hier ein 12V-Bordnetz, versorgt. Ein weiterer Energiespeicher 17 ist mit dem 12V-Bordnetz verbunden, um dieses zusätzlich oder alternativ mit Energie zu versorgen.
Die Steuereinheit 6 weist eine Bedienschnittstelle 9 auf, welche mit einem Bedienelement 8 gekoppelt ist. Die Bedienschnittschnelle 9 ist eingerichtet, eine Momentenanforderung von dem Bedienelement 8 zu empfangen. Das Bedienelement 8 kann beispielsweise ein Gaspedal sein.
Weiterhin weist die Steuereinheit 6 eine weitere Bedienschnittstelle 11 auf, welche mit einem weiteren Bedienelement 10 gekoppelt ist. Die weitere Bedienschnittstelle 11 ist eingerichtet, eine Bremsanforderung von dem weiteren Bedienelement 10 zu empfangen. Das weitere Bedienelement 11 kann beispielsweise ein Bremspedal sein.
Die Steuereinheit 6 ist mit einer elektronischen Unterstützungseinrichtung, hier einer Stabilisierungseinrichtung 12, gekoppelt. Die Stabilisierungseinrichtung 12 kann Teil der Steuereinheit 6 sein. Die Stabilisierungseinrichtung ist eingerichtet, zur Steuerung des Fahrzeugs 2 derart beizutragen, dass Stabilitätsprobleme und/oder Traktionsprobleme des Fahrzeugs 2 vermieden oder zumindest reduziert werden. Die Stabilisierungseinrichtung kann ein elektronisches Stabilitätsprogramm sein.
Die elektrische Maschine 4 ist in einem momentengesteuerten und in einem spannungsgesteuerten Betriebszustand betreibbar. Dabei steuert in dem momentengesteuerten Betriebszustand die Steuereinheit 6, 7 die elektrische Maschine 4 derart, dass das E-Maschinen-Moment einem vorgegebenen Moment entspricht. Hingegen steuert in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand die Steuereinheit 6, 7 die elektrische Maschine 4 derart, dass eine Ausgangsspannung des Antriebssystems 1 einer vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht. Die vorgegebene Ausgangsspannung kann beispielsweise 12 V oder 48 V betragen. In dem spannungsgesteuerten Betriebszustand kann die Brennkraftmaschine 3 in dem befeuerten Zustand betrieben werden, auch wenn die Momentenanforderung gleich Null ist.
2 zeigt das Antriebssystem 1 aus 1 in einer anderen Darstellung, bei welcher die elektrischen Komponenten der E-Maschinen-Steuereinheit 7 in einem Ersatzschaltbild genauer dargestellt sind. Das Antriebssystem 1 weist die Brennkraftmaschine 3, die elektrische Maschine 4 sowie die E-Maschinen-Steuereinheit 7 mit dem AC/DC Wandler 18 auf. Der AC/DC Wandler 18 wandelt dreiphasigen Wechselstrom in Gleichstrom um und umgekehrt. Die Energiequelle 17 ist mit dem AC/DC Wandler 18 verbunden. Weiterhin ist der DC/DC Wandler 16 sowohl mit der Energiequelle 17 als auch mit dem AC/DC Wandler 18 verbunden. Der DC/DC Wandler 16 versorgt das 12V-Bordnetz 15 mit einer Gleichspannung.
Bei der in 2 gezeigten beispielhaften Zuordnung bezeichnet das Bordnetz 15 das 12V-Bordnetz. Das Bordnetz kann jedoch auch so definiert werden, dass es zusätzlich oder alternativ ein Bordnetz mit einer Spannung größer als 12V, insbesondere ein 48V-Bordnetz, aufweist. Ein solches Bordnetz mit einer Spannung größer als 12V ist in 2 gleichspannungsseitig mit dem AC/DC Wandler 18 verbunden und umfasst beispielsweise die Energiequelle 17. Es ist mit dem 12V-Bordnetz 15 über den DC/DC Wandler 16 verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebssystem
2: Kraftfahrzeug
3: Brennkraftmaschine
4: elektrische Maschine
5: Antriebselement
6: Antriebs-Steuereinheit
7: E-Maschinen-Steuereinheit
8: Bedienelement
9: Bedienschnittstelle
10: weiteres Bedienelement
11: weitere Bedienschnittstelle
12: Stabilisierungseinrichtung
13: Kupplung
14: Übersetzungselement
15: Bordnetz
16: DC/DC Wandler
17: Energiespeicher
18: AC/DC Wandler

Claims

Ein Antriebssystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2), das Antriebssystem (1) aufweisend eine Brennkraftmaschine (3), wobei die Brennkraftmaschine (3) eingerichtet ist, ein Brennkraftmaschinen-Moment bereitzustellen und in einem befeuerten und in einem unbefeuerten Betriebszustand betrieben zu werden; eine elektrische Maschine (4), wobei die elektrische Maschine (4) eingerichtet ist, ein E-Maschinen-Moment bereitzustellen; eine Steuereinheit (6, 7); und eine Bedienschnittstelle (9), welche eingerichtet ist, eine Momentenanforderung zu empfangen; wobei die elektrische Maschine (4) in einem momentengesteuerten und in einem spannungsgesteuerten Betriebszustand betreibbar ist, wobei in dem momentengesteuerten Betriebszustand die Steuereinheit (6, 7) die elektrische Maschine (4) derart steuert, dass das E-Maschinen-Moment einem vorgegebenen Moment entspricht; wobei in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand die Steuereinheit (6, 7) die elektrische Maschine (4) derart steuert, dass eine Ausgangsspannung des Antriebssystems (1) einer vorgegebenen Ausgangsspannung entspricht; wobei, wenn die elektrische Maschine (4) in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist und wenn die Momentenanforderung gleich Null ist, die Brennkraftmaschine (3) in dem befeuerten Betriebszustand betreibbar ist.
Das Antriebssystem (1) gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die elektrische Maschine (4) in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand operiert, wenn die Momentenanforderung gleich Null ist und wenn das E-Maschinen-Moment negativ ist, die Brennkraftmaschine (3) derart in dem befeuerten Betriebszustand betreibbar ist, dass das Brennkraftmaschinen-Moment das E-Maschinen-Moment zumindest teilweise kompensiert.
Das Antriebssystem (1) gemäß Anspruch 2, wobei das Brennkraftmaschinen-Moment das E-Maschinen-Moment derart zumindest teilweise kompensiert, dass die Summe aus dem Brennkraftmaschinen-Moment und E-Maschinen-Moment größer als ein vorgegebener Kompensations-Schwellenwert ist, wobei der Kompensations-Schwellenwert auf einem Verlustmoment eines Energieverbrauchers basiert, insbesondere einem Verlustmoment einer Lichtmaschine.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei das Brennkraftmaschinen-Moment das E-Maschinen-Moment vollständig kompensiert.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Brennkraftmaschinen-Moment ein indiziertes Brennkraftmaschinen-Moment ist.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (6, 7) eingerichtet ist, die elektrische Maschine (4) derart zu steuern, dass das E-Maschinen-Moment größer ist als ein vorgegebener Mom enten-Schwellenwert.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gesamtmoment, welches auf ein Antriebselement (5), insbesondere eine Antriebswelle, des Fahrzeugs wirkt, größer oder gleich dem Schleppmoment der Brennkraftmaschine (3) ist, insbesondere zuzüglich der Verluste durch mechanisch angetriebene Nebenaggregate.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, ein Statussignal einer Stabilisierungseinrichtung (12) des Kraftfahrzeugs (2) zu empfangen, wobei die Steuereinheit (6) eingerichtet ist, die Brennkraftmaschine (3) in den befeuerten Betriebszustand zu versetzen, wenn das Statussignal von der Steuereinheit (6) empfangen wird.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine (4) in einem Motor-Betriebszustand und in einem Generator-Betriebszustand betreibbar ist, wobei die elektrische Maschine (4) in dem Motor-Betriebszustand konfiguriert ist, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Maschine (4) in dem Generator-Betriebszustand konfiguriert ist, mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln.
Das Antriebssystem (1) gemäß Anspruch 9, wobei das E-Maschinen-Moment in dem Generator-Betriebszustand negativ ist, wobei das E-Maschinen-Moment in dem Motor-Betriebszustand positiv ist.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand die Steuereinheit (6, 7) konfiguriert ist, das Antriebssystem (1) derart zu steuern, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs (2) einen vorgegebenen Verzögerungs-Schwellenwert nicht übersteigt.
Das Antriebssystem (1) gemäß Anspruch 11, wobei das Fahrzeug (2) eine weitere Bedienschnittstelle (11) aufweist, die eingerichtet ist, eine Bremsanforderung zu empfangen, wobei die Steuereinheit (6, 7) das Antriebssystem (1) derart steuert, dass die Verzögerung den vorgegebenen Verzögerungs-Schwellenwert nicht übersteigt, wenn die Bremsanforderung gleich Null ist.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (6, 7) eine E-Maschinen-Steuereinheit (7) und eine Antriebs-Steuereinheit (6) aufweist, wobei, wenn die elektrische Maschine (4) in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist, die elektrische Maschine (4) ausschließlich von der E-Maschinen-Steuereinheit (7) gesteuert wird.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem (1) eingerichtet ist, ein Bordnetz (15) des Fahrzeugs (2) mit einer elektrischen Bordnetz-Spannung zu versorgen, wobei, wenn die elektrische Maschine (4) in dem spannungsgesteuerten Betriebszustand ist, die Steuereinheit (6) die Brennkraftmaschine (3) derart steuert, dass die Bordnetz-Spannung, insbesondere die Spannung eines 48V-Bordnetzes oder die Spannung eines Hochvolt-Bordnetzes, konstant ist.
Das Antriebssystem (1) gemäß Anspruch 14, wobei das Antriebssystem (1) einen Energiespeicher (17) aufweist, wobei, wenn (a) der Energiespeicher (17) von dem Bordnetz (15) entkoppelt ist und/oder (b) der Energiespeicher (17) einen Fehler aufweist und/oder (c) eine Energieaufnahme-Rate und/oder eine Energieabgabe-Rate des Energiespeichers (17) aufgrund von außergewöhnlichen Betriebsbedingungen erheblich kleiner ist im Vergleich mit der entsprechenden Energieaufnahme-Rate und/oder der Energieabgabe-Rate des Energiespeichers unter gewöhnlichen Betriebsbedingungen, die Steuereinheit (6, 7) die elektrische Maschine (4) in den spannungsgeregelten Betriebszustand versetzt.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (6, 7) eingerichtet ist, einen Übergang zwischen dem spannungsgesteuerten und dem momentengesteuerten Betriebszustand der elektrischen Maschine (4) und/oder umgekehrt graduell durchzuführen.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (3) und die elektrische Maschine (4) derart mechanisch auf ein Antriebselement (5) des Fahrzeugs (2) wirken, dass sich das E-Maschinen-Moment und das Brennkraftmaschinen-Moment addieren.
Das Antriebssystem (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennkraftmaschine (3) und die elektrische Maschine (4) mechanisch entkoppelbar sind.
Ein Kraftfahrzeug (2) aufweisend ein Antriebssystem (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, das Verfahren aufweisend: Versetzen der elektrischen Maschine (4) in den spannungsgesteuerten Betriebszustand und Versetzen der Brennkraftmaschine (3) in den befeuerten Betriebszustand, wenn keine Momentenanforderung empfangen wird.