DE102021126082A1 - Verfahren zum Wechseln eines Betriebszustandes in einem Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Wechseln eines Ist-Betriebszustandes (501) in einem Fahrzeug (1000), umfassend: Berechnen von energetischen Kosten (503) zum Zeitpunkt eines potenziellen Wechsels von dem Ist-Betriebszustand (501) zu einem Soll-Betriebszustand (509, 523); und Berechnen eines energetischen Nutzens (505), der aus dem potenziellen Wechsel von dem Ist-Betriebszustand (501) zu dem Soll-Betriebszustand (509, 523) resultiert; Berechnen einer potenziellen Amortisierungszeit (507) aus den energetischen Kosten (503) und dem energetischen Nutzen (505); und Vorwählen des Soll-Betriebszustandes (509) zu einem bestimmten Zeitpunkt und Start einer Zeitmessung zum Ermitteln eines Zeitintervalls (511); und Wechseln aus dem Ist-Betriebszustand (501) in den vorgewählten Soll-Betriebszustand (523), wenn das ermittelte Zeitintervall (511) gleich einer aktuellen Amortisierungszeit (507) ist; wobei die aktuelle Amortisierungszeit (507) die Amortisierungszeit (507) zum Zeitpunkt des Betriebszustandswechsels (517) ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein energiebasiertes Verfahren zum Wechseln eines Betriebszustandes, eine Steuervorrichtung zum Ausführen des Betriebszustandswechsels, und ein Fahrzeug mit Hybridantrieb und einer Steuervorrichtung.
  • Hybridfahrzeuge sind heutzutage ein fester Bestandteil aktueller Antriebskonzepte im Straßenverkehr geworden. Sie tragen dazu bei, den Verbrauch fossiler Treibstoffe weiter zu reduzieren. Herkömmlicherweise kombiniert ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb zwei unterschiedliche Energiequellen, eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) und einen Elektroantrieb (EA). Die Kombination aus VKM und EA kann dabei in unterschiedlicher Weise erfolgen, unter anderem seriell, parallel oder leistungsverzweigt.
  • Je nach Betriebssituation und den äußeren Umständen wird zwischen einem rein elektrischen Betriebszustand (EV) und einem hybridischen Betriebszustand (HYB) gewechselt. Die Vorauswahl zum Betriebszustandswechsel kann durch eine Kontrollstrategie in einer Antriebssteuerung erfolgen. Analog dazu kann der Wechsel eines Ganges in einem Automatikgetriebe erfolgen. Dabei wird auf vordefinierte Werte zurückgegriffen, die aus Kennfeldern/Kennlinien resultieren oder feste Stellfaktoren sind, die entsprechend einer Betriebssituation gewählt werden. Die Vorauswahl des Betriebszustandes kann auf Grundlage eines aktuellen Fahrprofils oder einer Leistungsanforderung durch einen Fahrer erfolgen.
  • Im realen Betrieb eines Fahrzeuges kann es zu Wechseln des Betriebszustandes kommen, die sich negativ auf eine Fahrbarkeit, eine Bauteilbelastung oder eine Effizienz auswirken.
  • Der Realbetrieb des Fahrzeugs ist dynamisch und für die Kontrollstrategie nicht immer komplett vorhersehbar. Daher kann es zu Wechseln des Betriebszustandes kommen, die aus einer ökonomischen und ökologischen Sichtweise nicht immer sinnvoll erscheinen. Gründe dafür können sein; eine schnelle und nicht planbare Änderung der Leistungsabfrage, ein Grenzfall zwischen zwei Betriebszuständen, die von der Kontrollstrategie in rascher Abfolge als optimal erachtet werden oder ein Betriebszustandswechsel, der nur aufgrund vordefinierter Werte für die Kontrollstrategie sinnvoll erscheint. In der Praxis kann sich das in einem hochfrequenten Betriebszustandswechsel äußern, beispielsweise durch mehrere aufeinanderfolgende Betriebszustandswechsel innerhalb weniger Sekunden, wodurch ein schwer nachvollziehbares und unkomfortables Fahrverhalten resultiert.
  • Zudem ist jeder Wechsel des Betriebszustandes mit einem Energieaufwand verbunden, der sich auf die Gesamteffizienz und den Verschleiß des Fahrzeugs auswirkt.
  • Zur Reduktion der oben beschriebene Probleme werden in der Praxis verschiedene Phlegmatisierungs-Verfahren angewandt, um die Zahl der Betriebszustandswechsel möglichst zu reduzieren. Dadurch werden nicht notwendige Wechsel des Betriebszustandes vermieden. Dies geschieht, indem die von der Kontrollstrategie vorgegebenen Wechsel in einen Soll-Betriebszustand zeitlich verzögert oder komplett unterbunden werden. Verbreitete Phlegmatisierungs-Verfahren bzw. Optimierungsmethoden sind Hysteresen/Hysterese-Bänder, Zeitkriterien (z.B. Minimallaufzeiten), (Zeit)-Filter oder (pauschale) Strafterme. Diese verzögern den Wechsel des Soll-Betriebszustands um eine vordefinierte Zeit oder verzögern eine Eingangsgrößenänderung (z.B. Fahrpedalwert) und/oder unterdrücken kurz aufeinanderfolgende ungewollte Wechsel komplett. Hierdurch werden die tatsächlichen Wechsel des Betriebszustands phlegmatisiert bzw. entprellt.
  • Diese Optimierungsmaßnahmen haben gemein, dass sie auf vordefinierten, statischen Parametern basieren, oder auf dynamisch/adaptiven Parametern, die nicht nach Energiekriterien ermittelt werden, sondern abhängig von den Auslegungsprämissen vorab experimentell ermittelt werden und dann von der Kontrollstrategie abgerufen werden können. Die Auswahl kann auch auf dem aktuellen Ladestatus einer Batterie basieren. Da reale Fahrzyklen stark in puncto Dynamik differieren können, können statische bzw. nicht energieorientierte Entprellungsmaßnahmen lediglich eine Kompromisslösung insbesondere in Bezug auf die Effizienz darstellen. Dadurch kann unter anderem das Ansprechverhalten negativ beeinflusst werden, wenn zu spät geschalten wird. Die statischen Parameter, die zur Verfügung stehen, eignen sich nur bedingt für ein in der Realität nahezu beliebiges Betriebsspektrum. Wenn beispielsweise zu spät von dem Verbrennungsbetrieb in den Elektrobetrieb geschalten wird, kann auch der Verbrauch negativ beeinflusst werden. Die verbreiteten Entprellungs- / Phlegmatisierungsmaßnahmen können oft nur einen Aspekt betrachten, entweder einen optimierten Verbrauch oder ein optimiertes Fahrverhalten.
  • Die US 2008/0040015 A1 beschreibt eine Motorsteuervorrichtung und ein Motorsteuerverfahren in einem Hybridfahrzeug, dass eine Phasenänderungsvorrichtung aufweist, die eine Energieeinsparung (a) und eine Verschiebungsenergie (β) berechnet, die sich von momentaner Phase in geforderter Phase ergibt. Die Phase wird dabei gewechselt, sobald die Energieeinsparung größer ist als die Verschiebungsenergie.
  • Die US 2020/0324754 A1 beschreibt ein Steuerungsverfahren und eine Kontrollmethode eines Hybridfahrzeugs. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass Statusinformationen vom Elektromotor und vom Verbrennungsmotor gesammelt werden und daraus ein Äquivalenzfaktor berechnet wird. Anschließend wird aus einer Vielzahl von Energieverbräuchen ein Betriebsmodus mit minimierten Energieverbrauch ausgewählt.
  • Die DE 10 2016 204 657 A1 beschreibt ein Verfahren zum Wählen eines Ganges eines Getriebes in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Auswahl des Sollgangs erfolgt auf Grundlage der berechneten Antriebsstrangparameter unter Berücksichtigung des Randwunschmoments oder der gewünschten Fahrleistung.
  • Bei den bekannten Verfahren wird die Umschaltfrequenz zwischen Betriebszuständen unter Umständen nur unzureichend angepasst. Dadurch kann der Fahrkomfort leiden und/oder der Energieverbrauch unnötig erhöht werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Wechseln eines Betriebszustandes in einem Fahrzeug bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Wechseln eines Betriebszustandes in einem Fahrzeug nach Anspruch 1 und die erfindungsgemäße Steuervorrichtung nach Anspruch 10 gelöst.
  • Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Wechseln eines Ist-Betriebszustandes in einem Fahrzeug, umfassend:
    • Berechnen von energetischen Kosten zum Zeitpunkt eines potenziellen Wechsels von dem Ist-Betriebszustand zu einem Soll-Betriebszustand; und
    • Berechnen eines energetischen Nutzens, der aus dem potenziellen Wechsel von dem Ist-Betriebszustand zu dem Soll-Betriebszustand resultiert;
    • Berechnen einer potenziellen Amortisierungszeit aus den energetischen Kosten und dem energetischen Nutzen; und
    • Vorwählen des Soll-Betriebszustandes zu einem bestimmten Zeitpunkt und Start einer Zeitmessung zum Ermitteln eines Zeitintervalls; und
    • Wechseln aus einem Ist-Betriebszustand in den vorgewählten Soll-Betriebszustand, wenn das ermittelte Zeitintervall gleich einer aktuellen Amortisierungszeit ist; wobei die aktuelle Amortisierungszeit die Amortisierungszeit zum Zeitpunkt oder unmittelbar vor dem Zeitpunkt des Betriebszustandswechsels ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung, die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechseln eines Ist-Betriebszustandes in einem Fahrzeug. Der zu wechselnde Betriebszustand kann dabei ein Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug sein. Der Moduswechsel kann zwischen einem elektrischen Betrieb und einem hybridischen Betrieb sein, also einem Start und einem Stopp der Verbrennungskraftmaschine. Bei einem dedizierten Hybridantrieb kann der Wechsel des Betriebszustandes zwischen elektrisch, parallel und seriell erfolgen. Der zu wechselnde Betriebszustand kann eine Gangwahl in einem automatisch schaltenden Getriebe sein oder eine Schaltempfehlung eines Schaltgetriebes. Der zu wechselnde Betriebsmodus kann bei hybriden oder rein elektrischen Fahrzeugen ein An- oder Abkoppeln verschiedener Elektromotoren sein. Der zu wechselnde Betriebsmodus kann eine Fahrwerksstabilisierung oder eine Fahrwerkseinstellung sein.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Berechnung der energetischen Kosten mindestens eine der Rotationsenergien, der Reibenergien oder der Aktuierungsenergien berücksichtigt. In den energetischen Kosten können verschiedene Eingangsgrößen berücksichtigt werden, die einfließen, um einen Wechsel von einem Ist-Betriebszustand in einen vorausgewählten Soll-Betriebszustand zu einem bestimmten Zeitpunkt zu realisieren. Die Berechnung der energetischen Kosten kann durch die Aufsummierung aller zu berücksichtigenden Eingangsgrößen erfolgen. Die Wahl der zu berücksichtigenden Eingangsgrößen kann Topologie abhängig sein, aus einem momentanen Fahrzustand resultieren, wie dem aktuellen Radmoment und der aktuellen Raddrehzahl, aus einer vorgegebenen Pedalstellung resultieren, aus einem momentanen Fahrprofil resultieren oder aus weiteren Einflussgrößen resultieren. Die tatsächlichen Eingangsgrößen können variieren. Da es sich um eine Energiemenge für einen potenziellen Wechsel handelt, können die energetischen Kosten in Wattsekunde berechnet werden. Die verschiedenen Eingangsgrößen der energetischen Kosten werden in der Figurenbeschreibung zu 2 im Detail erläutert.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Berechnung des energetische Nutzens eine Traktionsleistungsdifferenz berücksichtigt, die aus dem potenziellen Wechsel zwischen Ist-Betriebszustand und Soll-Betriebszustand resultiert, wobei zur Berechnung des energetischen Nutzens mindestens zwei Traktionsleistungen berücksichtigt werden, die aktuelle Traktionsleistung und die potenzielle Traktionsleistung. Der energetische Nutzen kann eine Energieersparnis sein, wobei die Energieersparnis eine Verbrauchsersparnis (im Sinne der Leistung) sein kann, die durch den Wechsel von dem Ist-Betriebszustand in den Soll-Betriebszustand resultiert. Der energetische Nutzen berücksichtigt verschiedene Eingangsgrößen, die variieren können. Der energetische Nutzen kann durch Aufsummierung der Eingangsgrößen berechnet werden. Der energetische Nutzen kann in der Einheit Watt [W] berechnet werden. Bei der Berechnung des energetischen Nutzens kann eine Lastpunktverschiebung berücksichtigt werden. Die verschiedenen Eingangsgrößen des energetischen Nutzens werden in der Figurenbeschreibung zu 2 im Detail erläutert.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Amortisierungszeit proportional zum Quotienten aus den energetischen Kosten und dem energetischen Nutzen, wobei zur zusätzlichen Optimierung der Quotient mit einem Proportionalitätsfaktor multipliziert wird. Die Amortisierungszeit gibt eine Zeit an, die notwendig ist, damit sich ein potenzieller Wechsel von einem Ist-Betriebszustand zu einem Soll-Betriebszustand energetisch amortisiert. Die errechnete Amortisierungszeit kann eine Entscheidungsgrundlage zum Betriebszustandswechsel sein. Die Amortisierungszeit kann als Zeit in der Einheit Sekunde ausgegeben werden.
  • Als Adaptionsmöglichkeit kann ein zusätzlicher Proportionalitätsfaktor mit der Amortisierungszeit multipliziert werden. Durch den Proportionalitätsfaktor kann ein Phlegmatisierungsverhalten direkt beeinflusst werden. Der Proportionalitätsfaktor kann im Betrieb geändert werden. Ist der Proportionalitätsfaktor kleiner als 1, verringert sich die Amortisierungszeit und die Wechseldynamik wird agiler. Ist der Proportionalitätsfaktor größer als 1, erhöht sich die berechnete Amortisierungszeit und die Wechseldynamik wird träger. Ist keine zusätzliche Optimierung erforderlich, kann der Proportionalitätsfaktor gleich 1 gesetzt werden, oder nicht in die Berechnung miteinbezogen werden. Die Wahl des Proportionalitätsfaktors kann ein Kompromiss zwischen Effizienz und Fahrverhalten sein. Es kann Proportionalitätsfaktoren für das Schalten von Gängen geben, und es kann Proportionalitätsfaktoren für den Moduswechsel zwischen elektrischen Betrieb und hybridischen Betrieb geben. Beim Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug kann zwischen einem Proportionalitätsfaktor für den Start und einem Proportionalitätsfaktor für den Stopp der Verbrennungskraftmaschine unterschieden werden.
  • Der Proportionalitätsfaktor kann im Betrieb aus einer Auswahl von Proportionalitätsfaktoren ausgewählt werden. Die Auswahl des Proportionalitätsfaktors kann auf Grundlage einer Fahrmustererkennung, einem Fahrprofil, einer Steigung der Straße, oder einem aktuellen Ladezustand einer Batterie erfolgen. Die Proportionalitätsfaktoren können statische Werte sein, die vorab experimentell ermittelt werden und abgespeichert werden. Die Proportionalitätsfaktoren können statische Parameter sein, die auf Grundlage eines vorherigen Betriebs optimiert werden. Die Proportionalitätsfaktoren können Parameter sein, die aus einem vorherigen Betrieb erlernt oder aus einem Fahrverhalten optimiert werden. Auf die abgespeicherten Proportionalitätsfaktoren kann im Fahrzeugbetrieb zugegriffen werden. Unabhängig von der Größe des Proportionalitätsfaktors, orientiert sich das Verfahren zum Wechsel des Ist-Betriebszustandes für die Entscheidung immer an einer bestmöglichen Effizienz. In einem Beispiel, wenn der Proportionalitätsfaktor zugunsten des Komforts und nicht der Dynamik gewählt wird, wird unter dieser Komfortrandbedingung dennoch die bestmögliche Effizienz gewährleistet.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die potenzielle Amortisierungszeit in einer bestimmten Frequenz berechnet, wobei der Betriebszustandswechsel aus dem vorgewählten Soll-Betriebszustand um die aktuelle Amortisierungszeit verzögert oder unterbunden wird, wobei das Verfahren den Betriebszustandswechsel phlegmatisiert. Die potenzielle Amortisierungszeit wird unabhängig vom Betriebszustandswechsel laufend anhand der zum Zeitpunkt der Berechnung relevanten Eingangsgrößen berechnet. Der Zeitabstand, in dem die potenzielle Amortisierungszeit neu berechnet wird, kann ein konstanter Abstandswert sein, oder im laufenden Betrieb angepasst werden. Der Abstandswert kann in Abhängigkeit einer Fahrsituation, einer Leistungsanforderung oder einem Ladezustand der Batterie geändert werden. Die Frequenz zur Neuberechnung der potenziellen Amortisierungszeit kann beispielsweise 100 Hz, 10 Hz oder 1 Hz betragen. Über die Frequenz kann die Abtastrate des Gesamtsystems eingestellt werden.
  • Die Phlegmatisierung kann dazu beitragen, die Zahl der Betriebszustandswechsel möglichst zu reduzieren. Die Phlegmatisierung kann eine Entprellung und/oder eine Glättung umfassen. Die Entprellung kann unter anderem eine unverzügliche oder generelle Verhinderung oder Verzögerung des Betriebszustandswechsels sein, um beispielsweise kurze und hochfrequente Betriebszustandswechsel zu reduzieren oder zu eliminieren. Bei der Glättung kann unter anderem über einen bestimmten Zeithorizont die absolute Anzahl an Betriebszustandswechseln reduziert werden.
  • Der vorgewählte Soll-Betriebszustand kann von einer Kontrollstrategie kommen. Die Kontrollstrategie kann dem beschriebenen Verfahren zum Wechsel eines Ist-Betriebszustandes vorgeschaltet sein kann. Die Kontrollstrategie kann eine Betriebsstrategie sein. Die Kontrollstrategie eines Hybridfahrzeugs kann alle das jeweilige Attribut beeinflussenden Komponenten und deren aktuelle Eigenschaften einbeziehen und kann einzelne Komponenten separat koordinieren. Komponenten können Elektroantriebe, Verbrennungskraftmaschinen, Getriebe, Kupplungen oder deren Steuerung sein.
  • Es gibt unterschiedliche Kontrollstrategien und Betriebsstrategien. Kontrollstrategien und Betriebsstrategien können beispielsweise regelbasiert oder optimierungsbasiert sein oder auch einen anderen Ansatz verfolgen. Regelbasierte Betriebsstrategien können vorab definierte Regeln und Kriterien einbeziehen. Optimierungsbasierte Betriebsstrategien versuchen Zielfunktionen zu optimieren.
  • Die aktuelle Amortisierungszeit bezieht sich auf die Amortisierungszeit, die für einen potenziellen Wechsel aus dem Ist-Betriebszustand in den Soll-Betriebszustand zum jeweils aktuellen Zeitpunkt anliegt. Der Wechsel in einen vorausgewählten Soll-Betriebszustand kann um die aktuelle Amortisierungszeit verzögert werden oder unterbunden werden. Durch die Verzögerung oder Unterbindung eines Betriebszustandswechsels kann die absolute Anzahl an Wechselvorgängen reduziert werden, wodurch ein möglichst komfortabler (phlegmatisierter) Betrieb erreicht werden kann.
  • Die aktuelle Amortisierungszeit kann eine Verzögerungszeit sein, die sich zu jeder Neuberechnung der Amortisierungszeit ändern kann.
  • Der Betriebszustandswechsel in einem Hybridfahrzeug kann der Start und Stopp einer Verbrennungskraftmaschine sein. Durch die Reduktion der Motorstarts kann der Verbrauch an petrochemischer Energie und der Ausstoß an Schadstoffen reduziert werden. Durch die Phlegmatisierung sind weniger Kupplungsvorgänge notwendig, wodurch der Kupplungsverschleiß minimiert wird.
  • Im Unterschied zu den bekannten Entprellungsmaßnahmen wie Hysterese-Bänder, oder pauschale Strafterme wird im beschriebenen Verfahren keine Prädiktion vorausgesetzt, da die Amortisierungszeit laufend anhand momentaner Eingangsgrößen neu berechnet wird. Bei bekannten Entprellungsmaßnahmen hingegen wird die Verzögerungszeit des Betriebszustandswechsels beispielsweise anhand fest vorgegebener Fahrszenarien ermittelt und ausgewählt, wodurch kaum auf einen unvorhergesehenen Fahrbetrieb reagiert werden kann. Das vorgegebene Betriebsspektrum kann beispielsweise ein gesetzlicher Fahrzyklus, oder eine endliche Zahl beliebiger anderer Zyklen sein, oder eine vorhersehbare Route beispielsweise auf Basis von Navigationsdaten sein. Der Betriebszustandswechsel kann bei bekannten Entprellungsmaßnahmen auch auf anderen Grundlagen wie einer Fahrpedalschwelle erfolgen.
  • Im beschriebenen Verfahren hingegen erfolgt die Neuberechnung der Amortisierungszeit laufend im Betrieb und unter Einbezug momentaner Eingangsgrößen, die unter anderem aufgrund der Fahrsituation und Leistungsanforderung variieren können. Dadurch kann sich die Entprellung für den Betriebszustandswechsel laufend anpassen und es kann ein Optimum zwischen Verbrauch und Fahrverhalten erzielt werden.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Betriebszustandswechsel ein Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug, wobei wenigstens zwischen einem rein elektrischen Betrieb und einem hybridischen Betrieb mit Verbrennungskraftmaschine gewechselt wird und/oder der Betriebszustandswechsel ein Gangwechsel zwischen wenigstens zwei Gängen in einem Getriebe ist. In Fahrzeugen mit Hybridantrieben können sich prinzipbedingt drei Antriebsmöglichkeiten ergeben. Der Antrieb kann über den reinen Verbrennungsantrieb, einen reinen Elektroantrieb oder einer Kombination aus Verbrennungsantrieb und Elektroantrieb erfolgen. Das Getriebe kann ein Automatikgetriebe sein, dass ein Doppelkupplungsgetriebe, ein Wandlergetriebe, ein automatisiertes Schaltgetriebe oder ein stufenloses Getriebe sein kann. Das Verfahren für den Betriebszustandswechsel kann für den Moduswechsel und den Gangwechsel kombiniert in einem Fahrzeug verwendet werden.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Lastpunktverschiebung zum Berechnen der Amortisierungszeit berücksichtigt werden. In Abhängigkeit einem aktuellen Ladezustand der Batterie (= State of Charge - SOC) kann ein Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine verschoben werden. In einem Anwendungsfall kann die Batterie aufgeladen werden, wenn der Verbrennungsmotor in einem höheren Lastpunkt betrieben wird, als für den Fahrbetrieb tatsächlich notwendig ist. Die aktuelle Lastpunktverschiebung kann dabei in die Berechnung der Amortisierungszeit einbezogen werden.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Überbrückungsprogramm zum Überbrücken des Betriebszustandswechsels nach dem Verfahren nach Anspruch 1. In bestimmten Betriebsfällen kann es unerwünscht oder gefährlich sein, einen Betriebszustandswechsel zu verzögern oder zu unterbinden. Dies kann bei einer unverzüglichen Leistungsabfrage durch den Fahrer der Fall sein, beispielsweise wenn das volle Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs abgerufen werden soll, bei dem die maximale Leistung ohne Verzögerung anliegen muss. In diesen Fall kann das erfindungsgemäße Verfahren komplett überbrückt werden. In einem anderen Fall kann das Verfahren überbrückt werden, wenn eine Abschaltung der Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen wird, solange beispielsweise eine gewünschte Betriebstemperatur noch nicht erreicht ist. Das Überbrückungsprogramm kann mit der Kontrollstrategie verknüpft sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Steuervorrichtung zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Die Steuervorrichtung kann dazu ausgelegt sein, ein Verfahren zum Wechseln aus einem Ist-Betriebszustand in einen vorausgewählten Soll-Betriebszustand in einem Fahrzeug auszuführen. Der vorausgewählte Soll-Betriebszustand wird im Falle eines Wechsels zum neuen Ist-Betriebszustand.
  • Die Steuervorrichtung kann einen Prozessor beispielsweise einen Mikroprozessor aufweisen, der dazu ausgebildet ist, das beschriebene Verfahren zum Wechseln eines Ist-Betriebszustandes, beispielsweise des Moduswechsels oder des Wechsels eines Ganges in einem Getriebe auszuführen. Die Steuervorrichtung kann weiterhin einen Datenspeicher aufweisen, in dem vorzugsweise ein Programm hinterlegt ist, das Anweisungen für den Prozessor enthält, um diesen entsprechend dem beschriebenen Verfahren zu steuern. Weiter können in dem Datenspeicher Programme hinterlegt sein, die das beschriebene Verfahren überbrücken. In dem Datenspeicher können Programme hinterlegt sein, die das beschriebene Verfahren optional auswählt. In dem Datenspeicher können Proportionalitätsfaktoren, Kennlinien, oder andere Parameter hinterlegt sein.
  • Die Steuervorrichtung kann eine Reihe von Signaleingängen und Signalausgängen aufweisen.
  • Die Steuervorrichtung kann in eine Motorsteuerung oder eine Getriebesteuerung des Fahrzeugs integriert sein. Alternativ kann die Steuervorrichtung als eine separate Einheit ausgebildet sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug mit einer Steuervorrichtung, die das beschriebene Verfahren zum Wechseln eines Ist-Betriebszustandes ausführt. Die Steuervorrichtung ist in das Fahrzeug integriert, beispielsweise in den Motorraum und kann die zu wechselnden Betriebsmodi ansteuern. Das Fahrzeug kann ein Bus, ein LKW, ein Zweirad, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug oder ein sonstiges Fahrzeug sein.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs;
    • 2 ein Berechnungsschema zur Berechnung einer Amortisierungszeit;
    • 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wechseln aus einem Soll- in einen Ist-Betriebszustand;
    • 4 einen Verlauf eines phlegmatisierten Betriebszustandswechsels;
    • 5 einen Verlauf eines nicht phlegmatisierten und phlegmatisierten Fahrmoduswechsels;
    • 6 einen Verlauf eines nicht phlegmatisierten und phlegmatisierten Gangwechsels;
    • 7 einen Aufbau einer Reglerstruktur zur Integration einer Entprellung.
    • 8 ein Fahrzeug mit einer Steuervorrichtung
  • Ein Ausführungsbeispiel eines Antriebsstrangs 1 eines Hybridfahrzeugs ist in 1 gezeigt. Die Anordnung zeigt einen allgemeinen Aufbau eines parallelen (P) Hybrid in einer P2 Einbauart. Der Antriebsstrang enthält eine Verbrennungskraftmaschine (VKM) 10, die über eine Kurbelwelle 15 und eine Trennkupplung 12 mit einem Elektroantrieb (EA) 11 verbunden ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 und der Elektroantrieb 11 sind über eine Getriebekupplung 13 in einem Getriebe 19 mit einer Antriebsachse 14, die mit Rädern 16 verbunden ist, gekoppelt. Der Elektroantrieb 11 ist mit einer Leistungselektronik 17 verbunden, über die der Elektroantrieb 11 angesteuert wird. Über die Leistungselektronik 17 kann mit der Fahrzeugsteuerung kommuniziert werden und eine Diagnose des Fahrzeugs stattfinden.
  • In der P2 Einbauart kann der Elektroantrieb 11 zwischen dem Getriebe 19 und der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet sein. Über die Trennkupplung 12 kann die Verbrennungskraftmaschine 10 entkoppelt werden, wodurch das Fahrzeug 1000 über den Elektroantrieb 11 rein elektrisch betrieben werden kann. Zudem kann der Elektroantrieb 11 die Verbrennungskraftmaschine 10 unterstützen, beispielsweise bei einem Start-Vorgang der Verbrennungskraftmaschine 10 während des Moduswechsels.
  • 2 zeigt ein Berechnungsschema 400 zur Berechnung einer Amortisierungszeit 460. Bezugnehmend auf 2 wird die Amortisierungszeit 460 aus einem Quotienten aus den energetischen Kosten 410 und dem energetischen Nutzen 430 ermittelt. Der Dividend sind die energetischen Kosten 410 und der Divisor der energetische Nutzen 430. Als zusätzliche Optimierungsmöglichkeit wird der Quotient mit einem Proportionalitätsfaktor 450 multipliziert. Die energetischen Kosten werden durch die Addition aus Rotationsenergie 411, Reibenergie bzw. Kupplungsarbeit 413 und Aktuierungsenergie 415 berechnet. Der energetische Nutzen 430 berechnet sich aus einer Leistungsdifferenz der einsparbaren Traktionsleistung 431.
  • Die einzubeziehenden Eingangsgrößen können variieren, da momentane Eingangsgrößen berücksichtigt werden. Nachfolgend sind verschiedene potenzielle Eingangsgrößen für den Betriebszustandswechsel aufgelistet. Die Eingangsgrößen sind unterteilt in Eingangsgrößen für einen Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug und Eingangsgrößen für einen Gangwechsel in einem Getriebe.
  • Die mit (*) markierten Eingangsgrößen werden zusätzlich erläutert.
  • Potenzielle Eingangsgrößen für den Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug:
    • Rotationsenergien 411:
      • - Getriebeeingangsdrehzahl im Soll-Gang
      • - Verbrauchte petrochemische Energie*
      • - Kraftstoff-Momentanverbrauch*
      • - Leerlaufdrehzahl VKM
      • - Ist-Drehzahl VKM
      • - Zieldrehzahl bei potenziellem Motorstart
    • Reibungsenergien bzw. Kupplungsarbeit 413:
      • - Getriebeeingangsdrehzahl im Soll-Gang
      • - Leerlaufdrehzahl VKM
      • - Ist-Drehzahl VKM
      • - Schleppmoment VKM*
      • - Ist-Drehmoment Getriebeeingang*
    • Aktuierungsenergien 415:
      • - Getriebetemperatur*
      • - Startmoment*
    • Traktionsleistung 431:
      • - Verbrauchsunterschied (Ist vs. Soll)*
    • Potenzielle Eingangsgrößen für den Gangwechsel in einem Getriebe:
      • Rotationsenergien 411:
        • - Massenträgheitsmoment bis Getriebeeingang*
        • - Soll-Gang
        • - Drehzahl Getriebeausgang*
    • Reibungsenergien bzw. Kupplungsarbeit 413:
      • - Massenträgheitsmoment Getriebeeingang*
      • - Schaltdauer*
      • - Getriebetemperatur*
    • Aktuierungsenergien 415:
      • - Massenträgheitsmoment Getriebeeingang*
      • - Schaltdauer der potenziellen Schaltung
    • Traktionsleistung 431:
      • - Massenträgheitsmoment Getriebeeingang*
      • - Drehzahl Getriebeausgang
      • - Aktuelle Betriebsart*
      • - Wunschmoment der Antriebsachse(n)
      • - Sollleistung der Batterie*
      • - Traktionsenergieverbrauch Gesamt*
      • - Aktuelle Batteriegrenzen*
  • Nachfolgend werden die mit (*) markierten Eingangsgrößen erläutert:
    • Bei der „verbrauchten petrochemische Energie“ seit Fahrantritt / Wiederstart der VKM wird unterschieden zwischen einem Erststart der VKM und einem Wiederstart der VKM.
  • Der „Kraftstoff-Momentanverbrauch“ bezieht auch den Mehrverbrauch im kalten Zustand der VKM mit ein bzw. vernachlässigt diesen, wenn die VKM auf Betriebstemperatur ist.
  • Das „Schleppmoment VKM“ ist in der Regel abhängig von der Drehzahl, der Motor-Betriebstemperatur
  • Das „Ist-Drehmoment“ der Trennkupplung 12 und der Getriebekupplung 13 ist jeweils das momentan übertragene Drehmoment.
  • Die „Getriebetemperatur“ wird vorzugsweise im Ölsumpf gemessen.
  • Das „Startmoment“ der Trennkupplung 12 ergibt sich unter anderem als Ausgangsgröße der Reibungsenergie 413 beim Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug und geht als Eingangsgröße in die Aktuierungsenergie 415 ein.
  • Der „Verbrauchsunterschied“ ist der Verbrauchsunterschied zwischen dem Ist-Betriebszustand und vorausgewählten Soll-Betriebszustand, also der Verbrauchsunterschied zwischen elektrischen vs. hybridischen Betrieb oder der Verbrauchsunterschied zwischen zwei Gängen in einem Getriebe.
  • Das „Massenträgheitsmoment bis Getriebeeingang“ der Antriebsmaschinen im Ist-Gang sind die Teile, die bei einem Betriebszustandswechsel umbeschleunigt werden müssen. Das Massenträgheitsmoment kann sich zusammensetzen aus den Massenträgheitsmomenten der VKM, der Trennkupplung, dem Elektroantrieb, und der Primärseite der Getriebekupplung. Das Massenträgheitsmoment ist abhängig davon, ob die VKM an- oder abgekoppelt ist.
  • Die „Drehzahl Getriebeausgang“ ist die Rad- bzw. Achsdrehzahl an der Antriebsachse bzw. den Antriebsachsen.
  • Die „Schaltdauer“ der potenziellen Schaltung ist die Schaltdauer, die für eine potenzielle Schaltung geschätzt wird.
  • Die „Aktuelle Betriebsart“ unterscheidet z.B. elektrisch oder hybridisch, oder zwei verschiedene Gänge in einem Getriebe. Aus der aktuellen Betriebsart kann ein Schaltkennfeld bzw. ein Schaltprogramm ausgewählt werden.
  • Bei der „Sollleistung der Batterie“ wird eine Lastpunktverschiebung für den Betriebszustandswechsel berücksichtigt.
  • Der „Traktionsenergieverbrauch“ ist der kombinierte Gesamtverbrauch des kompletten Antriebsstranges in einem Fahrzeug.
  • Die „aktuellen Batteriegrenzen“ ergeben sich unter Berücksichtigung der maximalen Leistung bzw. der maximalen Ströme. Derating wird ebenfalls berücksichtigt, d.h. eine gezielte Leistungsdegradation.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wechseln aus einem Ist-Betriebszustand 501 in einen Soll-Betriebszustand 521 nach Anspruch 1. Beschrieben wird im Folgenden ein Verfahrensablauf 500, auf dessen Grundlage ein Betriebszustandswechsel 517 oder kein Betriebszustandswechsel 515 ausgehend von einem Ist-Betriebszustand 501 stattfinden soll. Der Verfahrensablauf 500 kann allgemein für einen Betriebszustandswechsel angewandt werden.
  • In 501 befindet sich das Fahrzeug in einem Ist-Betriebszustand.
  • In 503 werden im laufenden Betrieb die energetischen Kosten 503 für einen potenziellen Betriebszustandswechsel von einem aktuellen Ist-Betriebszustand 501 in einen potenziellen Soll-Betriebszustand berechnet.
  • In 505 wird parallel dazu der energetische Nutzen 505 für einen potenziellen Betriebszustandswechsel von einem Ist-Betriebszustand 501 in einen potenziellen Soll-Betriebszustand berechnet.
  • In 507 wird aus den energetischen Kosten 503 und dem energetischen Nutzen 505 eine Amortisierungszeit 507 zum Zeitpunkt eines potenziellen Wechsels berechnet. Die Berechnung der Amortisierungszeit 507 erfolgt laufend in einer vordefinierten Frequenz, wobei die Frequenz im laufenden Betrieb angepasst werden kann. Die aktuelle Amortisierungszeit 507 ist die zuletzt berechnete Amortisierungszeit.
  • In 509 erfolgt die Ermittlung bzw. Vorauswahl eines Soll-Betriebszustandes, in den gewechselt werden soll. Entspricht der vorausgewählte Soll-Betriebszustand 509 dem Ist-Betriebszustand 501 wird im Ist-Betriebszustand 501 verblieben. Entspricht der vorausgewählte Soll-Betriebszustand 509 nicht dem Ist-Betriebszustand 501 wird das Verfahren 500 fortgesetzt. Ein tatsächlicher Betriebszustandswechsel findet statt, wenn die Bedingung des energetischen Berechnungsverfahrens 513 erfüllt sind. Die Bedingung 513 wird im Späteren genauer erläutert.
  • In 519 erfolgt optional eine Multiplikation der aktuellen Amortisierungszeit 507 mit einem Proportionalitätsfaktor, wodurch die Dynamik des Betriebszustandswechsels beeinflusst werden kann.
  • In 511 wird eine Zeitmessung zur Ermittlung eines Zeitintervalls 511 gestartet. Der Beginn der Zeitmessung erfolgt zum Zeitpunkt der Vorauswahl des Soll-Betriebszustandes 509.
  • Über die Zeitmessung ab dem Zeitpunkt der Vorauswahl des Soll-Betriebszustandes 509 wird auch die Information ermittelt, wie lange der letzte Soll-Betriebszustand 509 zurückliegt.
  • In 513 wird die aktuelle Amortisierungszeit 507 laufend mit dem Zeitintervall 511 abgeglichen. Der Abgleich 513 dient als Grundlage für die Entscheidung, ob von einem Ist-Betriebszustand 501 in einen vorausgewählten Soll-Betriebszustand 509 gewechselt wird oder nicht. Der Wechsel aus dem Ist-Betriebszustand 501 in den Soll-Betriebszustand 523 erfolgt dabei nach folgender Bedingung 513:
    • Aktuelle Amortisierungszeit 507 * Proportionalitätsfaktor 519 ≤ Zeitintervall 511 → Betriebszustandswechsel 517
  • Bei folgender Bedingung erfolgt noch kein Wechsel aus dem Ist-Betriebszustand 501 in den vorausgewählten Soll-Betriebszustand 509:
    • Aktuelle Amortisierungszeit 507 * Proportionalitätsfaktor 519 > Zeitintervall 511 → Kein Betriebszustandswechsel 515
  • Im Falle von 517 wird von dem Ist-Betriebszustand 501 in den vorausgewählten Soll-Betriebszustand 509 gewechselt, da die Wechselbedingung 513 erfüllt ist.
  • Der Soll-Betriebszustand 523 entspricht dem vorausgewählten Soll-Betriebszustand 509.
  • In 525 wird der Soll-Betriebszustand 523 zu einem neuen Ist-Betriebszustand 525.
  • Die Verzögerungszeit, um die der Wechsel des Ist-Betriebszustands 501, ausgehend von der Vorauswahl des Soll-Betriebszustands 509 in den Soll-Betriebszustand 523 verzögert wird, ist die aktuelle Amortisierungszeit 507 multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor 519 zum Zeitpunkt des Betriebszustandswechsels 517 bzw. zum Zeitpunkt der Erfüllung der Wechselbedingung.
  • Für jede Vorauswahl eines neuen Soll-Betriebszustands 509 wird die Zeitmessung zur Ermittlung des Zeitintervalls 511 neu gestartet. m Unterschied dazu wird die neue Berechnung einer potenziellen Amortisierungszeit 507 in definierter Frequenz fortgesetzt.
  • In 515 erfolgt kein Wechsel des Betriebszustandes. Dadurch bleibt der Ist-Betriebszustand 501 bestehen. Durch den Abgleich 513 zwischen aktueller Amortisierungszeit 507 multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor 519 und dem Zeitintervall 511 ergibt sich kein Betriebszustandswechsel, da die aktuelle Amortisierungszeit 507 multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor 519 größer ist als das Zeitintervall 511. Der Ist-Betriebszustand 501 wird beibehalten.
  • 4 zeigt exemplarisch einen Verlauf des Betriebszustandswechsels auf Grundlage der energiebasierten Phlegmatisierung. Der Verlauf zeigt grafisch die Verzögerung, um die der Wechsel von einem vorausgewählten Soll-Betriebszustand (Soll-BZ) in einen neuen Ist-Betriebszustand (Ist-BZ) verzögert wird. Die beiden exemplarischen Betriebszustände sind 0 und 1. Dargestellt ist ein erster Betriebszustandswechsel von 0 zu 1 und ein zweiter Betriebszustandswechsel von 1 zu 0. Beim ersten Betriebszustandswechsel wird ein neuer Soll-BZ (= 1) zum Zeitpunkt t = 2 Sekunden (s) vorausgewählt. Die Vorauswahl kann über die Kontrollstrategie erfolgen. Zeitgleich beginnt eine Zeitmessung zur Ermittlung ein erstes Zeitintervalls (ZI1) 511 ab t = 2 s hochzuzählen. Die Amortisierungszeit 507 multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor 519 wird laufend mit dem aktuellen Zeitintervall 511 verglichen Zum Zeitpunkt t = 4 s ist die aktuelle Amortisierungszeit 507 multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor 519 =ZI1, also 2 Sekunden. Da das Zeitkriterium bzw. die Wechselbedingung zu diesem Zeitpunkt erfüllt ist, wird zum Zeitpunkt t = 4 s von dem aktuellen Ist-BZ (= 0) in den neuen Ist-BZ (= 1) gewechselt. Die Verzögerungszeit des ersten Betriebszustandswechsels von Soll-Wechsel zu Ist-Wechsel beträgt 2 Sekunden und entspricht dem Zeitintervall ZI1. Die Verzögerungszeit entspricht der aktuellen Amortisierungszeit 507 zum Zeitpunkt des tatsächlichen Betriebszustandswechsels.
  • Beim zweiten Betriebszustandswechsel in 4 wird zum Zeitpunkt t = 12 s ein neuer Soll-BZ (= 0) vorausgewählt. Zeitgleich beginnt eine Zeitmessung zur Ermittlung eines zweiten Zeitintervalls ZI2 ab dem Zeitpunkt t = 12 s hochzuzählen. Die aktuelle Amortisierungszeit 507 multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor 519 ist zum Zeitpunkt t = 13 s =ZI2, also 1 Sekunde Da das Zeitkriterium bzw. die Wechselbedingung erfüllt ist, wird zum Zeitpunkt t = 13 s von dem aktuellen Ist-BZ (= 1) in den neuen Ist-BZ (= 0) gewechselt. Die Verzögerungszeit von Soll-Wechsel zu Ist-Wechsel entspricht der aktuellen Amortisierungszeit 507 von 1 Sekunde und entspricht dem Zeitintervall ZI2.
  • Die Verzögerungszeit zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustandswechsel sind unterschiedlich. Dieses Verhalten resultiert aus der laufenden Neuberechnung der Amortisierungszeit und den Einbezug momentaner Eingangsgrößen.
  • In dem Verfahren zum Betriebszustandswechsel wird kein vorausgewählter Soll-Betriebszustand pauschal abgelehnt oder zugelassen, sondern jeder Wechsel theoretisch gebilligt. Der Wechsel kann um die Proportionen der Amortisierungszeit verzögert werden.
  • 5 zeigt exemplarisch einen Verlauf eines nicht phlegmatisierten und phlegmatisierten Moduswechsels von einem ersten Modus 1, der ein rein elektrischer Modus sein kann und einem zweiten Modus 2, der ein hybridischer Modus sein kann, während eines vordefinierten Fahrzyklus 200. Verglichen dargestellt ist das beschriebene energiebasierte Phlegmatisierungs-Verfahren 201 und ein bekanntes Verfahren der Pauschal-Hysteresen 203 zu einem Moduswechsel ohne Phlegmatisierung 205. Im Modus 2 ist die Verbrennungskraftmaschine VKM in Betrieb. Aus einem Wechsel des Modus von 1 zu Modus 2 resultiert ein Start der VKM. Aus einem Wechsel des Modus von 2 zu 1 resultiert ein Stopp der VKM. Das Fahrprofil 200 in 5 entspricht einer leichten Beschleunigung von ca. 53 km/h bis ca. 57 km/h, gefolgt von einem kurzzeitigen Plateau bei 57 km/h und einer leichten Reduktion der Geschwindigkeit von 57 km/h auf 56 km/h. Ein erster Betriebszustandswechsel BZW1 in einen Ist-Betriebszustand Ist-BZ1 von Modus 1 zu Modus 2 erfolgt zu Beginn der leichten Beschleunigung mit einer Verzögerungszeit von ca. 0,1 s. Die Grundlage zum Wechsel von Modus 1 zu Modus 2 kann mit der Erläuterung aus 4 erklärt werden. Die voreingestellte Verzögerungszeit der Pauschal-Hysterese 203 beträgt in diesem Fall ca. 0,8 s. Die Pauschal-Hysterese 203 reagiert träger als die energiebasierte Phlegmatisierung 201.
  • Bei einer Zeit von 5,2s wird ein zweiter Soll-Betriebszustand Soll-BZ2 vorausgewählt. 0,2 s später wird wieder ein dritter Soll-Betriebszustand Soll-BZ3 vorausgewählt. Laut Soll-Vorgabe soll die VKM für etwa 0,2 s gestoppt und anschließend wieder gestartet wird. Der Soll-BZ3 entspricht dem Ist-BZ1. Das Zeitintervall zwischen Soll-BZ2 und Soll-BZ3 war dabei geringer als die aktuelle Amortisierungszeit zum Zeitpunkt Soll-BZ2. Daher wird kein Betriebszustandswechsel auf Grundlage des vorausgewählten Soll-BZ2 ausgeführt, der Betriebszustandswechsel wird geglättet. Da der Soll-BZ3 und der aktuelle Ist-BZ1 identisch sind, findet kein Betriebszustandswechsel statt und Ist-BZ1 wird beibehalten.
  • Mittels Pauschal-Hysterese 203 findet kein Betriebszustandswechsel statt, da der kurze Wechsel unter die vordefinierte pauschale Glättungszeit von etwa einer Sekunde fällt.
  • Bei einer Zeit von ca. 9,1 s wird ein Soll-BZ4 vorausgewählt. Auf Grundlage des energiebasierten Verfahrens 201 wird ein Betriebszustandswechsel BZW2 mit einer Verzögerungszeit von weniger als 0,1 s von Modus 2 zu Modus 1 in den Ist-BZ4 realisiert. Zu diesem Zeitpunkt ist ein Geschwindigkeitsplateau mit Tendenz zur Geschwindigkeitsreduktion erreicht, weshalb die VKM nicht benötigt wird und der Ladezustand der Batterie einen rein elektrischen Betrieb EV zulässt. Die Pauschal-Hysterese 203 hingegen verzögert den Betriebszustandswechsel mit einer vordefinierten Stopp-Zeit von ca. 1 s, wodurch die VKM 1 Sekunde länger in Betrieb bleibt als tatsächlich notwendig.
  • Beim tatsächlichen Betriebszustandswechsel zeigt sich bei BZW1, dass die Pauschal-Hysterese 203 zu träge reagiert, wodurch das Fahrzeug nicht optimal betrieben werden kann. Bei BZW2 ist die VKM ca. 1 Sekunde länger in Betrieb als tatsächlich notwendig, wodurch die Wahl der Betriebsmodi nicht optimal kontrolliert wird.
  • 6 zeigt exemplarisch einen Verlauf eines nicht phlegmatisierten Gangwechsels 205 und phlegmatisierten Gangwechsels 201 eines 6 Ganggetriebes während eines vordefinierten Fahrzyklus 200. Eine Geschwindigkeitskurve des Fahrzyklus 200 bewegt sich zwischen 10 km/h und 35 km/h. Die Geschwindigkeit verringert und erhöht sich mehrmals. Der dargestellte Ausschnitt kann eine Fahrt im Stadtverkehr simulieren.
  • Im Vergleich zu 5 gibt es beim Gangwechsel mehr als zwei Betriebszustände. Der Gangwechsel erfolgt analog auf der Grundlage wie in 4 beschrieben. Es wird ein Soll-Gang vorausgewählt, zeitgleich beginnt eine Zeitmessung für ein Zeitintervall, und eine Amortisierungszeit wird laufend berechnet. Ist die aktuelle Amortisierungszeit gleich oder kleiner dem Zeitintervall, wird der Ist-Gang in den vorausgewählten Soll-Gang mit einer Verzögerung um das Zeitintervall gewechselt.
  • Ohne Phlegmatisierung 205 schaltet eine Kontrollstrategie in 6 nach einer Zeit von 19 s innerhalb einer Sekunde von dem 3. Gang in den 5. Gang und wieder zurück in den 3. Gang. Diese hochfrequenten Gangwechsel wirken sich unter anderem negativ auf den Fahrkomfort und die Geräuschkulisse aus. Die vielen Gangwechsel bei geringer Geschwindigkeit bewirken zudem einen nervösen Fahreindruck für den Fahrer. Durch das energiebasierte Verfahren 201 wird die absolute Anzahl an Schaltvorgängen stark reduziert. Durch die Anwendung des energiebasierten Verfahrens 201 können die absoluten Schaltvorgänge um über 65% reduziert werden.
  • Jeder Schaltvorgang ist mit einem Einkuppeln und Auskuppeln verbunden, wodurch sich der Verschleiß der Kupplung im Getriebe 13 bei weniger Schaltvorgängen verringern lässt und sich die Haltbarkeit der Kupplung 13 erhöht.
  • 7 zeigt ein Beispiel zur Integration einer energiebasierten Entprellung in eine Reglerstruktur in einem Hybridfahrzeug. Eine Kontrollstrategie 23 erhält Eingangsgrößen 24 zur Verarbeitung.
  • Die Eingangsgrößen 24 sind verschiedene Zustandsgrößen. Weiter sind die Eingangsgrößen dynamische Grenzen 21.
  • Die momentanen dynamischen Grenzen 21 werden der Kontrollstrategie 23 laufend übermittelt.
  • Die Kontrollstrategie 23 berechnet die optimale Leistungsaufteilung zwischen Verbrennungskraftmaschine und Elektroantrieb.
  • An der Kontrollstrategie 23 ist am Ausgang eine Phlegmatisierungsstrategie 25 angeordnet. Die Phlegmatisierungsstrategie 25 führt das energiebasierte Phlegmatisierungsverfahren aus. Die Kontrollstrategie 23 und die Phlegmatisierungsstrategie 25 kommunizieren nach dem in den Ansprüchen beschriebenen Verfahren.
  • Die Phlegmatisierungsstrategie 25 gibt verschiedene Ausgangsgrößen aus und verzögert oder verhindert nicht sinnvolle Betriebszustandswechsel.
  • Die Phlegmatisierungsstrategie 25 gibt an mehrere Steuerungseinheiten (27, 29, 31) Ausgangsgrößen aus und erhält Eingangsgrößen:
    • Die Phlegmatisierungsstrategie 25 gibt als Ausgangsgröße ein Soll-Drehmoment MEA,Soll an eine Elektroantrieb-Steuerungseinheit 27 aus. Die Elektroantrieb-Steuerungseinheit 27 beinhaltet unter anderem einen Elektroantrieb 11 und eine Batterie 18.
  • Die Phlegmatisierungsstrategie 25 gibt als Ausgangsgröße ein Soll-Drehmoment MVKM-Soll an eine Verbrennungskraftmaschinen-Steuerungseinheit 29 aus. Die Verbrennungskraftmaschinen-Steuerungseinheit 29 beinhaltet eine Verbrennungskraftmaschine 10 und interagiert mit einer Trennkupplung 12. Der Ist-Zustand XK0,Ist der Trennkupplung 12 wird in einer Regelschleife an die Phlegmatisierungsstrategie 25 zurückgegeben. Der Zustand XK0,Ist der Trennkupplung 12 kann offen oder geschlossen sein. Dadurch wird der Ist-Betriebszustand mit dem Soll-Betriebszustand laufend verglichen. Auf diese Weise bezieht sich die Gangwahl bei jeder Abweichung weiterhin auf den Ist-Betriebszustand und nicht auf den Soll-Betriebszustand.
  • Die Phlegmatisierungsstrategie 25 gibt als Ausgangsgröße einen Soll-Gang ng-Soll an eine Getriebe-Steuerungseinheit 31 aus. Die Getriebe-Steuerungseinheit 31 beinhaltet ein Getriebe 19 und eine Getriebekupplung 13. Die Getriebe-Steuerungseinheit 31 gibt in einer Regelschleife einen Ist-Zustand ng-Ist des Getriebes 19 an die Phlegmatisierungsstrategie 25 zurück. Der Zustand ng-Ist ist der Ist-Zustand des aktuellen Ganges. Dadurch wird eine aktuelle Lastpunktverschiebung in Abhängigkeit von ng-Ist berücksichtigt.
  • 8 zeigt ein Fahrzeug 1000 mit einer Steuervorrichtung 33, mit der das Verfahren zum Wechseln eines Betriebszustandes (517) ausgeführt wird.
  • Das Verfahren kann um zusätzliche Eingangsgrößen beliebig erweitert werden. Zusätzliche Eingangsgrößen können unter anderem zu erwartende Belastungen, oder zusätzliche Kosten für den Wechsel sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebsstrang
    10
    Verbrennungskraftmaschine
    11
    Elektroantrieb
    12
    Trennkupplung
    13
    Getriebekupplung
    14
    Antriebsachse
    16
    Rad
    17
    Leistungselektronik
    18
    Batterie
    19
    Getriebe
    21
    Dynamische Grenzen
    23
    Kontrollstrategie
    24
    Eingangsgrößen
    25
    Phlegmatisierungsstrategie
    27
    Elektroantrieb-Steuerungseinheit
    29
    Verbrennungskraftmaschinen-Steuereinheit
    31
    Getriebe-Steuerungseinheit
    33
    Steuervorrichtung
    200
    Geschwindigkeitskurve
    201
    Graph Energiebasierte Phlegmatisierung
    203
    Graph Pauschal-Hysterese
    205
    Graph Ohne Optimierung
    400
    Berechnungsschema der Amortisierungszeit
    410
    Energetische Kosten
    411
    Rotationsenergie
    413
    Reibenergie / Kupplungsarbeit
    415
    Aktuierungsenergie
    430
    Energetischer Nutzen
    431
    Traktionsleistung
    450
    Proportionalitätsfaktor
    460
    Amortisierungszeit
    500
    Verfahrensablauf für Betriebszustandswechsel
    501
    Ist-Betriebszustand
    503
    Berechnen energetische Kosten
    505
    Berechnen energetischer Nutzen
    507
    Berechnen Amortisierungszeit
    509
    Ermittlung/Vorauswahl Soll-Betriebszustand
    511
    Zeitmessung zur Ermittlung eines Zeitintervalls Bedingung des energetischen
    513
    Berechnungsverfahrens
    515
    Kein Betriebszustandswechsel
    517
    Betriebszustandswechsel
    519
    Multiplikation Proportionalitätsfaktor Wechsel von Ist- in ausgewählten Soll-
    523
    Betriebszustand
    525
    Neuer Ist-Betriebszustand
    1000
    Fahrzeug
    t
    Zeit
    ZI
    Zeitintervall
    Soll-BZ
    Soll-Betriebszustand
    Ist-BZ
    Ist-Betriebszustand
    BZW
    Betriebszustandswechsel
    MEA
    Soll-Drehmoment Elektroantrieb
    MVKM
    Soll-Drehmoment Verbrennungskraftmaschine
    XK0
    Zustand Trennkupplung
    ng
    Gang eines Getriebes
    v
    Geschwindigkeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 20080040015 A1 [0009]
    • US 20200324754 A1 [0010]
    • DE 102016204657 A1 [0011]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Wechseln eines Ist-Betriebszustandes (501) in einem Fahrzeug (1000), umfassend: Berechnen von energetischen Kosten (503) zum jeweiligen Zeitpunkt eines potenziellen Wechsels von einem Ist-Betriebszustand (501) zu einem Soll-Betriebszustand (509, 523); und Berechnen eines energetischen Nutzens (505), der aus dem potenziellen Wechsel von dem Ist-Betriebszustand (501) zu dem Soll-Betriebszustand (509, 523) resultiert; Berechnen einer potenziellen Amortisierungszeit (507) aus den energetischen Kosten (503) und dem energetischen Nutzen (505); und Vorwählen des Soll-Betriebszustandes (509) zu einem bestimmten Zeitpunkt und jeweils Start einer Zeitmessung zum Ermitteln eines Zeitintervalls (511); und Wechseln aus dem Ist-Betriebszustand (501) in den vorgewählten Soll-Betriebszustand (523), wenn das ermittelte Zeitintervall (511) gleich einer aktuellen Amortisierungszeit (507) ist; wobei die aktuelle Amortisierungszeit (507) die Amortisierungszeit (507) zum Zeitpunkt oder unmittelbar vor dem Zeitpunkt des Betriebszustandswechsels (517) ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zur Berechnung der energetischen Kosten (410, 503) mindestens eine der Rotationsenergien (411), der Reibenergien (413) oder der Aktuierungsenergien (415) berücksichtigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der energetische Nutzen (430, 505) eine Traktionsleistungsdifferenz berücksichtigt, die aus dem potenziellen Wechsel zwischen Ist-Betriebszustand (501) und Soll-Betriebszustand (509, 523) resultiert, wobei zur Berechnung des energetischen Nutzens (505) mindestens zwei Traktionsleistungen (431) berücksichtigt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Amortisierungszeit (507) proportional zum Quotienten aus den energetischen Kosten (410, 503) und dem energetischen Nutzen (430, 505) ist, wobei zur zusätzlichen Optimierung die Amortisierungszeit (507) mit einem Proportionalitätsfaktor (450, 519) multipliziert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die potenzielle Amortisierungszeit (507) in einer bestimmten Frequenz berechnet wird, wobei der Betriebszustandswechsel (517) aus dem vorgewählten Soll-Betriebszustand (509) um die aktuelle Amortisierungszeit (507) multipliziert mit dem Proportionalitätsfaktor (519) verzögert oder unterbunden wird, wobei das Verfahren den Betriebszustandswechsel (517) phlegmatisiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Betriebszustandswechsel (517) ein Moduswechsel in einem Hybridfahrzeug ist, wobei wenigstens zwischen einem rein elektrischen Betrieb (EV) und einem hybridischen Betrieb (HYB) mit Verbrennungskraftmaschine (10) gewechselt wird, und/oder der Betriebszustandswechsel (517) ein Gangwechsel zwischen zwei Gängen in einem Getriebe (19) ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Lastpunktverschiebung zum Berechnen der Amortisierungszeit (507) berücksichtigt wird.
  8. Überbrückungsprogramm, wobei der Betriebszustandswechsel (517) nach dem Verfahren nach Anspruch 1 überbrückt wird, wenn ein Wechsel durch eine Kontrollstrategie (23) unverzüglich ausgeführt wird oder untersagt wird.
  9. Steuervorrichtung (33), die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
  10. Fahrzeug (1000) mit einer Steuervorrichtung (31) nach Anspruch 9.
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