DE10261278B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Drehmomentänderung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Drehmomentänderung eines Fahrzeug-Antriebsstrangs,wobei der Antriebsstrang eine Hauptantriebseinheit (1) und eine Hilfsantriebseinheit (2), welche jeweils zur Erzeugung und Einkopplung eines Drehmoments in den Antriebsstrang ausgestaltet sind, aufweist,wobei eine Anforderung für eine einem bestimmten Solldrehmoment entsprechende Drehmomentänderung des Antriebsstrangs erfasst wird, unddass die Hauptantriebseinheit (1) zur Erzeugung des Solldrehmoments angesteuert wird und gleichzeitig bis zur Erzeugung des Solldrehmoments durch die Hauptantriebseinheit (1) ein zu dem jeweils von der Hauptantriebseinheit (1) erzeugten Drehmoment zusätzliches Drehmoment mittels der Hilfsantriebseinheit (2) erzeugt wird, wobei in Abhängigkeit davon, ob ein Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit (1) über oder unter dem Solldrehmoment liegt, das zusätzliche Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung oder in die gleiche Richtung wirkt wie das Drehmoment,dass das Drehmoment der Hilfsantriebseinheit (2) mit Hilfe von gespeicherten Kennfeldern eingestellt wird, in denen das von der Hilfsantriebseinheit (2) zu liefernde Drehmoment in Abhängigkeit von der Zeit und der Drehmomentänderung gespeichert ist, und dass das Solldrehmoment in Abhängigkeit von einer Anforderung einer Getriebesteuerung (7) bestimmt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehmomentänderung eines Fahrzeug-Antriebsstrangs, beispielsweise zur Verwendung in Kraftfahrzeugen.
  • Bei modernen Fahrzeug-Antriebssystemen werden immer höhere Ansprüche an das Folgeverhalten einer Antriebseinheit gestellt, d.h. eine vorgegebene Drehmomentänderung muss von der in dem Antriebsstrang integrierten Antriebseinheit möglichst schnell umgesetzt werden.
  • Beispielsweise ist es bei modernen Getrieben wichtig, dass einer Drehmomentsanforderung einer Getriebesteuerung möglichst schnell Folge geleistet wird, um ein ruckfreies Schalten zu ermöglichen.
  • Bei Verbrennungsmotoren, die mit einem Turbolader ausgestattet sind, stellt sich häufig das Problem, dass ein Ladedruck, der durch eine Turbine erzeugt wird, nicht schnell genug aufgebaut werden kann, wenn beispielsweise durch das Betätigen eines Gaspedales durch einen Fahrer ein höheres Drehmoment gewünscht wird. Dieses Verhalten wird auch als „Turboloch“ bezeichnet. Somit kann hier das von dem Verbrennungsmotor erzeugte Drehmoment dem vom Fahrer gewünschten Drehmoment nicht schnell genug folgen.
  • Zur Vermeidung dieses Turbolochs wird in der GB 1 396 082 A vorgeschlagen, die Turbine zur schnelleren Erhöhung des Ladedrucks mit einem Hilfsmotor auszustatten. Dies hilft zwar, das „Turboloch“ bei einer vom Fahrer gewünschten Drehmomenterhöhung zu verringern, verbessert aber das Folgeverhalten des Verbrennungsmotors insbesondere auch bei Drehmomentverringerungen nicht.
  • Die US 6 123 163 A beschreibt eine Steuervorrichtung für ein Hybridfahrzeug. Dabei wird in einem Flußplan auch der Fall berücksichtigt, dass das Solldrehmoment kleiner als ein Gesamtdrehmoment ist. In diesem Fall kann von einem Generator eine Bremskraft auf das Gesamtdrehmoment aufgebracht werden.
  • Aus der DE 199 20 122 A1 ist ein Regler für eine hybride Kraftübertragung bekannt, bei welchem ein Teil einer zu liefernden Leistung von einer Dieselmaschine und ein Rest der Leistung von einem Elektromotor geliefert wird. Wenn das maximale Drehmoment beispielsweise nicht durch die Dieselmaschine allein werden kann, fügt der Elektromotor Leistung hinzu. Hierdurch soll ein konsistent empfundenes Pedalverhalten erzielt werden.
  • Aus der DE 100 42 414 A1 ist es bekannt, einen Hilfselektromotor mittels eines sogenannten Supercaps zu versorgen, wobei dies beispielsweise zum Ausgleich von Zugkraftunterbrechungen, beispielsweise bei dem oben erwähnten Turboloch, geschehen kann.
  • Weiter Vorrichtungen, bei welchen eine Brennkraftmaschine sowie ein Elektromotor gemeinsam benutzt werden können, um Leistung zu liefern, sind aus der DE 197 20 716 A1 oder der DE 100 45 699 A1 bekannt.
  • Die DE 100 38 181 A1 offenbart ein Verfahren und eine Einrichtung zum Ermitteln von Drehmomentsollwerten für Antriebsaggregate in Kraftfahrzeugen mit mindestens zwei Antriebsaggregaten.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, womit eine Verbesserung des Folgeverhaltens einer Antriebseinheit eines Fahrzeug-Antriebsstrangs erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 bzw. eine Vorrichtung nach Anspruch 6. Die Unteransprüche definieren jeweils vorteilhafte oder bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, bei einem Fahrzeug-Antriebsstrang, welcher eine Hauptantriebseinheit und eine Hilfsantriebseinheit jeweils zur Erzeugung und Einkopplung eines Drehmoments in den Antriebsstrang aufweist, eine Anforderung für eine einem bestimmten Solldrehmoment entsprechende positive oder negative Drehmomentänderung des Antriebsstrangs zu erfassen und die Hauptantriebseinheit zur Erzeugung des Solldrehmoments anzusteuern und gleichzeitig mittels der Hilfsantriebseinheit bis zur Erzeugung des Solldrehmoments durch die Hauptantriebseinheit ein zu dem jeweils von der Hauptantriebseinheit erzeugten Drehmoment zusätzliches positives oder negatives Drehmoment zu erzeugen. Durch dieses zusätzliche Drehmoment wird das Folgeverhalten des Antriebsstrangs verbessert, da ein verzögertes Folgeverhalten der Hauptantriebseinheit durch die Hilfsantriebseinheit ausgeglichen werden kann.
  • Die Anforderung für eine Drehmomentänderung geht von einer Getriebesteuerung aus, oder kann optional auch von einem durch einen Fahrer betätigbaren Steuerelement wie einem Gaspedal ausgehen. Die Hauptantriebseinheit kann beispielsweise einen Verbrennungsmotor mit Turbolader sein, die Hilfsantriebseinheit ein Elektromotor.
  • Vorteilhaft wird als dieser Elektromotor ein in dem Fahrzeug zum Anlassen der Hauptantriebseinheit und zur Erzeugung von elektrischem Strom vorhandener Starter-Generator verwendet. Somit ist keine zusätzliche Hardware nötig.
  • Zur Vermeidung des so genannten „Turbolochs“ kann die Hilfsantriebseinheit insbesondere so lange das zusätzliche Drehmoment erzeugen, bis der Turbolader einen zur Erzeugung des Solldrehmoments nötigen Ladedruck erreicht hat.
  • Die Ansteuerung der Hilfsantriebseinheit kann dabei als Regelung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem momentanen Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit und dem Solldrehmoment erfolgen, es ist aber auch eine reine Steuerung möglich. Im Falle der Steuerung wird das Drehmoment der Hilfsantriebseinheit in Abhängigkeit von dem Solldrehmoment und einer Differenz zwischen einem Ausgangsdrehmoment der Hauptantriebseinheit bzw. des Antreibsstrangs und dem Solldrehmoment eingestellt. Zur Ansteuerung der Hilfsantriebseinheit werden gespeicherte Kennfelder herangezogen, in denen das von der Hilfsantriebseinheit zu liefernde Drehmoment in Abhängigkeit von der Zeit und der jeweiligen Drehmomentänderung gespeichert ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
    • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels und
    • 2 Kennlinien eines Drehmomentsverlaufs bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und bei Verwendung einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
  • In 1 ist eine Vorrichtung zur Drehmomentänderung eines Fahrzeugantriebsstrangs gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.
  • Der Antriebsstrang dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels umfasst eine Hauptantriebseinheit 1, eine Hilfsantriebseinheit 2, eine elektrischen Maschine 3, ein Getriebe 4 und ein Fahrwerk 5 eines Fahrzeugs. Die Hauptantriebseinheit 1 kann dabei beispielsweise ein Verbrennungsmotor, insbesondere ein Verbrennungsmotor mit Turbolader, sein. Die Hilfsantriebeinheit 2 kann beispielsweise ein Elektromotor, welcher bevorzugt ein schnelles Folgeverhalten auf Drehmomentanforderungen aufweist, sein. Die elektrische Maschine 3 kann eine Lichtmaschine oder ein so genannter Starter-Generator sein, der sowohl als Lichtmaschine, d.h. zur Erzeugung elektrischer Energie, als auch zum Anlassen der Hauptantriebseinheit 1 verwendet wird. Bevorzugt wird eine als Starter-Generator ausgebildete elektrische Maschine 3 gleichzeitig als Hilfsantriebseinheit 2 verwendet. Somit ist keine eigene Hilfsantriebseinheit 2 nötig. Das von der Hauptantriebseinheit 1 und der Hilfsantriebseinheit 2 erzeugte Drehmoment wird mit Hilfe des Getriebes 4 auf das Fahrwerk 5 übertragen. Die Übertragung des erzeugten Drehmoments kann sowohl auf zwei als auch auf alle vier Räder stattfinden.
  • Als Getriebe kann dabei beispielsweise das in der DE 199 41 705 A1 vorgeschlagene Getriebe oder ein anderes Getriebe, welches mehrere Drehmomente zusammenfassen kann, verwendet werden.
  • Die Hauptantriebseinheit 1, die Hilfsantriebseinheit 2 und die elektrische Maschine 3 werden von Steuermitteln 6, beispielsweise einem Motorsteuergerät (MSG), gesteuert und können auch an diese Signale über ihren Betriebszustand senden. Das Getriebe 4 wird durch eine Getriebesteuerung 7 gesteuert. Die Steuermittel 6 stehen mit der Getriebesteuerung 7 und/oder mit einem von einem Fahrer betätigbaren Steuerelement 8 in Verbindung. Bei dem Steuerelement 8 kann es sich beispielsweise um das Gaspedal des Fahrzeugs handeln. In Abhängigkeit von der Stellung des Steuerelements 8, also beispielsweise der Stellung des Gaspedals, oder in Abhängigkeit von einer Anforderung der Getriebesteuerung 7 wird ein Solldrehmoment ermittelt, welches dem Getriebe 4 von der Hauptantriebseinheit 1 und der Hilfsantriebeinheit 2 zugeführt werden soll. Es ist angestrebt, dass dieses Solldrehmoment alleine von der Hauptantriebseinheit 1 aufgebracht wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Hauptantriebseinheit 1 daher zur Erzeugung des Solldrehmoments angesteuert. Da die Drehmomentänderung der Hauptantriebseinheit 1 gegebenenfalls einige Zeit in Anspruch nimmt, wird zur schnelleren Lieferung des Solldrehmoments an das Getriebe 4 gleichzeitig die Hilfsantriebseinheit 2 so angesteuert, dass sie ein zusätzliches Drehmoment liefert. Dieses zusätzliche Drehmoment verringert den Unterschied zwischen dem Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit 1 und dem gewünschten Solldrehmoment. Das von der Hilfsantriebeinheit 2 erzeugte Drehmoment kann sowohl in dieselbe Richtung wie das Drehmoment der Hauptantriebseinheit 1 wirken als auch in die entgegengesetzte Richtung, je nachdem, ob das Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit 1 über oder unter dem Solldrehmoment liegt.
  • Die Ansteuerung der Hilfsantriebeinheit 2 kann dabei in Form einer Regelung oder in Form einer reinen Steuerung erfolgen. Im Falle einer Regelung wird das jeweils momentan von der Hauptantriebseinheit 1 gelieferte Istdrehmoment mit dem zu erreichenden Solldrehmoment verglichen und die Hilfsantriebseinheit 2 so angesteuert, dass der Unterschied zwischen dem Istdrehmoment und dem Solldrehmoment möglichst weitgehend ausgeglichen wird.
  • Im Falle einer reinen Steuerung kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass der zeitliche Verlauf des Istdrehmoments der Hauptantriebseinheit 1 für eine bestimmte Drehmomentänderung von einem Ausgangsdrehmoment auf das Solldrehmoment immer gleich ist. Dieser zeitliche Verlauf, welcher somit die mögliche Drehmomentänderung der Hauptantriebseinheit zeitabhängig beschreibt und somit auch das von der Hilfsantriebseinheit zusätzlich zu liefernde Drehmoment angibt, kann beispielsweise in Form von Kennlinienfeldern in den Steuermitteln 6 gespeichert sein. Die Hilfsantriebseinheit 2 wird dann gemäß diesem vorher bekannten zeitlichen Verlauf angesteuert, wiederum, um den Unterschied zwischen dem Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit und dem gewünschten Solldrehmoment möglichst gut auszugleichen.
  • Es kann auch eine Kombination dieser Steuerung mit einer Regelung verwendet werden, um Abweichungen ausgleichen zu können.
  • In 2 ist der zeitliche Verlauf einer Drehmomentänderung beispielhaft für den Fall, dass die Anforderung für die Drehmomentänderung durch eine Betätigung eines Gaspedals durch einen Fahrer erfolgt und die Hauptantriebseinheit ein Verbrennungsmotor mit Turbolader ist, dargestellt.
  • Eine Kurve 9 zeigt dabei den Verlauf der Stellung des Gaspedals. Ab einem Zeitpunkt t0 beginnt der Fahrer, das Gaspedal mehr und mehr herunterzudrücken, bis es eine Endstellung erreicht. Aus diesem Verlauf der Gaspedalstellung ermitteln die Steuermittel 6 für jeden Zeitpunkt ein Solldrehmoment. Der Verlauf des Solldrehmoments ist mittels einer Kurve 10 dargestellt. Die Steuermittel 6 steuern die Hauptantriebseinheit 1 zur Erzeugung des Solldrehmoments an. Ab einem Zeitpunkt t1 vermag das Drehmoment der Hauptantriebseinheit 1 dem Solldrehmoment nicht mehr zu folgen. Erst zu einem späteren Zeitpunkt t2 wird das Solldrehmoment von der Hauptantriebseinheit 1 erreicht. Dies kann beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor mit Turbolader daher kommen, dass die bei einem derartigen Verbrennungsmotor vorgesehene Turbine nicht schnell genug den nötigen Ladedruck erzeugen kann. Diesen Effekt bezeichnet man, wie zuvor beschrieben, auch als „Turboloch“. Dieser Bereich des „Turbolochs“ ist in der 2 symbolhaft als schraffierte Fläche 13 dargestellt. Um die Differenz zwischen Solldrehmoment und dem Drehmoment der Hauptantriebseinheit auszugleichen, steuern die Steuermittel 6 die Hilfsantriebseinheit 2 so an, dass diese ein zusätzliches Drehmoment erzeugt. Der Verlauf dieses zusätzlichen Drehmoments ist mittels einer Kurve 12 dargestellt. Damit erzeugt die Hilfsantriebseinheit 2 zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 genau das nötige Drehmoment, um die Differenz zwischen dem Solldrehmoment und dem Drehmoment der Hauptantriebseinheit 1 auszugleichen. Das Gesamtdrehmoment folgt somit im Wesentlichen dem Solldrehmoment, und der Effekt des „Turbolochs“ wird ausgeglichen. Der Fahrer merkt somit, dass der Motor unmittelbar seiner Anforderung folgt.
  • In analoger Weise wäre der Verlauf für eine von der Getriebesteuerung 7 angeforderte Drehmomentänderung. Dabei kann die Hilfsantriebseinheit 2 auch ein Drehmoment, welches gegenüber dem Drehmoment der Hauptantriebseinheit 1 ein entgegengesetztes Vorzeichen hat, erzeugen. Dies ist nötig, falls das Drehmoment der Hauptantriebseinheit 1 über dem Solldrehmoment liegt.
  • Insgesamt wird somit durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. durch die erfindungsgemäße Vorrichtung das Folgeverhalten des Antriebsstrangs stark verbessert. Der Antriebsstrang kann wesentlich schneller auf Anforderungen zur Drehmomentänderung reagieren, als es bei einem herkömmlichen Antriebsstrang mit nur einer Antriebseinheit der Fall wäre.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hauptantriebseinheit
    2
    Hilfsantriebseinheit
    3
    Elektrische Maschine
    4
    Getriebe
    5
    Fahrwerk
    6
    Motorsteuerung
    7
    Getriebesteuerung
    8
    Fahrpedal
    9
    Verlauf Gaspedalstellung
    10
    Verlauf Solldrehmoment
    11
    Verlauf Drehmoment Hauptantriebseinheit
    12
    Verlauf Drehmoment Hilfsantriebseinheit
    13
    „Turboloch“
    t0-t2
    Zeitpunkte

Claims (11)

  1. Verfahren zur Drehmomentänderung eines Fahrzeug-Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang eine Hauptantriebseinheit (1) und eine Hilfsantriebseinheit (2), welche jeweils zur Erzeugung und Einkopplung eines Drehmoments in den Antriebsstrang ausgestaltet sind, aufweist, wobei eine Anforderung für eine einem bestimmten Solldrehmoment entsprechende Drehmomentänderung des Antriebsstrangs erfasst wird, und dass die Hauptantriebseinheit (1) zur Erzeugung des Solldrehmoments angesteuert wird und gleichzeitig bis zur Erzeugung des Solldrehmoments durch die Hauptantriebseinheit (1) ein zu dem jeweils von der Hauptantriebseinheit (1) erzeugten Drehmoment zusätzliches Drehmoment mittels der Hilfsantriebseinheit (2) erzeugt wird, wobei in Abhängigkeit davon, ob ein Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit (1) über oder unter dem Solldrehmoment liegt, das zusätzliche Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung oder in die gleiche Richtung wirkt wie das Drehmoment, dass das Drehmoment der Hilfsantriebseinheit (2) mit Hilfe von gespeicherten Kennfeldern eingestellt wird, in denen das von der Hilfsantriebseinheit (2) zu liefernde Drehmoment in Abhängigkeit von der Zeit und der Drehmomentänderung gespeichert ist, und dass das Solldrehmoment in Abhängigkeit von einer Anforderung einer Getriebesteuerung (7) bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment der Hilfsantriebseinheit (2) in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen einem momentanen Istdrehmoment der Hauptantreibseinheit (1) und dem Solldrehmoment eingestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmoment der Hilfsantriebseinheit (2) in Abhängigkeit von dem Solldrehmoment und einer Differenz zwischen einem Ausgangsdrehmoment der Hauptantriebseinheit (1) zum Zeitpunkt der Anforderung der Drehmomentänderung und dem Solldrehmoment eingestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hauptantriebseinheit (1) ein Verbrennungsmotor mit Turbolader ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsantriebseinheit (2) so lange das zusätzliche Drehmoment erzeugt, bis der Turbolader einen zur Erzeugung des Solldrehmoments nötigen Ladedruck erreicht hat.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment in Abhängigkeit von einer Stellung eines von einem Fahrer betätigbaren Steuerelements (8) bestimmt wird.
  6. Vorrichtung zur Drehmomentänderung eines Fahrzeug-Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang eine Hauptantriebseinheit (1) und eine Hilfsantriebseinheit (2), welche jeweils zur Erzeugung und Einkopplung eines Drehmoments in den Antriebsstrang ausgestaltet sind, aufweist, und wobei Steuermittel (6) zur Steuerung der Hauptantriebseinheit (1) und der Hilfsantriebseinheit (2) vorgesehen sind, wobei die Steuermittel (6) derart ausgestaltet sind, dass sie eine Anforderung für eine einem bestimmten Solldrehmoment entsprechende Drehmomentänderung erfassen und dass die Steuermittel (6) derart ausgestaltet sind, dass sie die Hauptantriebseinheit (1) zur Erzeugung des Solldrehmoments ansteuern und gleichzeitig die Hilfsantriebseinheit (2) bis zur Erzeugung des Solldrehmoments durch die Hauptantriebseinheit (1) so ansteuern, dass die Hilfsantriebseinheit (2) ein zu dem jeweils von der Hauptantriebseinheit (1) erzeugten Drehmoment zusätzliches Drehmoment erzeugt, wobei in Abhängigkeit davon, ob ein Istdrehmoment der Hauptantriebseinheit (1) über oder unter dem Solldrehmoment liegt, das zusätzliche Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung oder in die gleiche Richtung wirkt wie das Drehmoment, dass die Steuermittel (6) das Drehmoment der Hilfsantriebseinheit (2) mit Hilfe von gespeicherten Kennfeldern einstellen, in denen das von der Hilfsantriebseinheit (2) zu liefernde Drehmoment in Abhängigkeit von der Zeit und der Drehmomentänderung gespeichert ist, und dass die Steuermittel (6) so ausgestaltet sind, dass sie das Solldrehmoment in Abhängigkeit von einer Anforderung einer Getriebesteuerung (7) bestimmen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptantriebseinheit (1) ein Verbrennungsmotor mit einem Turbolader ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsantriebseinheit (2) ein Elektromotor ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor gleichzeitig als Starter-Generator (3) für die Hauptantriebseinheit (1) fungiert.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Fahrer betätigbares Steuerelement (8) derart mit den Steuermitteln (6) verschaltet ist und die Steuermittel (6) so ausgestaltet sind, dass sie das Solldrehmoment in Abhängigkeit von einer Stellung des Steuerelements (8) bestimmen.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgestaltet ist.
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