DE10393778T5 - Verfahren und System zur Bestimmung des zum In-Bewegung-Setzen eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang erforderlichen Drehmomentes - Google Patents

Verfahren und System zur Bestimmung des zum In-Bewegung-Setzen eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang erforderlichen Drehmomentes Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentes, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem verwendet, das wenigstens zwei Antriebsmaschinen enthält, wobei das Verfahren aufweist, dass
der Wert wenigstens eines Steuerparameters bestimmt wird, der eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet;
das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment aus dem wenigstens einen bestimmten Steuerparameter ermittelt wird;
das von den Antriebsmaschinen verfügbare Drehmoment mit dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment verglichen wird und
der Betrieb der Antriebsmaschinen gesteuert/geregelt wird, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleichsschritt in Bewegung zu setzen.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hybridantriebsstrangsysteme für Kraftfahrzeuge und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, und zur Steuerung der Betriebsweise des Hybridantriebsstrangs entsprechend dem erforderlichen Drehmoment.
  • Ein Hybrid-Direktantriebsstrangsystem enthält gewöhnlich einen Verbrennungsmotor mit vermindertem Leistungsvermögen, beispielsweise einen Dieselmotor, der parallel zu einer zweiten Antriebsmaschine, beispielsweise einem Elektro- oder Hydraulikmotor, betrieben wird. Im Vergleich zu dem Verbrennungsmotor, der in einem herkömmlichen Fahrzeugantriebstrangsystem eingesetzt wird, d.h. einem Antriebsstrangsystem, das lediglich einen Verbrennungsmotor verwendet, weist ein Verbrennungsmotor in einem Hybridan triebsstrangsystem ein vermindertes Drehmomentabgabevermögen auf, weil seine Drehmomentabgabe durch die zweite Antriebsmaschine ergänzt werden kann. Demgemäß ist ein Hybridantriebsstrangsystem nur begrenzt in der Lage, das Fahrzeug unter Verwendung einer einzigen Antriebsmaschine unabhängig von der anderen in Bewegung zu setzen, insbesondere wenn das Fahrzeug auf einer Steigung gestartet wird. Um die Fähigkeit zum In-Bewegung-Setzen eines Hybridfahrzeugs unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu erhalten, insbesondere wenn lediglich eine der Antriebsmaschinen wirksam ist, wäre es vorteilhaft, zunächst das Drehmoment zu bestimmen, das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlich ist. Das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment könnte anschließend dazu verwendet werden zu ermitteln, ob die Kraftmaschine und der Motor gleichzeitig betrieben werden sollten, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen.
  • Es gibt unterschiedliche Fahrzeugbetriebsbedingungen, die das zum In-Bewegung-Setzen oder Losfahren eines Fahrzeugs erforderliche Drehmoment beeinflussen. Zu den Bedingungen, die einen größeren Einfluss haben, zählen das Fahrzeugbruttogesamtgewicht (GCW, gross combined vehicle weight) und die Steigung oder Neigung der Fahrbahn, auf der das Fahrzeug ruht. Wenn diese beiden Hauptbedingungen bekannt sind, ist es möglich, das Raddrehmoment festzustellen, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Während die Steigung der Fahrbahn unmittelbar mit einem Neigungsmesser gemessen werden kann, ist das GCW nicht so leicht verfügbar.
  • Automatisierte Fahrzeugsysteme, die das GCW als ein Steuerparameter verwenden und/oder eine Logik haben, um das GCW zu bestimmen, sind aus den US-Patentschriften Nr. 5 272 939 , 5 335 566 , 5 487 005 und 5 490 063 ersichtlich, deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme ausdrücklich mit aufgenommen sind. Ein System zum Rücksetzen des hochgefilterten Wertes des Fahrzeugbruttogesamtgewichtes GCW bei der Erfassung von Bedingungen, die dafür kennzeichnend sind, dass sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, und/oder wenn der hochgefilterte Wert (GCWCP) von einem wenig gefilterten Testwert (GCWTST) um mehr als einen vorbestimmten Wert abweicht, ist aus der US-Patentschrift 5 491 630 ersichtlich, deren gesamte Beschreibung hier ebenfalls durch ausdrückliche Bezugnahme mit aufgenommen ist.
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  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Im Lichte des Vorstehenden ist durch die vorliegende Erfindung ein Verfahren und System zur Bestimmung des Drehmomentes, das zum In-Bewegung-Setzen eines ein Hybridantriebstrangsystem verwenden Fahrzeugs erforderlich ist, und zur Verwendung des bestimmten Drehmomentes zur Steuerung der Betriebsweise der Fahrzeugantriebsmaschinen geschaffen. Das Verfahren enthält die Schritte, dass der Wert für wenigstens einen Steuerparameter bestimmt wird, der eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet, dass von dem wenigstens einen bestimmten Steuerparameter das Drehmoment, das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlich ist, ermittelt wird, dass das von den Antriebsmaschinen verfügbare Drehmoment mit dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment verglichen wird und dass der Betrieb der Antriebsmaschinen gesteuert/geregelt wird, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleichsschritt in Bewegung zu setzen. Durch die vorliegende Erfindung ist ferner ein System geschaffen, das eine Steuereinheit enthält, die dazu konfiguriert ist, die Schritte der oben erläuterten Art auszuführen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung bestimmt das System zunächst einen Wert für wenigstens einen Steuerparameter, beispielsweise einen Steuerparameter, der das Fahrzeugbruttogesamtgewicht, die Straßenneigung oder den Rollwiderstand des Fahrzeugs kennzeichnet. Ausgehend von dem wenigstens einen Steuerparameter wird anschließend das Drehmoment ermittelt, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Nach einer Bestimmung, welche der Antriebsmaschinen sich in Betrieb befindet, wird das von der im Betrieb befindlichen Antriebsmaschine verfügbare Drehmoment mit dem Drehmoment verglichen, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Die Betriebsweise der Antriebsmaschinen wird anschließend gesteuert/geregelt, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment und dem von den Antriebsmaschinen verfügbaren Ausgangsdrehmoment in Bewegung zu setzen.
  • Unterschiedliche zusätzliche Aspekte dieser Erfindung erschließen sich für einen Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
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  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Hybrid-Fahrzeugantriebsstrangsystems, das das Steuerungssystem und -verfahren gemäß der vorliegenden Er findung verwendet.
  • 2 zeigt in Form eines Flussdiagramms eine schematische Darstellung eines Steuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, das dazu dient, das Drehmoment, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem verwendet, in Bewegung zu setzen, zu bestimmen und das bestimmte Drehmomente zur Steuerung des Betriebs der Fahrzeugantriebsmaschinen zu verwenden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Für die Zwecke der Veranschaulichung ist das Verfahren/System gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben, als sei es einem Hybrid-Fahrzeugantriebsstrang zugeordnet, der ein automatisiertes mechanisches Getriebe und wenigstens zwei unabhängig voneinander betreibbare Antriebsmaschinen, beispielsweise einen Elektromotor/Generator und einen Verbrennungsmotor oder eine Verbrennungsmaschine, aufweist. Es ist jedoch verständlich, dass das System/Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auch in Hybrid-Antriebsstrangsystemen anderer Art eingesetzt werden kann, beispielsweise in solchen Systemen, die in Kombination mit dem Elektromotor/-generator oder anstelle dessen einen Hydraulikmotor/eine Hydraulikpumpe verwenden.
  • Bezugnehmend auf 1 ist ein Hybrid-Fahrzeugantriebsstrangsystem 20 veranschaulicht, das ein mehrgängiges Getriebe 22 mit einer Hauptgetriebegruppe 24 aufweist, die gegebenenfalls aber nicht notwendigerweise mit einer Hilfsgetriebegruppe 26 einer Split-Bauart in Reihe verbunden sein kann. Getriebe, die dem mechanischen Getriebe 24 ähn lich sind, sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und aus den US-Patentschriften Nr. 3 105 395 , 3 283 613 und 4 754 665 ersichtlich, deren Beschreibungen hier durch Bezugnahme mit aufgenommen sind.
  • Das Getriebe 22 ist über eine Hauptreibungskupplung 30 mit einer ersten Antriebsmaschine 28 antriebsmäßig verbunden. Die erste Antriebsmaschine 28 kann viele Formen einnehmen, einschließlich eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors, ohne darauf beschränkt zu sein. In der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform funktioniert die erste Antriebsmaschine 28 als ein Verbrennungsmotor, der eine Kurbelwelle 32 aufweist, die an einem Eingangsglied 34 der Hauptreibungskupplung 30 angebracht ist. Das Eingangsglied 34 kommt mit einem Ausgangsglied 36 reibschlüssig in Eingriff und außer Eingriff, das an einer Eingangswelle 38 des Getriebes 22 befestigt ist.
  • Das Fahrzeugantriebsstrangsystem 20 enthält vorzugsweise wenigstens einen Drehzahlsensor 42 zur Erfassung der Motordrehzahl (ES), einen Sensor 44 zur Erfassung der Eingangswellendrehzahl (IS) und einen Sensor 46 zur Erfassung der Ausgangswellendrehzahl (OS) und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale. Die eingerückten und ausgerückten Zustände der Kupplung 30 können mittels eines Positionssensors erfasst oder durch Vergleich der Drehzahlen des Motors (ES) und der Eingangswelle (IS) bestimmt werden. Ein Sensor 47 ist ferner dazu vorgesehen, einen Fahrpedalbetriebsparameter, beispielsweise die Fahrpedalstellung, zu erfassen und ein hierfür kennzeichnendes Ausgangssignal (THL) bereitzustellen.
  • Die erste Antriebsmaschine 28 kann elektronisch ge steuert oder geregelt sein und einen elektronischen Controller 48 enthalten, der über einen elektronischen Datenlink (DL) kommuniziert, der gemäß einem Industriestandardprotokoll, beispielsweise SAE J-1922, SAE J-1939, ISO 11898 oder dergleichen, arbeitet. Ein X-Y-Schaltaktuator 50 kann vorgesehen sein, um die Hauptgruppe und/oder Hilfsgruppe des Getriebes automatisiert oder elektronisch gesteuert (per Draht, Shift-by-wire) zu schalten. Ein Schaltselektor 51 ermöglicht dem Fahrzeugführer, einen Betriebsmodus auszuwählen, und liefert ein hierfür kennzeichnendes Signal GRT. Alternativ kann ein von Hand betätigter Gangschalthebel 52 mit einem daran angeordneten Schaltknauf 54 vorgesehen sein, der in einem bekannten Schaltschema manuell betätigt wird, um unterschiedliche Gangstufen gezielt einzurücken und auszurücken. Der Schaltknauf 54 kann einen (nicht veranschaulichten) Schaltabsichtsschalter enthalten, durch den Fahrzeugführer eine automatische Kraftstoffzufuhrsteuerung für den Motor anweist, eine Drehmoment induzierte Sperre aufzuheben und eine Schaltung in die Leerlaufstellung des Getriebes zuzulassen.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform, wie sie in 1 veranschaulicht ist, wird eine zweite Antriebsmaschine 49, beispielsweise ein elektrischer Motor/Generator, parallel zu der ersten Antriebsmaschine 28 betrieben und ist im Wesentlichen zwischen der Kupplung 30 und dem Getriebe 22 angeordnet. In dem Fahrzeugantriebsstrangsystem 20 kann ferner ein Drehzahlsensor 43 zur Erfassung der Motordrehzahl (MS) und zur Bereitstellung hierfür kennzeichnender Signale enthalten sein. Es ist leicht erkennbar, dass das Verfahren/System gemäß der vorliegenden Erfindung auch im Zusammenhang mit Hybrid-Antriebsstrangsystemen eingesetzt werden kann, die andere Konfigurationen als die in 1 veranschaulichte aufweisen, beispielsweise mit einem Hybridantriebsstrangsystem, das ein mechanisches Getriebe mit einer Doppelvorgelegewelle und keine Hauptkupplung verwendet.
  • Das System 20 enthält ferner eine Steuereinheit 60, und insbesondere eine elektronische Steuereinheit ("ECU"), beispielsweise eine Mikroprozessor basierte elektronische Steuereinheit. Die ECU 60 nimmt Eingangssignale 64 von den Sensoren 42, 43, 44 und 46 entgegen und verarbeitet diese Signale entsprechend vorbestimmten logischen Regeln, um Ausgangsbefehlssignale 66 an Systemaktuatoren, beispielsweise den Motorcontroller 48, den Motor/Generator 49 und dergleichen, abzugeben.
  • Es können ein oder mehrere Motordrehmomentgrenzwerte auf dem Datenlink (DL) befohlen oder aus diesem ausgelesen werden. Beispielsweise ermöglichen Datenlinks, die mit dem SAE J-1939 oder einem ähnlichen Protokoll konform sind, der ECU 60, Befehle über den Datenlink (DL) auszugeben, damit der Motor auf eine beliebige von unterschiedlichen Arten mit Kraftstoff versorgt wird, beispielsweise (i) entsprechend der vom Fahrzeugführer vorgenommenen Anwendung des Fahrpedals, (ii) um eine befohlene oder Zieldrehzahl des Motors zu erreichen (ES=EST), (iii) um ein befohlenes oder Zielmoment des Motors zu erzielen (ET=ETT) und (iv) um die Motordrehzahl und das Motordrehmoment unterhalb von Grenzwerten zu halten (ES<ESMAX und ET<ETMAX). Viele Eingangs-/Datensignale, beispielsweise die Motordrehzahl (ES), das Motordrehmoment (ET) und dergleichen, können auch über den Datenlink (DL) übermittelt werden. In dem hier verwendeten Sinne bezieht sich das Motordrehmoment auf einen Wert, der ein Motordrehmoment, gewöhnlich das Motorbruttogesamtmoment kennzeichnet, von dem aus ein Ausgangs- oder Schwungradmoment berechnet oder geschätzt werden kann.
  • Entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System/Verfahren geschaffen, das dazu eingerichtet ist, das Drehmoment zu bestimmen, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem, beispielsweise das System 20, verwendet, und das bestimmte Drehmoment dazu zu verwenden, um die Betriebsweise der ersten und der zweiten Antriebsmaschine 28, 49 zu steuern/regeln. Das zum In-Bewegung-Setzen oder Losfahren des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment wird unter Verwendung wenigstens eines Steuerparameters ermittelt, der eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet. Steuerparameter, die zur Bestimmung des zum Losfahren des Fahrzeugs erforderlichen Drehmomentes, geeignet sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, einen das Fahrzeugbruttogesamtgewicht (GCW) kennzeichnenden Steuerparameter, einen die Fahrbahnsteigung kennzeichnenden Steuerparameter und wenigstens einen Steuerparameter, der den gesamten Rollwiderstand des Fahrzeugs kennzeichnet.
  • Für die Zwecke der Bestimmung des Fahrzeugbruttogesamtgewichtes GCW und/oder zur Bereitstellung von Informationen an unterschiedliche Fahrzeugsysteme können der Eingangswellendrehzahlsensor 44, der Kraftmaschinendrehzahlsensor 42, der Motordrehzahlsensor 43 und/oder der Ausgangswellendrehzahlsensor 46 eingesetzt werden. Informationen über die Motordrehzahl und/oder die Ausgangswellendrehzahl werden vorzugsweise über den Datenlink DL übertragen. Die Signale (OS) von dem Drehzahlsensor 46 und sonstigen Sensoren können nach der Zeit abgeleitet werden, um Signale (dOS/dt) mit einem Wert bereitzustellen, der die Fahrzeug beschleunigung und dergleichen kennzeichnet. Die ECU 60 enthält vorzugsweise Logikelemente oder Logikregeln zur Differenzierung unterschiedlicher Eingangssignale in Bezug auf die Zeit. Alternativ kann eine gesonderte ECU zur GCW-Bestimmung vorgesehen sein oder die logischen Regeln zur Bestimmung des GCW des Fahrzeugs können in dem Motorcontroller 48 oder einer weiteren System-ECU enthalten sein.
  • Der Ausgangswellendrehzahlsensor 46 kann durch ein Raddrehzahlsignal von einem ABS-System und/oder durch Sensoren, die die Eingangswellendrehzahl und die Getriebegangstufe kennzeichnen, und/oder durch ein die Fahrzeuggeschwindigkeit kennzeichnendes Signal, beispielsweise von dem Fahrzeugtachometer, ersetzt sein. Es kann angenommen werden, dass die Eingangswellendrehzahl (IS) gleich der Motordrehzahl (ES) ist, die auf dem Datenlink DL verfügbar ist, wenn sich die Kupplung 30 vollständig in Eingriff befindet. Die Gangstufe oder -übersetzung (GR) kann von Positionssensoren oder dergleichen bestimmt werden, die dem Getriebeschaltaktuator 50 zugeordnet sind, oder sie kann von der Ausgangswellen- und Eingangswellendrehzahl berechnet werden (GR=IS/OS). Beispielsweise kann eine eingelegte Gangstufe bestimmt werden, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer hinweg ES (=IS) gleich OS*GR bei bekannter GR ist. In ähnlicher Weise kann die Ausgangswellendrehzahl aus der Eingangswellendrehzahl und der Gangstufe bzw. dem Übersetzungsverhältnis bestimmt werden (OS=IS/GR).
  • Das GCW des Fahrzeugs kann unter Verwendung der von einem elektronischen Datenlink des Motors (SAE J1922 oder J1939 Protokoll) vorhandenen Information und/oder unter Verwendung einer Information von unterschiedlichen Sensoren, wie beispielsweise Signalen, die das Motor-/Antriebs rad-Drehmoment kennzeichnen sowie einem Signal, der die Fahrzeuggeschwindigkeit oder Ausgangswellendrehzahl kennzeichnet. Beispielsweise kann in einer bevorzugten Ausführungsform mathematisch bewiesen werden, dass für zwei Zeitpunkte t1 und t2, die nahe (innerhalb von Sekunden) aneinander liegen, gilt: T1 – T2 = C×W×(A1 – A2),wobei:
    Ti = Raddrehmoment zum Zeitpunkt ti;
    C = Rollradius/Gravitationskonstante;
    W = Bruttogesamtgewicht und
    Ai = Fahrzeugbeschleunigung zum Zeitpunkt ti.
  • Der Beweis für diese Beziehung ist der vorerwähnten US-Patentschrift 5 491 630 entnehmbar. Basierend auf dieser Beziehung kann ein Wert, der dem GCW sehr nahe kommt (innerhalb ungefähr 2000–3000 Pfund), aus dem folgenden Ausdruck bestimmt werden: GCW = W = (T1 – T2) ÷ ((A1 – A2)*C).
  • Um Fehler zu minimieren können ferner mehrere GCW-Werte mit einem GCWCP bestimmt werden, der gleich einem Mittelwert ist:
    Figure 00110001
  • Es ist festgestellt worden, dass bei Vollendung eines Hochschaltvorgangs genauere Bestimmungen des GCW erhalten werden können, speziell wenn der Zeitpunkt t1 in dem Augenblick während eines Hochschaltvorgangs unmittelbar vor dem Einrücken der neuen Gangstufe gewählt wird. In diesem Augenblick ist T1, das von dem Motor zu den Antriebsrädern gelieferte Drehmoment, gleich null, während die Fahrzeugbeschleunigung A1 einen verhältnismäßig niedrigen, ggf. negativen Wert aufweist. Die Zeitpunkte t2, t3 ... ti können dann beliebige Zeitpunkte sein, nachdem die Motorleistung durch die Kraftübertragung des Fahrzeugs für bis zu vier Sekunden nach dem Zeitpunkt t1 in ausreichendem Maße den Antriebsrädern zugeführt worden ist.
  • In der Praxis wird ein neues GCWi ungefähr alle 40 Millisekunden nach t2 bis ca. vier Sekunden nach t1 berechnet. Vorzugsweise werden die GCWi-Werte anschließend aufsummiert und gemittelt. Die Filterungs-/Mittelungstechnik gleicht Fehler in jeder einzelnen Iteration aus, die von Torsionsschwingungen in dem Antriebsstrang, vom Rauschen und dergleichen herrühren und einzelne Iterationsschritte des GCW relativ ungenau machen können. Wenn der Zähler den Wert 1000 erreicht, wird die Summe auf die Hälfte geteilt, der Zähler auf 500 gesetzt und die Mittelung fortgeführt. Dies ergibt eine Filterung des GCW-Wertes.
  • Figure 00120001
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden nach dem Zeitpunkt t1, wenn der anfängliche Wert A1 erfasst worden ist, die Werte A2 ... Ai und T2 ... Ti nicht erfasst, bis bestimmte Bedingungen erfüllt sind, die sicherstellen, dass sich die nachfolgenden Werte in ihrer Größe von den Werten zum Zeitpunkt t1 ausreichend unterscheiden, um gültige Berechnungen für GCW zu erzielen. Zu diesen Bedingungen, die von fahrzeugeigenen Tests bestimmt werden, zählen:
    • (1) ti beträgt weniger als vier Sekunden nach t1;
    • (2) der Motor wird bei einem Drehmoment betrieben, das größer ist als ein Drehmomentreferenzwert (ungefähr 19% des maximalen Drehmomentes);
    • (3) die Fahrzeugbeschleunigung ist größer als ein Referenzwert (dOS/dt > ungefähr 20 U/min/sec);
    • (4) die Eingangswellendrehzahl ist größer als ein Referenzwert (IS > ungefähr 1200 U/min bei einem Dieselmotor für ein Schwerlastfahrzeug);
    • (5) die Fahrzeugbeschleunigung hat sich verändert und
    • (6) es wird gerade kein Schaltvorgang durchgeführt.
  • Um Ti, das Antriebsraddrehmoment zum Zeitpunkt ti, zu erhalten, wird in der Praxis das Motordrehmoment, vorzugsweise aus dem elektronischen Datenlink DL, erfasst und dazu verwendet, das Antriebsraddrehmoment auf eine bekannte Weise abzuleiten. Das Drehmoment der Kraftmaschine und des Motors können erfasst werden, wenn das Fahrzeug lediglich durch die Leistung der Antriebsmaschine betrieben wird, von der das Drehmoment bestimmt wird. Im Allgemeinen kann das Drehmoment an den Antriebsrädern aus dem Folgenden bestimmt werden: Drehmoment an Antriebsrädern = (Kraftmaschinen- oder Motordrehmoment)*(Übersetzungsverhältnis)*(Achsantriebsübersetzung)*(Antriebsstrangwirkungsgrad);wobei das Kraftmaschinen- oder Motordrehmoment = [(prozentuales Kraftmaschinen- oder Motordrehmoment) (maximales Drehmoment der Kraftmaschine oder des Motors)] – [(Drehmoment für Antriebsradzubehör) + (Drehmoment zur Beschleunigung der Kraftmaschine oder des Motors].
  • Um eine noch größere Genauigkeit zu erzielen, ist es erwünscht, das Motorschwungraddrehmoment (TFW) aus der folgenden Beziehung zu erfassen: TFW = TEG – TBEF – TACCES – TACCEL, wobei
    TFW = Motorschwungraddrehmoment;
    TEG = Motorbruttogesamtdrehmoment;
    TBEF= Motorgrundreibungsmoment (enthält das Drehmoment zur Überwindung der inneren Reibung des Motors sowie das Drehmoment, das aufzubringen ist, um die vom Motorhersteller installierten Aggregate, d.h. Wasserpumpe, Ölpumpe, etc.) in Drehung zu versetzen bzw. zu halten);
    TACCES = Drehmoment für die Zusatzeinrichtungen (Drehmoment für den Betrieb von Zusatzeinrichtungen des Fahrzeugs, wie z.B. Klimaanlage, Gebläse, Beleuchtung, etc.); und
    TACCEL = Drehmoment zur Beschleunigung des Motors, wie es sich aus der Beschleunigung oder Verzögerung des Motors und dem Trägheitsmoment (I) des Motors berechnen lässt.
  • Die Straßenneigung wird vorzugsweise unter Verwendung eines Neigungsmessers oder einer ähnlichen Vorrichtung bestimmt, die eine Eingabe für die ECU 60 liefert, die die Steigung der Oberfläche kennzeichnet, auf der das Fahrzeug fährt. Es ist jedoch leicht erkennbar, dass der Steigungsgrad einer Straße, auf der sich das Fahrzeug bewegt, auch entsprechend spezifizierter Berechnungsformeln, beispielsweise unter Verwendung erfasster Werte der Fahrzeugfahrgeschwindigkeit und der Drehzahl der ersten und der zweiten Antriebsmaschine, bestimmt werden kann.
  • Indem nun auf 2 Bezug genommen wird, ist dort in Form eines Flussdiagramms ein bevorzugtes Verfahren veranschaulicht, das dazu dient, das Drehmoment zu bestimmen, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem verwendet, aus dem Stillstand in Bewegung zu setzen und das bestimmte Drehmomentes dazu zu verwenden, um den Betrieb der ersten und der zweiten Antriebsmaschine 28, 49 zu steuern. Zunächst beginnt das Verfahren gemäß der Erfindung in Schritt S2.1, der dem Beginn des Betriebs des Fahrzeugs entspricht. Danach wird der Wert wenigstens eines Steuerparameters ermittelt, der eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet (S2.2).
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Schritt (S2.2) ferner durch eine Bestimmung eines Steuerparameter wertes definiert, der, wie vorstehend beschrieben, das Fahrzeugbruttogesamtgewicht (GCW) kennzeichnet. Gleichzeitig mit oder nach der GCW-Bestimmung kann ein Wert eines Steuerparameters bestimmt werden, der die Straßensteigung kennzeichnet. Da die Steuerparameter, die dem Fahrzeugbruttogesamtgewicht (GCW) und der Straßensteigung entsprechen, im Allgemeinen bestimmt werden, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, wird anschließend eine Überprüfung vorgenommen, um festzustellen, ob sich das Fahrzeug im Stillstand befindet (S2.3), bevor das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment bestimmt wird.
  • Falls sich das Fahrzeug im Stillstand befindet, wird das zum In-Bewegung-Setzen oder Losfahren des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment unter Verwendung der früher ermittelten Steuerparameterwerte, z.B. des GCWs und der Straßensteigung, bestimmt (S2.4). Beispielsweise kann das Raddrehmoment, das erforderlich ist, um das Fahrzeug mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, ausgedrückt werden als:
    Figure 00160001
    wobei:
    Figure 00160002
    und wobei:
    Treq = zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliches Raddrehmoment (Fußpfund);
    WPreq= zum Überwinden des Gefälles (HP) erforderliche Radleistung;
    RPMRad = Raddrehzahl in Umdrehungen pro Minute;
    P = Gefälle/Steigung (%);
    GCW = Bruttogesamtgewicht (Pfund) und
    V = gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit beim Fahrzeugstart (Meilen pro Stunde).
  • Alternativ oder in Kombination mit den GCW- und Steigungsdaten kann in Schritt S2.2 ein Steuerparameter, der den Gesamtrollwiderstand des Fahrzeugs kennzeichnet, bestimmt und dazu verwendet werden, um das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment zu bestimmen (52.4). Beispielsweise kann die Leistung an den Rädern, die erforderlich ist, um das Fahrzeug mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit zu bewegen, ausgedrückt werden als: WPreq = WPR + WPA + WP,wobei:
    Figure 00170001
    Figure 00180001
    und wobei:
    WPreq = zur Bewegung des Fahrzeugs erforderliche Radleistung (HP);
    WPR = zur Überwindung des Rollwiderstandes erforderliche Radleistung (HP);
    WPA = zur Überwindung des Luftwiderstandes erforderliche Radleistung (HP);
    WPP = zur Überwindung der prozentualen Steigung erforderliche Radleistung (HP);
    RC1 und RC2 = Rollkonstanten für die Fahrzeugreifen;
    SC = Konstante für die Fahrbahn;
    CD = Luftwiderstandsbeiwert des Fahrzeugs;
    CA = Luftdichtekorrektur für die Höhe;
    FA = Frontfläche des Fahrzeugs (Fuß2);
    P = Gefälle/Steigung (%);
    GCW = Bruttogesamtgewicht (Pfund) und
    V = gewünschte Fahrzeuggeschwindigkeit beim Losfahren des Fahrzeugs (Meilen pro Stunde).
  • Wenn das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment bestimmt ist, wird das erforderliche Drehmoment mit dem Nenndrehmoment verglichen, das von der momentan wirksamen Antriebsmaschine oder alternativ sowohl von der ersten als auch von der zweiten Antriebsmaschine 28 und 49 verfügbar ist (S2.5). Da es bei Hybridfahrzeugen üblich ist, dass diese unter der Leistung lediglich einer einzelnen Antriebsmaschine betrieben werden, kann in jedem beliebigen gegebenen Zeitpunkt lediglich eine Antriebsmaschine aus der ersten Antriebsmaschine 28 und der zweiten Antriebsmaschine 49 wirksam sein (sich in Betrieb befinden). Beispielsweise kann die zweite Antriebsmaschine, die als Elektromotor arbeitet, unabhängig betrieben sein, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, während die erste Antriebsmaschine, die als Kraftmaschine oder Verbrennungsmotor arbeitet, inaktiv ist. Der Verbrennungsmotor kann anschließend gestartet werden, nachdem sich das Fahrzeug bereits in Bewegung befindet, wodurch die Unwirtschaftlichkeiten überwunden werden, die mit dem Betrieb eines Verbrennungsmotors während eines Fahrzeugstarts verbunden sind.
  • Falls das von der ersten Antriebsmaschine verfügbare Drehmoment größer ist als das Drehmoment, das zum Losfahren des Fahrzeugs erforderlich ist, wird das Fahrzeug unter Verwendung lediglich des Drehmomentes der aktiven Antriebsmaschine in Bewegung gesetzt. Im Gegensatz hierzu wird für den Fall, dass das von der aktiven Antriebsmaschine verfügbare Drehmoment kleiner ist als das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment, die zuvor inaktive Antriebsmaschine aktiviert (S2.6), so dass die erste und die zweite Antriebsmaschine 28 und 49 gemeinsam betrieben werden, um das Fahrzeug zu in Bewegung zu setzen.
  • Zusätzlich kann das Steuerungssystem den Betrieb der von der Antriebsmaschine angetriebenen Fahrzeugaggregate, beispielsweise eines Kompressors der Klimaanlage, beendigen, wenn das von der Antriebsmaschine verfügbare Drehmoment kleiner ist als das Drehmoment, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Das Steuerungssystem wartet dann, bis sich das Fahrzeug in Bewegung setzt (S2.7) und beginnt den Prozess der Bestimmung der erforderlichen Steuerparameter (GCW, Fahrbahnsteigung, etc.), sobald sich das Fahrzeug in Bewegung befindet (S2.8).
  • Obwohl bestimmte bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht auf die Darstellungen, wie sie hier beschrieben und veranschaulicht sind, beschränkt, die lediglich dazu dienen, die besten Ausführungsformen der Erfindung zu veranschaulichen. Ein Fachmann wird erkennen, dass sich innerhalb der Lehre dieser Erfindung bestimmte Modifikationen und Veränderungen ergeben und dass derartige Veränderungen und Modifikationen in dem Rahmen und Schutzumfang liegen, wie er durch die Ansprüche definiert ist.
  • Zusammenfassung:
  • Es sind ein Verfahren und ein System zur Bestimmung des Drehmomentes geschaffen, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen, das einen Hybrid-Antriebsstrang aufweist, der wenigstens zwei unabhängig voneinander betreibbare Antriebsmaschinen enthält. Das Verfahren enthält die Schritte, dass der Wert wenigstens eines Steuerparameters, der eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet, bestimmt wird, das Drehmoment, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, aus dem wenigstens einen bestimmten Steuerparameter ermittelt wird, das von den Antriebsmaschinen verfügbare Drehmoment mit dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment verglichen wird und der Betrieb der Antriebsmaschinen gesteuert/geregelt wird, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleichsschritt in Bewegung zu setzen. Das System gemäß der vorliegenden Erfindung enthält eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Schritte des vorstehend skizzierten Verfahrens auszuführen.
    (2)

Claims (20)

  1. Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentes, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem verwendet, das wenigstens zwei Antriebsmaschinen enthält, wobei das Verfahren aufweist, dass der Wert wenigstens eines Steuerparameters bestimmt wird, der eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet; das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment aus dem wenigstens einen bestimmten Steuerparameter ermittelt wird; das von den Antriebsmaschinen verfügbare Drehmoment mit dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment verglichen wird und der Betrieb der Antriebsmaschinen gesteuert/geregelt wird, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleichsschritt in Bewegung zu setzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt enthält, wonach beide Antriebsmaschinen betrieben werden, wenn das Drehmoment, das von einer beliebigen der einzelnen Antriebsmaschinen verfügbar ist, kleiner ist als das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung des Wertes wenigstens eines Steuerparameters durchgeführt wird, während sich das Fahrzeug in Bewegung befindet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Ermittlung des zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmomentes durchgeführt wird, während sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bestimmung des Wertes wenigstens eines Steuerparameters ferner dadurch definiert ist, dass der Wert wenigstens eines Parameters aus einem Steuerparameter, der das Fahrzeugbruttogesamtgewicht kennzeichnet, einem Steuerparameter, der die Fahrbahnsteigung kennzeichnet, und einem Steuerparameter, der den Gesamtrollwiderstand des Fahrzeugs kennzeichnet, bestimmt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt der Bestimmung des Wertes wenigstens eines Steuerparameters ferner dadurch gebildet ist, dass der Wert eines Steuerparameters, der das Fahrzeugbruttogesamtgewicht kennzeichnet, und eines Steuerparameters, der die Fahrbahnsteigung kennzeichnet, bestimmt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der das Fahrzeugbruttogesamtgewicht kennzeichnende Steuerparameter berechnet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der die Fahrbahnsteigung kennzeichnende Steuerparameter gemessen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt enthält, wonach der Betrieb der von der Antriebsmaschine angetriebenen Fahrzeugaggregate entsprechend dem Vergleichsschritt gesteuert wird.
  10. Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentes, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug in Bewegung zu setzen, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem verwendet, das wenigstens zwei Antriebsmaschinen enthält, wobei das Verfahren aufweist, dass: ein Wert wenigstens eines Steuerparameters aus einem Steuerparameter, der das Fahrzeugbruttogesamtgewicht kennzeichnet, und einem Steuerparameter, der die Fahrbahnsteigung kennzeichnet, bestimmt wird; das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment aus dem wenigstens einen bestimmten Steuerparameter ermittelt wird; ermittelt wird, welche von den Antriebsmaschinen wirksam ist; das von der wirksamen Antriebsmaschine verfügbare Drehmoment mit dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment verglichen wird und der Betrieb der Antriebsmaschinen gesteuert/geregelt wird, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleichsschritt in Bewegung zu setzen.
  11. System zur Bestimmung des Drehmomentes, das erforderlich ist, um ein Fahrzeug zu in Bewegung zu setzen, das ein Hybrid-Antriebsstrangsystem verwendet, das wenigstens zwei Antriebsmaschinen enthält, wobei das System aufweist: eine Steuereinheit zur Bestimmung des Wertes wenigstens eines Steuerparameters, das eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, um das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment unter Verwendung des bestimmten Steuerparameters zu ermitteln und das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment mit dem von den Antriebsmaschinen verfügbaren Drehmoment zu vergleichen, wobei die Steuereinheit ferner dazu konfiguriert ist, um den Betrieb der Antriebsmaschinen in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment und dem von den Antriebsmaschinen verfügbaren Drehmoment zu steuern/regeln.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit beide Antriebsmaschinen betreibt, wenn das von jeder einzelnen der Antriebsmaschinen verfügbare Drehmoment kleiner ist als das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment.
  13. System nach Anspruch 11, wobei der wenigstens eine Steuerparameter bestimmt wird, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet.
  14. System nach Anspruch 11, wobei das zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderliche Drehmoment bestimmt wird, während sich das Fahrzeug im Stillstand befindet.
  15. System nach Anspruch 11, wobei der Steuerparameter wenigstens eine Größe aus dem Fahrzeugbruttogesamtgewicht, der Fahrbahnsteigung und/oder dem Gesamtrollwiderstand des Fahrzeugs kennzeichnet.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der Steuerparameter, der das Fahrzeugbruttogesamtgewicht kennzeichnet, berechnet wird.
  17. System nach Anspruch 15, wobei der Steuerparameter, der die Fahrbahnsteigung kennzeichnet, gemessen wird.
  18. System nach Anspruch 15, wobei der Steuerparameter, der den Gesamtrollwiderstand des Fahrzeugs kennzeichnet, durch wenigstens eine Größe aus dem Steigungswiderstand, dem Fahrbahn/Reifen-Zwischenschichtwiderstand und/oder dem aerodynamischen Widerstand festgelegt ist.
  19. System nach Anspruch 11, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, den Betrieb der von der Antriebsmaschine angetriebenen Fahrzeugaggregate in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment und dem von den einzelnen Antriebsmaschinen verfügbaren Drehmoment zu steuern/regeln.
  20. Hybrid-Fahrzeugantriebsstrangsystem, das aufweist: wenigstens zwei unabhängig voneinander betreibbare Antriebsmaschinen; eine Vorrichtung zur Übertragung des Ausgangsdrehmomentes der Antriebsmaschinen auf die Fahrzeugräder und eine Steuereinheit zur Bestimmung des Wertes wenigs tens eines Steuerparameters, das eine Fahrzeugbetriebsbedingung kennzeichnet, wobei die Steuereinheit dazu konfiguriert ist, das Raddrehmoment, das erforderlich ist, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen, aus dem wenigstens einen bestimmten Steuerparameter zu ermitteln, zu bestimmen, welche der Antriebsmaschinen aktiviert ist, das von der aktivierten Antriebsmaschine verfügbare Ausgangsdrehmoment mit dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Raddrehmoment zu vergleichen und den Betrieb der Antriebsmaschinen derart zu steuern/regeln, um das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem zum In-Bewegung-Setzen des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoment und dem von der aktivierten Antriebsmaschine verfügbaren Ausgangsdrehmoment zu in Bewegung zu setzen.
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