DE69800712T2

DE69800712T2 - Steuerung für fahrzeug mit hybridantrieb

Info

Publication number: DE69800712T2
Application number: DE69800712T
Authority: DE
Inventors: Carl Bourne
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1998-01-12
Publication date: 2001-09-20
Anticipated expiration: 2018-01-13
Also published as: GB9913897D0; GB9700960D0; WO1998031559A1; DE69800712D1; GB2334926A; EP0952932A1; GB2334926B; ATE200651T1; EP0952932B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridfahrzeuge mit zwei Antriebsquellen: einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor.
Die Kraftübertragung eines Fahrzeugs kann bekanntlich einen über eine Kupplung mit einem Getriebe verbundenen Hybridfahrzeugkraftübertragungssteuerung, eine Kardanwelle, die Drehmoment vom Getriebe auf ein Differential überträgt, sowie einen Elektromotor umfassen, der parallel zum Verbrennungsmotor arbeitet und die Kardanwelle mit Drehmoment versorgt.
Bei herkömmlichen Geländefahrzeugen, die als einzige Antriebsquelle über einen Verbrennungsmotor verfügen, gibt es das Problem, daß ein Gangwechsel an einem steilen Berg, weil damit ein vorübergehender Antriebsdrehmomentverlust verbunden ist, zu einem Verlust an Kontrolle über das Fahrzeug führen kann. Wenn das Fahrzeug bergauf fährt, kann es während eines Gangwechsels unter extremen Bedingungen rückwärts zu rollen beginnen. Wenn das Fahrzeug unter Bedingungen bergab fährt, die dazu führen, daß der Verbrennungsmotor eine Bremswirkung erzeugt, kann das Fahrzeug während des Gangwechsels auf eine unerwünscht hohe Geschwindigkeit beschleunigen.
Bei Fahrzeugen mit Handschaltgetrieben gibt es außerdem das Problem, daß der Fahrer, wenn sich das Fahrzeug auf Oberflächen mit hoher Reibung oder auf rutschigen Oberflächen bewegt, wie beispielsweise Sand oder Schlamm, oft nicht in der Lage ist, hochzuschalten. Dies ist darauf zurückzuführen, daß, sobald der Fahrer auskuppelt, das Fahrzeug durch den auf die Räder einwirkenden hohen Widerstand verlangsamt wird und damit auch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Getriebeausgangswelle zurückgeht, so daß diese zu gering ist, um bei der gewünschten Gangübersetzung in die Eingangswelle und den Motor eingerückt zu werden. Unter extremen Bedingungen hat sich, bis der Fahrer bemerkt hat, daß der Gangwechsel nicht vorgenommen werden kann, das Fahrzeug bereits so verlangsamt, daß die ursprüngliche Gangübersetzung ebenfalls zu hoch ist. Die Nichtfähigkeit, den Gangwechsel frei vornehmen zu können, bewirkt Eine Geschwindigkeitseinschränkung des Fahrzeugs und kann außerdem dazu führen, daß das Fahrzeug in einem ungeeigneten Gang gefahren wird, wodurch der Kraftstoffverbrauch und der Verschleiß zunehmen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, ein Hybridfahrzeug bereitzustellen, mit dem diese Probleme zumindest teilweise überwunden werden können.
Die vorliegende Erfindung stellt demgemäß ein Hybridkraftübertragungssystem für ein Fahrzeug bereit, bei dem die Kraftübertragung einen Verbrennungsmotor, Antriebsmittel, die Antriebsdrehmoment auf mindestens ein angetriebenes Rad übertragen, Gangwechselmittel, die den Verbrennungsmotor mit den Antriebsmitteln verbinden und einen mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Eingang und einen mit den Antriebsmitteln verbundenen Ausgang besitzen und so vorgesehen sind, daß sie stufenweise Änderungen im Antriebsverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang bewirken, sowie einen Elektromotor umfaßt, der so vorgesehen ist, daß er die Antriebsmittel mit Drehmoment versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Steuerungsmittel umfaßt, die so vorgesehen sind, daß sie den Elektromotor so steuern, daß eine temporäre Reduzierung der Größenordnung des Drehmoments, das während einer Änderung des Verhältnisses der Gangwechselmittel vom Verbrennungsmotor auf die Antriebsmittel übertragen wird, kompensiert werden kann.
Die Gangwechselmittel können ein Handschaltgetriebe und eine Kupplung, oder ein elektrisch gesteuertes "manuelles" Getriebe und eine Kupplung, oder ein Automatikgetriebe umfassen.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nunmehr nachstehend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; dabei sind:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftübertragungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein Fahrzeug 10 besitzt ein Paar angetriebene Räder 12, die durch Antriebswellen 14 von einem Differential 16 aus angetrieben werden. Der Eingang des Differentials wird durch eine Kardanwelle 18 angetrieben, die ebenfalls mit dem Ausgang eines Handschaltgetriebes 20 verbunden ist, dessen Eingang über eine Kupplung 22 mit einem Verbrennungsmotor 23 verbunden ist. Der Ausgang eines Elektromotors 24, der von einer Bestandteil des Fahrzeugs bildenden wiederaufladbaren Batterie betrieben wird, ist mit der Kardanwelle 18 über eine Motorkupplung 25 gekoppelt. Das Fahrzeug umfaßt weiterhin eine Kraftübertragungssteuereinheit in Form einer Fahrzeugmanagementeinheit (V. M. U.) 26 sowie ein Gaspedal 27, mit dem ein Fahrer des Fahrzeugs das von der Kraftübertragung gewünschte Drehmoment angibt. Ein Gaspedalpositionspotentiometer 28 erzeugt, abhängig von der Position des Gaspedals, ein Drehmomentbedarfssignal, das in die V. M. U. 26 eingegeben wird. Weitere Eingaben in die V. M. U. erfolgen durch Signale von einem Kupplungszustandssensor 30, der ein Signal in Abhängigkeit vom Zustand des Einrückens der Kupplung erzeugt, sowie von Umdrehungsgeschwindigkeitssensoren 32, die Signale in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit eines jeden der angetriebenen Räder 12 erzeugen.
Während des Normalbetriebs sendet die V. M. U. 26 ein Drehmomentbedarfssignal an den Elektromotor 24 und ein Drosselklappenwinkelbedarfssignal an den Verbrennungsmotor 23, um die Höhe des sowohl vom Verbrennungsmotor 23 als auch vom Elektromotor 24 erzeugten Drehmoments zu steuern. Das jeweils vom Verbrennungsmotor 23 und vom Elektromotor 24 geforderte Drehmoment wird einer in der V. M. U gespeicherten Karte entnommen, in der die erforderlichen Drehmomente in ein entsprechendes Verhältnis zu den die Verbrennungsmotordrehzahl, die Gaspedalposition und die Radumdrehungsgeschwindigkeit repräsentierenden Eingangssignalen gebracht werden.
Während das Getriebe 20 in einem bestimmten Gang und die Kupplung eingerückt bleibt, kann das Drehmoment vom Verbrennungsmotor 20 und vom Elektromotor 40 problemlos gesteuert werden, so daß die Räder mit Drehmoment in der erforderlichen Höhe versorgt werden. Wenn jedoch die Kupplung ausgerückt wird, wird das vom Verbrennungsmotor auf die Räder übertragene Drehmoment plötzlich auf Null reduziert. Die V. M. U. ist vorgesehen, um dies wie folgt zu kompensieren.
Wenn die Kraftübertragung ein positives Antriebsdrehmoment auf die Räder überträgt, führt ein Ausrücken der Kupplung zu einer Reduzierung des vom Verbrennungsmotor gelieferten positiven Antriebsdrehmoments. Die V. M. U. verfügt jedoch über einen Zielwert für das erforderliche Gesamtdrehmoment, wobei es sich einfach um die Summe der vom Elektromotor 24 und vom Verbrennungsmotor 23 geforderten Drehmomente handelt. Wenn daher der Kupplungssensor 30 ein Signal an die V. M. U. 26 sendet, daß die Kupplung ausgerückt ist, steuert die V. M. U. den Elektromotor 24 so, daß das erforderliche Gesamtdrehmoment zur Verfügung steht. Wenn dann der Kupplungssensor 30 ein Signal an die V. M. U. sendet, das anzeigt, daß die Kupplung wieder eingerückt ist, kann die V. M. U. 26 in ihren normalen Betriebsmodus zurückkehren, in dem das erforderliche Drehmoment vom Elektromotor 24 und vom Verbrennungsmotor 20 zur Verfügung gestellt wird.
Wenn die Kraftübertragung ein Bremsdrehmoment bereitstellt, wird dieses Bremsdrehmoment auch von der V. M. U. 26, abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Position des Gaspedals, gesteuert. Das Bremsdrehmoment wird generell so gesteuert, daß die gewünschten Fahrcharakteristika zur Verfügung stehen, und das vom Elektromotor 24 bereitgestellte Bremsdrehmoment wird üblicherweise verwendet, um die Batterie des Fahrzeugs nachzuladen. Wenn daher die Kupplung ausgerückt ist, verfügt die V. M. U. über ein Zielbremsdrehmoment, das sie auf die Räder zu übertragen versucht. Sie steuert daher den Elektromotor 24 so, daß das erforderliche Gesamtbremsdrehmoment zur Verfügung steht. Wenn der Kupplungssensor 30 ein Signal an die V. M. U. sendet, daß die Kupplung wieder eingerückt ist, kehrt die V. M. U. in ihren Normalbetrieb zurück, in dem das erforderliche Drehmoment vom Verbrennungsmotor 23 und vom Elektromotor 24 zur Verfügung gestellt wird.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält Merkmale, die allen Merkmalen der ersten Ausführungsform entsprechen, wie in Fig. 1 dargestellt. Der Betrieb des Systems ist jedoch unterschiedlich. Wenn der Kupplungssensor 30 ein Signal an die V. M. U. sendet, das anzeigt, daß die Kupplung ausgerückt ist, erfaßt die V. M. U. die von den Radgeschwindigkeitssensoren 32 gemessene augenblickliche Fahrzeuggeschwindigkeit. Während der Zeit, wenn die Kupplung während eines Gangwechsels ausgerückt ist, d. h. bis der Kupplungssensor 30 anzeigt, daß die Kupplung wieder eingerückt worden ist, sogt die V. M. U. dafür, daß der Elektromotor 24 in der Art einer "geschlossenen Schleife" gesteuert wird, um so die Fahrzeuggeschwindigkeit, wie von den Radgeschwindigkeitssensoren 32 gemessen, konstant zu halten. Wenn das Fahrzeug zum Zeitpunkt des Gangwechsels bergauf fährt, muß das Antriebsdrehmoment des Elektromotors 24 erhöht werden, um die Fahrzeuggeschwindigkeit aufrechtzuerhalten, während bei einer Bergabfahrt des Fahrzeugs der Elektromotor so gesteuert werden muß, daß während des Gangwechsels ein Bremsdrehmoment auf die Räder ausgeübt wird.
In Fig. 2, auf die nunmehr Bezug genommen wird, ist eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, die alle Merkmale des Systems von Fig. 1 umfaßt, wobei diese Merkmale durch entsprechende Bezugsziffern mit einer vorangestellten 1 gekennzeichnet sind. Das Fahrzeug umfaßt weiterhin einen Drehmomentsensor 134, der ein Signal an die V. M. U. 126 sendet, das das Drehmoment in der Kardanwelle 118 anzeigt. Wenn der Kupplungssensor 130 ein Signal an die V. M. U. sendet, das anzeigt, daß die Kupplung 122 ausgerückt ist, erfaßt die V. M. U. das vom Drehmomentsensor 134 gemessene augenblickliche Drehmoment in der Kardanwelle 118. Während der Zeit, wenn die Kupplung 122 während eines Gangwechsels ausgerückt ist, d. h. bis der Kupplungssensor 130 anzeigt, daß die Kupplung 122 wieder eingerückt worden ist, sorgt die V. M. U. dafür, daß der Elektromotor 124 in der Art einer "geschlossenen Schleife" gesteuert wird, um so das in der Kardanwelle 118 gemessene Drehmoment konstant zu halten.
In einer vierten Ausführungsform arbeitet das System wie bei der dritten Ausführungsform, außer, daß die V. M. U., statt ein konstantes Drehmoment bereitzustellen, dafür sorgt, daß der Elektromotor 124 so gesteuert wird, daß das Drehmoment in der Kardanwelle 118 dem vom Fahrer geforderten Drehmoment entspricht, d. h. es ist von der Position des Gaspedals 127 abhängig. Dies hat den Vorteil, daß der Fahrer die Höhe des während eines Gangwechsels auf die Räder übertragenen Drehmoments steuern kann.
Es ist erkennbar, daß die vorliegende Erfindung wichtige Vorteile haben kann, insbesondere beim Fahren im Gelände. Wenn ein Fahrzeug einen steilen Hang hinauffährt, kann jeder Drehmomentverlust, selbst ein kurzzeitiger Verlust, dazu führen, daß das Fahrzeug rasch langsamer wird oder sogar rückwärts rollt. Bei herkömmlichen Handschalt- oder selbst bei Automatikgetrieben können Gangwechsel unter solchen Bedingungen dadurch schwierig werden. Wenn das Fahrzeug ein steiles Gefälle hinunterfährt, wird der Verbrennungsmotor oder der Elektromotor normalerweise gleichermaßen benutzt, um eine kontrollierte Bremswirkung bereitzustellen, die bei herkömmlichen Systemen im Falle von Gangwechseln verlorengeht. Dies kann rasch dazu führen, daß einem das Fahrzeug "wegläuft" und der Fahrer die Kontrolle verliert. Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, versetzen den Fahrer in die Lage, während einer Bergauf- oder Bergabfahrt Gangwechsel ohne wesentliche Antriebs- oder Bremsdrehmomentverluste vorzunehmen.

Claims

1. Hybridkraftübertragungssystem für ein Fahrzeug, bei dem die Kraftübertragung einen Verbrennungsmotor 23, Antriebsmittel, die Antriebsdrehmoment auf mindestens ein angetriebenes Rad 12 übertragen, Gangwechselmittel 20, die den Verbrennungsmotor mit den Antriebsmitteln verbinden und einen mit dem Verbrennungsmotor verbundenen Eingang und einen mit den Antriebsmitteln verbundenen Ausgang besitzen und so vorgesehen sind, daß sie stufenweise Änderungen im Antriebsverhältnis zwischen dem Eingang und dem Ausgang bewirken, sowie einen Elektromotor 24, 124 umfaßt, der so vorgesehen ist, daß er die Antriebsmittel mit Drehmoment versorgt, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin Steuerungsmittel 26, 126 umfaßt, die so vorgesehen sind, daß sie den Elektromotor 24, 124 so steuern, daß eine temporäre Reduzierung der Größenordnung des Drehmoments, das während einer Änderung des Verhältnisses der Gangwechselmittel 20 vom Verbrennungsmotor 23 auf die Antriebsmittel übertragen wird, kompensiert werden kann.

2. System nach Anspruch 1, bei dem der Elektromotor 24, 124 so gesteuert werden kann, daß Reduzierungen im Antriebsdrehmoment und Reduzierungen im Bremsdrehmoment, die vom Verbrennungsmotor 23 auf das angetriebene Rad 12 übertragen werden, kompensiert werden können.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Steuerungsmittel 26, 126 so vorgesehen sind, daß in Reaktion auf ein Signal von einem Verhältnisänderungserfassungsmittel eine Kompensation erfolgen kann.

4. System nach Anspruch 3, weiterhin umfassend ein Kupplungssystem, bei dem das Verhältnisänderungserfassungsmittel so vorgesehen ist, daß das Auftreten einer Verhältnisänderung durch Erfassen des Betriebs des Kupplungssystems festgestellt werden kann.

5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend Fahrzeuggeschwindigkeitserfassungsmittel, bei dem die Steuerungsmittel so vorgesehen sind, daß durch Steuerung des Elektromotors 24, 124 eine Kompensation erfolgen kann, um eine konstante Fahrzeugqeschwindigkeit während einer Verhältnisänderung aufrechtzuerhalten.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin umfassend Drehmomentmeßmittel zur Messung des von den Antriebsmitteln übertragenen Drehmoments, bei dem die Steuerungsmittel 26, 126 so vorgesehen sind, daß durch Steuerung des Elektromotors 24, 124 eine Kompensation erfolgen kann, um das Drehmoment während einer Verhältnisänderung konstant zu halten.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Steuerungsmittel 26, 126 so vorgesehen sind, daß durch Steuerung des Elektromotors 24, 124 eine Kompensation erfolgen kann, um auf einen Drehmomentbedarf von einem Fahrer des Fahrzeugs reagieren zu können.