WO2006050823A1 - Steuerung des betriebsmodus eines fahrzeuges mit hybridantrieb - Google Patents

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WO2006050823A1
WO2006050823A1 PCT/EP2005/011536 EP2005011536W WO2006050823A1 WO 2006050823 A1 WO2006050823 A1 WO 2006050823A1 EP 2005011536 W EP2005011536 W EP 2005011536W WO 2006050823 A1 WO2006050823 A1 WO 2006050823A1
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combustion engine
ride
vehicle
electric motor
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PCT/EP2005/011536
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Norbert Ebner
Heiko Mayer
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the operating mode of a vehicle with hybrid drive, wherein the operating mode is determined by at least one of the drive types of combustion engine, electromotive and mixed drive, as well as a control device for selecting the operating mode.
  • DE 100 35 027 A1 discloses a method for controlling the operating mode of a vehicle with hybrid drive, in which the operating mode is controlled as a function of the traveled route profile, the detected driving dynamics, the detected driving behavior and / or the available electrical drive power becomes.
  • the object of the invention is to control the operating modes of a vehicle with hybrid drive, in particular the change between the operating modes to be designed such that optimal comfort and consumption are achieved.
  • the object on which the invention is based is achieved by the choice of the operating mode being dependent on the previous operating mode.
  • Fig. 1 shows the preferred operating modes of a vehicle with hybrid drive and the possible changes between the operating modes
  • FIG. 2 shows the schematic structure of a preferred vehicle with hybrid drive.
  • FIG. 1 depicts the preferred operating modes of a vehicle with hybrid drive and the possible changes between the operating modes indicated by arrows. Furthermore, the possible changes in vehicle standstill and active fourth or deactivated internal combustion engine dar ⁇ set.
  • This exemplary embodiment has two CVT journeys CVT1 travel and CVT2 travel, in which the vehicle is driven via a stepless ratio, for two different driving ranges.
  • the first driving range is preferably arranged at a speed of -30 km / h to +75 km / h.
  • the maximum transmission output torque for example, 1300 Nm, in particular in the range between 10 km / h and 40 km / h.
  • the second driving range is preferably associated with higher driving speeds.
  • the maximum transmission output torque is lower than in the first driving range, for example 440 Nm in the range between 50 km / h and 250 km / h.
  • the drive train of the vehicle illustrated in FIG. 2 has an electric motor P1 and an electric motor P2.
  • the electric motor Pl has a housing-fixed Sta ⁇ gate, which interacts with a rotor for generating a driving torque and / or recuperation of electrical energy in interaction.
  • the rotor is fixedly connected to a motor shaft 1 so that a torque can be fed into the drive train by means of the electric motor P1 in addition to an internal combustion engine VM or a torque present in the drive train is used (at least partially) to recuperate electrical energy can be.
  • the electric motor P2 has a stator and a rotor.
  • the stator is fixed to the housing, while the rotor is in drive connection with an intermediate shaft 2, which has two clutches KE and KG.
  • the intermediate shaft 2 can be connected directly to an input shaft E.
  • the intermediate shaft 2 is connected via the clutch KG directly to the sun gear of a summation gear G.
  • the motor shaft 1 can be connected directly to the input shaft E via a clutch KM.
  • the clutch KM can be a dry or wet clutch with partial or full starting functionality. If there is overloading of the coupling KM, a discharge can take place by starting without this coupling KM via an electric motor.
  • the electric motors P1 and P2 are fed by a battery B ge.
  • the loading and operation of the electromotors P1 and P2 are acted upon by a control device according to the invention for selecting the operating mode.
  • the control unit actuates or interacts with a further control unit for clutches and brakes of the drive train.
  • An interaction with other control devices, in particular for the internal combustion engine VM, is also possible.
  • the electric motor P2 is preferably a high-torque slow-speed rotor, while the electric motor P1 produces a relatively low torque at high rotational speeds.
  • the cases warm start, cold start and extreme start can be distinguished.
  • the electric motor P 1 which emits a power in this case.
  • the speed of the combustion engine VM is between zero and idle speed.
  • the couplings KM, KE and KG are in non-activated state.
  • the internal combustion engine VM For a cold start of the internal combustion engine VM, it is carried on by a combination of the electric motors P 1 and P 2, the electric motors P 1 and P 2 delivering a power.
  • the speed of the internal combustion engine VM and thus of the electric motor P2 is between zero and the Leerlaufdus ⁇ number.
  • the clutches KM and KE are activated while the clutch KG is not activated.
  • the internal combustion engine VM is acted upon by both electric motors P1 and P2, in which case the summation gear G is interposed in such a way that the output torque of the electric motor P2 is increased in the direction of the internal combustion engine VM.
  • the electric motor P2 is operated for this operating state with a given higher speed of the internal combustion engine VM from the transmission ratios, in particular at twice the speed.
  • the clutches KM and KG are activated while the clutch KE is deactivated.
  • the preferred vehicle shown in FIG. 2 is driven by the electric motor P 2 via the activated clutch KE.
  • the clutches KM and KG and the internal combustion engine VM and the electric motor P1 are deactivated. Starting and driving are effected by suitable energization of the electric motor P2, which either supplies a drive torque or feeds a power into the battery B during generator operation.
  • the clutches KM and KG are deactivated.
  • the internal combustion engine VM is activated and drives the electric motor Pl via the motor shaft 1 in the generator operation, so that it feeds a power into the battery B. This makes it possible to relieve the battery B and / or to prolong the operation when the battery B is acted upon.
  • the electric motor P2 delivers either a drive torque via the intermediate shaft 2 or feeds a power into the battery B in the generator mode.
  • the clutch KM and the internal combustion engine VM are activated.
  • the clutch KG is deactivated.
  • a first power branch runs with the torque of the internal combustion engine VM via the motor shaft 1 and the clutch KM, possibly with power exchange with the electric motor P1.
  • a second power branch runs via the electric motor P2 and the Intermediate shaft 2.
  • the closed clutch KE the rotational speeds of
  • the clutch KE and the electric motor P2 is deactivated. With deactivated clutches KE and KG, the drag losses of the electric motor P2 can be kept low.
  • the electric motor P2 is coupled only to the drive train, if this is absolutely necessary.
  • an additional torque in particular for drive or warm-up support, can be supplied or else be recovered in a generator operation of the electric motor P 1 energy. This takes place in particular during a normal driving operation or during a braking phase of the motor vehicle.
  • a first power branch runs from the internal combustion engine VM via the motor shaft 1, the clutch KM, the input shaft E, possibly with power exchange with the electric motor Pl, while a second power branch runs from the electric motor P2 via the intermediate shaft 2 and the clutch KG.
  • a superlative tion of the two power branches takes place in the summation gear G, in which the ring gear with the first power branch and the sun gear with the second power branch is gekop ⁇ gekop ⁇ pelt.
  • the first power branch and the second power branch can be operated at different speeds.
  • the output of the summation gear G takes place via the planetary gear carrier.
  • the superposition by means of the Summengetrie ⁇ bes G results in a variable ratio in the direction of the output element.
  • a so-called geared neutral function can be realized, which ensures a standstill of the vehicle.
  • the combustion engine VM is operated at a speed greater than or equal to the idling speed.
  • the electric motor Pl can then deliver a positive or negative output torque.
  • the rotational speed of the electric motor P2 rotates at a speed corresponding to the geared neutral point.
  • the output torque of the electric motor P2 is at a fixed ratio, predetermined by the geo-metric ratios of the planetary gear set, to the torque which is introduced on the input shaft E by the internal combustion engine VM and the electric motor P1 via the ring gear into the planetary gearset.
  • the required for the geared neutral point speed of the electric motor P2 er ⁇ is the ratio of the diameter of the sun gear to the diameter of the ring gear.
  • CVT trips CVTl-ride and CVT2-ride for the two explained different driving ranges differ in the type of soupüber ⁇ transmission from the summation G to a downstream unillustrated partial transmission, which is designed as an automatic transmission, and the transmission ratio in nachge ⁇ switched partial transmission. This is realized by differently switched clutches or brakes in the downstream partial transmission.
  • a target operating mode suitable for a desired driving state takes place, for example, on the basis of a characteristic field which, for example, degrees of efficiency, nursebilan ⁇ zen, achievable acceleration values o. ⁇ . includes.
  • individual operating variables of the drive train such as operating temperatures of the electromotors P1 and P2 or clutches and brakes, can be monitored so that when a limit value of an operating temperature is exceeded, a clutch can be deactivated by changing an operating mode, so that this or an associated electric motor is relieved.
  • the state of charge of a battery B serving to energize the electric motors P1 and P2 can be taken into account.
  • Further criteria for selecting the target operating mode may be the traveled route profile, the detected driving dynamics and / or the detected driver behavior.
  • the selection of a suitable target operating mode can also be carried out, for example, according to an operating strategy specified a priori. If a suitable target operating mode has been selected and the control unit makes it possible to change from the current operating mode to the target operating mode, the system changes to the target operating mode. If this change is not possible, it is possible, if necessary, first to switch to another operating mode, from which a change to the target operating mode is then possible, or another target operating mode can be selected.
  • the control unit only allows switching between operating modes in which the participating drivetrain components are to be precontrolled independently of each other prior to the change in speed and torque. As a result, no torque changes and thus no jolt in the drive train are produced when the drive train components are connected and disconnected from the output. Since these changes thus do not lead to any impairment of comfort, the frequency of change does not need to be reduced, for example by hysteresis, but the operating mode which is optimal in terms of consumption and comfort can always be selected.
  • the engine When changing between CVTl drive and CVT2 drive as well as between hybrid drive and CVTl drive or CVT2 drive, the engine is initially switched to internal combustion engine drive.
  • the internal combustion engine VM When changing from electric drive to serial drive, the internal combustion engine VM is activated and the electric motor P1 is operated in the generator mode.
  • the electric motor Pl supplies energy for the electrical system and the electric motor P2.
  • the combustion engine VM is operated as optimally as possible in terms of fuel consumption.
  • the internal combustion engine VM When changing from electric drive to hybrid drive, the internal combustion engine VM is activated and the rotational speed of the combustion engine VM and of the electric motor P1 is adapted to the rotational speed of the electric motor P2. Then, the clutch KM is activated and the torque of the electric motor P2 is reduced as much as the torque of the engine VM and of the electric motor P1 is increased.
  • the speed of the engine VM and the electric motor Pl is equalized to the rotational speed of the electric motor P2. Then, the clutch KM is activated and the torque of the electric motor P2 is reduced to the extent that the torque of the combustion engine VM and of the electric motor P1 is increased.
  • the electric motor P2 When changing from engine driving in hybrid drive, the electric motor P2 is adapted to the corresponding speed of the engine VM and the electric motor Pl. Then the clutch KE is activated.
  • the electric motor Pl is driven in the generator operation of the engine VM and the electric motor P2 provides either a An ⁇ drive torque or is also operated in generator mode.
  • the electric motors P1 and P2 can supply a drive torque or be operated in generator operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebsmodus eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb, wobei der Betriebsmodus durch zumindest eine der Antriebsarten verbrennungsmotorischer, elektromotorischer und gemischter Antrieb festgelegt wird, sowie ein Steuergerät zur Wahl des Betriebsmodus. Damit ein optimaler Komfort und Verbrauch erzielt wird, ist die Wahl des Betriebsmodus vom vorherigen Betriebsmodus abhängig.

Description

DaimlerChrysler AG
Steuerung des Betriebsmodus eines Fahrzeuges mit
Hybridantrieb
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Be¬ triebsmodus eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb, wobei der Be¬ triebsmodus durch zumindest eine der Antriebsarten verbren¬ nungsmotorischer, elektromotorischer und gemischter Antrieb festgelegt wird, sowie ein Steuergerät zur Wahl des Betriebs- modus.
Aus der DE 100 35 027 Al ist ein Verfahren zur Steuerung des Betriebsmodus eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb bekannt, bei dem der Betriebsmodus in Abhängigkeit von dem befahrenen Streckenprofil, der erfassten Fahrdynamik, dem erfassten Fah¬ rerverhalten und/oder der verfügbaren elektrischen Antriebs¬ leistung gesteuert wird.
Bei Fahrzeugen mit mehreren Triebsträngen, wie beispielsweise bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb, besteht das Problem, dass sich beim Wechsel des Betriebsmodus das Triebstrangmoment be¬ ziehungsweise die Massenträgheit ändert und somit zu einem Ruck im Triebstrang führt. Dieser Ruck wird vom Fahrer eines Fahrzeuges negativ wahrgenommen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Steuerung der Betriebsmodi eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb, insbesondere die Wechsel zwischen den Betriebsmodi, derart zu gestalten, dass ein op¬ timaler Komfort und Verbrauch erzielt wird.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch ge¬ löst, dass die Wahl des Betriebsmodus vom vorherigen Be¬ triebsmodus abhängig ist.
Es werden nur Wechsel zwischen Betriebsmodi ermöglicht, bei denen die beteiligten Triebstrangkomponenten, beispielsweise ein Verbrennungsmotor sowie ein erster und ein zweiter Elekt¬ romotor, vor dem Wechsel bezüglich Drehzahl und Drehmoment unabhängig voneinander vorzusteuern sind. Dadurch entstehen beim Zuschalten und beim Abschalten der Triebstrangkomponen¬ ten vom Abtrieb keine Momentenänderungen und damit auch kein Ruck im Triebstrang. Da diese Wechsel somit zu keiner Beein¬ trächtigung des Komforts führen, braucht die Häufigkeit der Wechsel nicht, beispielsweise durch Hysteresen, reduziert werden, sondern es kann stets der bezüglich Verbrauch und Komfort optimale Betriebsmodus gewählt werden.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Konkrete Ausführungsbeispiele der Er¬ findung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 die bevorzugten Betriebsmodi eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb sowie die möglichen Wechsel zwischen den Betriebsmodi und
Fig. 2 den schematischen Aufbau eines bevorzugten Fahrzeu¬ ges mit Hybridantrieb.
Figur 1 bildet die bevorzugten Betriebsmodi eines Fahrzeuges mit Hybridantrieb sowie die durch Pfeile gekennzeichneten möglichen Wechsel zwischen den Betriebsmodi ab. Des Weiteren sind die möglichen Wechsel bei Fahrzeugstillstand und akti- viertem beziehungsweise deaktiviertem Verbrennungsmotor dar¬ gestellt. Dieses Ausführungsbeispiel weist zwei CVT-Fahrten CVTl-Fahrt und CVT2-Fahrt, bei denen das Fahrzeug über eine stufenlose Übersetzung angetrieben wird, für zwei unter¬ schiedliche Fahrbereiche auf. Der erste Fahrbereich ist vor¬ zugsweise einer Geschwindigkeit von -30 km/h bis +75 km/h zu¬ geordnet . Hierbei beträgt das maximale Getriebeausgangsmoment beispielsweise 1300 Nm, insbesondere im Bereich zwischen 10 km/h und 40 km/h. Der zweite Fahrbereich ist vorzugsweise höheren Fahrgeschwindigkeiten zugeordnet. Das maximale Ge¬ triebeausgangsmoment ist niedriger als im ersten Fahrbereich, beispielsweise 440 Nm im Bereich zwischen 50 km/h und 250 km/h.
Der Antriebsstrang des in Figur 2 dargestellten Fahrzeuges verfügt über einen Elektromotor Pl sowie einen Elektromo¬ tor P2. Der Elektromotor Pl besitzt einen gehäusefesten Sta¬ tor, welcher in Wechselwirkung mit einem Rotor zur Erzeugung eines Antriebsmomentes und/oder zur Rekuperation elektrischer Energie in Wechselwirkung tritt. Der Rotor ist mit einer Mo¬ torwelle 1 antriebsfest verbunden, so dass mittels des Elekt¬ romotors Pl zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor VM ein Mo¬ ment in den Antriebsstrang einspeisbar ist oder aber ein im Antriebsstrang vorhandenes Moment (zumindest teilweise) zur Rekuperation elektrischer Energie genutzt werden kann.
Der Elektromotor P2 verfügt über einen Stator sowie einen Ro¬ tor. Der Stator ist gehäusefest angebunden, während der Rotor mit einer Zwischenwelle 2 in Antriebsverbindung steht, welche über zwei Kupplungen KE und KG verfügt. Mittels der Kupplung KE ist die Zwischenwelle 2 unmittelbar mit einer Eingangswel¬ le E verbindbar. Die Zwischenwelle 2 ist über die Kupplung KG unmittelbar mit dem Sonnenrad eines Summengetriebes G verbindbar.
Die Motorwelle 1 ist über eine Kupplung KM unmittelbar mit der Eingangswelle E verbindbar.
Bei der Kupplung KM kann es sich um eine trockene oder nasse Kupplung mit teilweiser oder voller Anfahrfunktionalität han¬ deln. Kommt es zu einer Überlastung der Kupplung KM, so kann durch ein Anfahren ohne diese Kupplung KM über einen Elektro¬ motor eine Entlastung erfolgen.
Die Elektromotoren Pl und P2 werden von einer Batterie B ge¬ speist. Die Beaufschlagung und Betriebsweise der Elektromoto¬ ren Pl und P2 werden von einem erfindungsgemäßen Steuergerät zur Wahl des Betriebsmodus beaufschlagt. Das Steuergerät be¬ aufschlagt die oder steht in Wechselwirkung mit einem weite¬ ren Steuergerät für Kupplungen und Bremsen des Antriebsstran¬ ges. Eine Wechselwirkung mit weiteren Steuergeräten, insbe¬ sondere für den Verbrennungsmotor VM, ist ebenfalls möglich.
Bei dem Elektromotor P2 handelt es sich vorzugsweise um einen Hochmoment-Langsamläufer, während der Elektromotor Pl ein verhältnismäßig niedriges Moment bei hohen Drehzahlen lie¬ fert.
Für das Starten des Verbrennungsmotors VM können die Fälle Warmstart, Kaltstart und Extremstart unterschieden werden.
Für einen Warmstart des Verbrennungsmotors VM erfolgt ein An¬ schleppen desselben über den Elektromotor Pl, welcher in die¬ sem Falle eine Leistung abgibt. Die Drehzahl des Verbren¬ nungsmotors VM beträgt zwischen Null und Leerlaufdrehzahl . Die Kupplungen KM, KE und KG befinden sich in nicht aktivier¬ tem Zustand.
Für einen Kaltstart des Verbrennungsmotors VM erfolgt ein An¬ schleppen desselben über eine Kombination der Elektromotoren Pl und P2, wobei die Elektromotoren Pl und P2 eine Leistung abgeben. Die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM und damit des Elektromotors P2 liegt zwischen Null und der Leerlaufdreh¬ zahl. Für diesen Betriebszustand sind die Kupplungen KM und KE aktiviert, während die Kupplung KG nicht aktiviert ist.
Für einen Extremstart des Verbrennungsmotors VM erfolgt eine Beaufschlagung des Verbrennungsmotors VM durch beide Elektro¬ motoren Pl und P2, wobei in diesem Fall das Summengetriebe G derart zwischengeschaltet ist, dass das Abtriebsmoment des Elektromotors P2 in Richtung des Verbrennungsmotors VM ver¬ größert ist. Der Elektromotor P2 wird für diesen Betriebszu¬ stand mit einer aus den Übersetzungsverhältnissen gegebenen höheren Drehzahl des Verbrennungsmotors VM betrieben, insbe¬ sondere mit der doppelten Drehzahl . Bei einem derartigen Ex¬ tremstart sind die Kupplungen KM und KG aktiviert, während die Kupplung KE deaktiviert ist .
Bei den in Figur 1 dargestellten Betriebsmodi Elektro-Fahrt und Serielle-Fahrt wird das in Figur 2 gezeigte bevorzugte Fahrzeug von dem Elektromotor P2 über die aktivierte Kupp¬ lung KE angetrieben.
Im Betriebsmodus Elektro-Fahrt sind die Kupplungen KM und KG sowie der Verbrennungsmotor VM und der Elektromotor Pl deak¬ tiviert. Ein Anfahren sowie ein Fahren erfolgt durch geeigne¬ te Bestromung des Elektromotors P2, wobei dieser entweder ein Antriebsmoment liefert oder im Generatorbetrieb eine Leistung in die Batterie B einspeist. Im Betriebsmodus Serielle-Fahrt sind die Kupplungen KM und KG deaktiviert. Der Verbrennungsmotor VM ist aktiviert und treibt den Elektromotor Pl über die Motorwelle 1 im Genera¬ torbetrieb an, so dass dieser eine Leistung in die Batterie B einspeist. Hierdurch ist eine Entlastung der Batterie B und/oder ein verlängerter Betrieb bei Beaufschlagung der Bat¬ terie B ermöglicht. Der Elektromotor P2 liefert über die Zwi¬ schenwelle 2 entweder ein Antriebsmoment oder speist im Gene¬ ratorbetrieb eine Leistung in die Batterie B ein.
In den Betriebsmodi Hybrid-Fahrt und Verbrennungsmotor-Fahrt ist die Kupplung KM sowie der Verbrennungsmotor VM aktiviert . Die Kupplung KG ist deaktiviert.
Ist die Kupplung KE im Betriebsmodus Hybrid-Fahrt aktiviert, so verläuft ein erster Leistungszweig mit dem Moment des Verbrennungsmotors VM über die Motorwelle 1 und die Kupplung KM, ggf. unter Leistungsaustausch mit dem Elektromotor Pl. Ein zweiter Leistungszweig verläuft über den Elektromotor P2 und die Zwischenwelle 2. Es erfolgt eine Vereinigung der bei¬ den Leistungszweige über die Kupplung KE, so dass sich die Beaufschlagung der im Kraftfluss nachgeschalteten Eingangs- welle E aus der Überlagerung der Antriebsmomente des ersten und des zweiten Leistungszweiges ergibt. Infolge der ge¬ schlossenen Kupplung KE sind die Drehzahlen von Eingangswel¬ le E, Zwischenwelle 2, Kupplung KM, ggf. Elektromotor Pl und Verbrennungsmotor VM identisch.
Bei maximalem Leistungsbedarf erfolgt ein Antrieb über den Verbrennungsmotor VM und beide Elektromotoren Pl und P2.
Es ist weiterhin möglich, dass entweder ein Antrieb über den Verbrennungsmotor VM und den Elektromotor Pl erfolgt, während der Elektromotor P2 im Generatorbetrieb betrieben wird oder dass ein Antrieb nur über den Verbrennungsmotor VM erfolgt und beide Elektromotoren Pl und P2 im Generatorbetrieb be¬ trieben werden. Hierdurch ist eine Entlastung der Batterie B und/oder ein verlängerter Betrieb bei Beaufschlagung der Bat¬ terie B ermöglicht.
Im Betriebsmodus Verbrennungsmotor-Fahrt ist die Kupplung KE sowie der Elektromotor P2 deaktiviert. Bei deaktivierten Kupplungen KE und KG können die Schleppverluste des Elektro¬ motors P2 gering gehalten werden. Der Elektromotor P2 wird nur mit dem Antriebsstrang gekoppelt, wenn dies unbedingt er¬ forderlich ist.
Durch geeignete Bestromung des Elektromotors Pl kann ein er¬ gänzendes Moment, insbesondere zur Antriebs- oder WarmlaufUn¬ terstützung, geliefert werden oder aber in einem Generatorbe¬ trieb des Elektromotors Pl Energie rückgewonnen werden. Die¬ ses erfolgt insbesondere während eines normalen Fahrbetriebes oder während einer Bremsphase des Kraftfahrzeuges.
Liegt weder ein erhöhter Leistungsbedarf vor noch ist eine Rekuperation von Energie mittels des Elektromotors Pl erfor¬ derlich, so erfolgt ein Antrieb ausschließlich über den Verbrennungsmotor VM.
In einem Betriebsmodus CVT-Fahrt sind die Kupplungen KM und KG aktiviert, während die Kupplung KE deaktiviert ist.
Ein erster Leistungszweig verläuft vom Verbrennungsmotor VM über die Motorwelle 1, die Kupplung KM, die Eingangswelle E, ggf. unter Leistungsaustausch mit dem Elektromotor Pl, wäh¬ rend ein zweiter Leistungszweig von dem Elektromotor P2 über die Zwischenwelle 2 und die Kupplung KG läuft. Eine Überlage- rung der beiden Leistungszweige erfolgt im Summengetriebe G, bei welchem das Hohlrad mit dem ersten Leistungszweig und das Sonnenrad mit dem zweiten Leistungszweig antriebsfest gekop¬ pelt ist. Infolge der Vereinigung durch das Summengetriebe G können der erste Leistungszweig und der zweite Leistungszweig mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden.
Der Abtrieb des Summengetriebes G erfolgt über den Planeten- radträger. Durch die Überlagerung mittels des Summengetrie¬ bes G ergibt sich eine variable Übersetzung in Richtung des Abtriebselementes.
Auf diese Weise kann beispielsweise eine so genannte Geared- Neutral-Funktion realisiert werden, die einen Stillstand des Fahrzeuges gewährleistet. In diesem Zustand wird der Verbren¬ nungsmotor VM mit einer Drehzahl größer oder gleich der Leer¬ laufdrehzahl betrieben. Der Elektromotor Pl kann dann ein po¬ sitives oder negatives Abtriebsmoment liefern. In diesem Zu¬ stand rotiert die Drehzahl des Elektromotors P2 mit einer dem Geared-Neutral-Punkt entsprechenden Drehzahl. Das Abtriebsmo¬ ment des Elektromotors P2 steht in einem festen, von den geo¬ metrischen Verhältnissen des Planetensatzes vorbestimmten Verhältnis zum Moment, das auf der Eingangswelle E vom Verbrennungsmotor VM und dem Elektromotor Pl über das Hohlrad in den Planetensatz eingeleitet wird. Die für den Geared- Neutral-Punkt erforderliche Drehzahl des Elektromotors P2 er¬ gibt sich aus dem Verhältnis des Durchmessers des Sonnenrades zum Durchmesser des Hohlrades.
Bei unveränderter Stellung der Kupplungen und Bremsen ergibt sich eine Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt für eine Verringerung bzw. Vergrößerung der Drehzahl des Elektromotors P2. Die im Ausführungsbeispiel angeführten CVT-Fahrten CVTl-Fahrt und CVT2-Fahrt für die zwei erläuterten unterschiedlichen Fahrbereiche unterscheiden sich in der Art der Leistungsüber¬ tragung vom Summengetriebe G auf ein nachgeschaltetes nicht dargestelltes Teilgetriebe, welches als Automatikgetriebe ausgebildet ist, und im Übersetzungsverhältnis im nachge¬ schalteten Teilgetriebe. Dies wird durch unterschiedlich ge¬ schaltete Kupplungen bzw. Bremsen im nachgeschalteten Teilge¬ triebe realisiert.
Mittels der vorgenannten unterschiedlichen Betriebsmodi des Fahrzeuges können auf verschiedene Weise gleiche oder ver¬ gleichbare Fahrzustände des Fahrzeuges erzielt werden.
Die Wahl eines für einen gewünschten Fahrzustand geeigneten Ziel-Betriebsmodus erfolgt beispielsweise anhand eines Kenn¬ feldes, welches beispielsweise Wirkungsgrade, Leistungsbilan¬ zen, erzielbare Beschleunigungswerte o. Ä. beinhaltet. Alter¬ nativ oder zusätzlich können einzelne Betriebsgrößen des An¬ triebsstranges, wie Betriebstemperaturen von den Elektromoto¬ ren Pl und P2 oder Kupplungen und Bremsen überwacht werden, so dass bei Überschreiten eines Grenzwertes einer Betriebs¬ temperatur eine Kupplung durch Wechsel eines Betriebsmodus deaktiviert werden kann, so dass diese oder ein zugeordneter Elektromotor entlastet wird. Alternativ oder zusätzlich kann bei der Wahl des Ziel-Betriebsmodus der Ladezustand einer der Bestromung der Elektromotoren Pl und P2 dienenden Batterie B berücksichtigt werden. Weitere Kriterien zur Wahl des Ziel- Betriebsmodus können das befahrene Streckenprofil, die er- fasste Fahrdynamik und/oder das erfasste Fahrerverhalten sein. Die Wahl eines geeigneten Ziel-Betriebsmodus kann bei¬ spielsweise auch nach einer a-priori vorgegebenen Betriebs¬ strategie erfolgen. Wurde ein geeigneter Ziel-Betriebsmodus gewählt und ermög¬ licht das Steuergerät den Wechsel vom aktuellen Betriebsmodus in den Ziel-Betriebsmodus, so wird in den Ziel-Betriebsmodus gewechselt. Ist dieser Wechsel nicht möglich, so kann ggf-, zunächst in einen anderen Betriebsmodus gewechselt werden, von dem aus dann ein Wechsel in den Ziel-Betriebsmodus mög¬ lich ist, oder es kann ein anderer Ziel-Betriebsmodus gewählt werden.
Das Steuergerät ermöglicht nur Wechsel zwischen Betriebsmodi, bei denen die beteiligten Triebstrangkomponenten vor dem Wechsel bezüglich Drehzahl und Drehmoment unabhängig vonein¬ ander vorzusteuern sind. Dadurch entstehen beim Zuschalten und beim Abschalten der Triebstrangkomponenten vom Abtrieb keine Momentenänderungen und damit auch kein Ruck im Trieb¬ strang. Da diese Wechsel somit zu keiner Beeinträchtigung des Komforts führen, braucht die Häufigkeit der Wechsel nicht, beispielsweise durch Hysteresen, reduziert werden, sondern es kann stets der bezüglich Verbrauch und Komfort optimale Be¬ triebsmodus gewählt werden.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwi¬ schen den folgenden Betriebsmodi Wechsel möglich:
- Serielle-Fahrt und Elektro-Fahrt,
- Serielle-Fahrt und Hybrid-Fahrt,
- Elektro-Fahrt und Hybrid-Fahrt,
- Hybrid-Fahrt und Verbrennungsmotor-Fahrt, und
- Verbrennungsmotor-Fahrt und CVTl-Fahrt bzw. CVT2- Fahrt .
Befindet sich das Fahrzeug im Betriebsmodus Elektro-Fahrt und es wurde der Ziel-Betriebsmodus Verbrennungsmotor-Fahrt ge¬ wählt, so findet zunächst ein Wechsel in Hybrid-Fahrt und dann ein Wechsel in Verbrennungsmotor-Fahrt statt. Soll von Elektro-Fahrt in CVTl-Fahrt oder CVT2-Fahrt gewechselt wer¬ den, so geschieht dies über die Zwischenschritte Hybrid-Fahrt und Verbrennungsmotor-Fahrt. Die Wechsel in entgegen gesetzte Richtung finden analog statt.
Wechsel aus bzw. in Serielle-Fahrt in bzw. aus Verbrennungs¬ motor-Fahrt bzw. CVTl-Fahrt oder CVT2-Fahrt werden entspre¬ chend durchgeführt.
Bei Wechseln zwischen CVTl-Fahrt und CVT2-Fahrt sowie zwi¬ schen Hybrid-Fahrt und CVTl-Fahrt oder CVT2-Fahrt wird zu¬ nächst in Verbrennungsmotor-Fahrt- gewechselt.
Beim Wechsel von Elektro-Fahrt in Serielle-Fahrt wird der Verbrennungsmotor VM aktiviert und der Elektromotor Pl im Ge¬ neratorbetrieb betrieben. Der Elektromotor Pl liefert Energie für das Bordnetz und den Elektromotor P2. Der Verbrennungsmo¬ tor VM wird möglichst verbrauchsoptimal betrieben.
Beim Wechsel von Serielle-Fahrt in Elektro-Fahrt werden der Verbrennungsmotor VM und der Elektromotor Pl deaktiviert.
Beim Wechsel von Elektro-Fahrt in Hybrid-Fahrt wird der Verbrennungsmotor VM aktiviert und die Drehzahl des Verbren¬ nungsmotors VM und des Elektromotors Pl an die Drehzahl des Elektromotors P2 angeglichen. Dann wird die Kupplung KM akti¬ viert und das Drehmoment des Elektromotors P2 in dem Maße re¬ duziert wie das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM und des Elektromotors Pl erhöht wird.
Beim Wechsel von Hybrid-Fahrt in Elektro-Fahrt wird das Dreh¬ moment des Verbrennungsmotors VM und des Elektromotors Pl bis auf Null reduziert und das Drehmoment des Elektromotors P2 in gleichem Maße erhöht bis der Elektromotor P2 das gesamte An- triebsmoment erzeugt. Danach wird zunächst die Kupplung KM und dann der Verbrennungsmotor VM und der Elektromotor Pl de¬ aktiviert.
Beim Wechsel von Serielle-Fahrt in Hybrid-Fahrt wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors VM und des Elektromotors Pl an die Drehzahl des Elektromotors P2 angeglichen. Dann wird die Kupplung KM aktiviert und das Drehmoment des Elektromo¬ tors P2 in dem Maße reduziert wie das Drehmoment des Verbren¬ nungsmotors VM und des Elektromotors Pl erhöht wird.
Beim Wechsel von Hybrid-Fahrt in Serielle-Fahrt wird das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM und des Elektromotors Pl bis auf Null reduziert und das Drehmoment des Elektromo¬ tors P2 in gleichem Maße erhöht bis der Elektromotor P2 das gesamte Antriebsmoment erzeugt. Danach wird die Kupplung KM deaktiviert und der Elektromotor Pl vom Verbrennungsmotor VM im Generatorbetrieb angetrieben.
Beim Wechsel von Verbrennungsmotor-Fahrt in Hybrid-Fahrt wird der Elektromotor P2 an die entsprechende Drehzahl des Verbrennungsmotors VM und des Elektromotors Pl angeglichen. Dann wird die Kupplung KE aktiviert.
Beim Wechsel von Hybrid-Fahrt in Verbrennungsmotor-Fahrt wird das Drehmoment des Elektromotors P2 bis auf Null reduziert und dann die Kupplung KE deaktiviert. Das gesamte Antriebsmo¬ ment wird durch den Verbrennungsmotor VM und den Elektromo¬ tor Pl erzeugt und der Elektromotor P2 wird deaktiviert.
Beim Wechsel von Verbrennungsmotor-Fahrt in CVTl-Fahrt bzw. CVT2-Fahrt wird die Drehzahl des Elektromotors P2 einge¬ stellt, bei der sich nach Umschalten in CVTl-Fahrt bzw. CVT2- Fahrt das Übersetzungsverhältnis der aktuell eingelegten Gangstufe in Verbrennungsmotor-Fahrt ergibt. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM und des Elektromotors Pl wird der¬ art eingestellt, dass die Leistung am Abtrieb in Addition mit der Leistung des Elektromotors P2 der Leistung in Verbren¬ nungsmotor-Fahrt entspricht. Dann wird die Kupplung KG akti¬ viert.
Beim Wechsel von CVTl-Fahrt bzw. CVT2-Fahrt in Verbrennungs¬ motor-Fahrt wird die Drehzahl des Elektromotors P2 einge¬ stellt, bei der sich nach Umschalten in Verbrennungsmotor- Fahrt in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmo¬ tors VM bzw. des Elektromotors Pl und der Abtriebsdrehzahl das Übersetzungsverhältnis der gewünschten Gangstufe ergibt. Das Drehmoment des Verbrennungsmotors VM und des Elektromo¬ tors Pl wird auf das am Abtrieb geforderte Drehmoment einge¬ stellt. Dann wird zunächst die Kupplung KG und dann der E- lektromotor P2 deaktiviert.
Bei Fahrzeugstillstand sind die Kupplungen KM, KE und KG so¬ wie die Elektromotoren Pl und P2 deaktiviert.
Zwischen Fahrzeugstillstand bei deaktiviertem Verbrennungsmo¬ tor VM und Elektro-Fahrt findet ein Wechsel durch Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kupplung KE und entsprechender Bestro- mung des Elektromotors P2 statt.
Zwischen Fahrzeugstillstand bei aktiviertem Verbrennungsmo¬ tor VM und Serielle-Fahrt findet ein Wechsel durch Aktivie¬ rung bzw. Deaktivierung der Kupplung KE statt, wobei der E- lektromotor Pl im Generatorbetrieb vom Verbrennungsmotor VM angetrieben wird und der Elektromotor P2 entweder ein An¬ triebsmoment liefert oder ebenfalls im Generatorbetrieb be¬ trieben wird. Zwischen Fahrzeugstillstand bei aktiviertem Verbrennungsmo¬ tor VM und Hybrid-Fahrt findet ein Wechsel durch Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kupplungen KE und KM statt, wobei sich die Antriebsmomente des Verbrennungsmotors VM über den ersten Leistungszweig, und des Elektromotors P2 über den zweiten Leistungszweig überlagern. Die Elektromotoren Pl und P2 kön¬ nen ein Antriebsmoment liefern oder im Generatorbetrieb be¬ trieben werden.
Zwischen Fahrzeugstillstand bei aktiviertem Verbrennungsmo¬ tor VM und Verbrennungsmotor-Fahrt findet ein Wechsel durch Aktivierung bzw. Deaktivierung der Kupplung KM statt, wobei der Verbrennungsmotor VM ein Antriebsmoment liefert und der Elektromotor Pl ebenfalls ein Antriebsmoment liefert oder im Generatorbetrieb betrieben wird.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung des Betriebsmodus eines Fahrzeu¬ ges mit Hybridantrieb, wobei der Betriebsmodus durch zu¬ mindest eine der Antriebsarten verbrennungsmotorischer, elektromotorischer und gemischter Antrieb festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wahl des Betriebsmodus vom vorherigen Betriebs¬ modus abhängig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur bestimmte Wechsel zwischen den Betriebsmodi er¬ möglicht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug mindestens folgende Betriebsmodi auf¬ weist:
- Elektro-Fahrt, bei der das Fahrzeug von einem Elektro¬ motor (Pl, P2) angetrieben wird und der Verbrennungs¬ motor (VM) deaktiviert ist;
- Serielle-Fahrt, bei der das Fahrzeug von einem Elekt¬ romotor (Pl, P2) angetrieben wird und der Verbren- nungsmotor (VM) einen zweiten als Generator betriebe¬ nen Elektromotor (P2, Pl) antreibt;
- Hybrid-Fahrt, bei der das Fahrzeug von mindestens ei¬ nem Elektromotor (Pl, P2) und dem Verbrennungsmo¬ tor (VM) angetrieben wird; und
- Verbrennungsmotor-Fahrt, bei der das Fahrzeug vom Verbrennungsmotor (VM) angetrieben wird und der Verbrennungsmotor (VM) einen als Generator betriebenen Elektromotor (Pl, P2) antreiben kann.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur Wechsel zwischen den folgenden Betriebsmodi er¬ möglicht werden:
- Serielle-Fahrt und Elektro-Fahrt,
- Serielle-Fahrt und Hybrid-Fahrt,
- Elektro-Fahrt und Hybrid-Fahrt, und
- Hybrid-Fahrt und Verbrennungsmotor-Fahrt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug eine CVT-Fahrt, bei der das Fahrzeug von mindestens einem Elektromotor (Pl, P2) und dem Verbrennungsmotor (VM) über eine stufenlose Übersetzung angetrieben wird, als zusätzlichen Betriebsmodus .auf¬ weist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Wechsel zwischen Verbrennungsmotor- Fahrt und CVT-Fahrt ermöglicht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug für unterschiedliche Fahrbereiche meh¬ rere CVT-Fahrten, bei denen das Fahrzeug von mindestens einem Elektromotor (Pl, P2) und dem Verbrennungsmo¬ tor (VM) über eine stufenlose Übersetzung angetrieben wird, als zusätzliche Betriebsmodi aufweist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Wechsel zwischen Verbrennungsmotor-Fahrt und den verschiedenen CVT-Fahrten ermöglicht werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Wechsel zwischen den verschiedenen CVT- Fahrten ermöglicht werden.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Wechsel zwischen Fahrzeugstillstand bei deaktiviertem Verbrennungsmotor (VM) und Elektro- Fahrt ermöglicht wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Wechsel zwischen Fahrzeugstillstand bei aktiviertem Verbrennungsmotor (VM) und Serielle-Fahrt, Hybrid-Fahrt sowie Verbrennungsmotor-Fahrt ermöglicht werden.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zwischen Betriebsmodi ohne Hysterese stattfindet.
13. Steuergerät zur Wahl eines Betriebsmodus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es Mittel zum Wechsel zwischen den folgenden Be¬ triebsmodi aufweist:
- Serielle-Fahrt und Elektro-Fahrt,
- Serielle-Fahrt und Hybrid-Fahrt,
- Elektro-Fahrt und Hybrid-Fahrt, und
- Hybrid-Fahrt und Verbrennungsmotor-Fahrt.
14. Steuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Mittel zum Wechsel zwischen Verbren¬ nungsmotor-Fahrt und CVT-Fahrt aufweist.
15. Steuergerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Mittel zum Wechsel zwischen Verbren¬ nungsmotor-Fahrt und den verschiedenen CVT-Fahrten auf¬ weist.
16. Steuergerät nach Anspruch 13 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Mittel zum Wechsel zwischen den ver¬ schiedenen CVT-Fahrten aufweist.
17. Steuergerät nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Mittel zum Wechsel zwischen Fahrzeug¬ stillstand bei deaktiviertem Verbrennungsmotor (VM) und Elektro-Fahrt aufweist.
18. Steuergerät nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich Mittel zum Wechsel zwischen Fahrzeug¬ stillstand bei aktiviertem Verbrennungsmotor (VM) und Serielle-Fahrt, Hybrid-Fahrt sowie Verbrennungsmotor- Fahrt aufweist.
19. Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb und einem Steuergerät zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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