WO2007085367A1 - Verfahren und vorrichtung zur regelung eines elektrodynamischen antriebssystems eines kraftfahrzeuges - Google Patents

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WO2007085367A1
WO2007085367A1 PCT/EP2007/000355 EP2007000355W WO2007085367A1 WO 2007085367 A1 WO2007085367 A1 WO 2007085367A1 EP 2007000355 W EP2007000355 W EP 2007000355W WO 2007085367 A1 WO2007085367 A1 WO 2007085367A1
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electric machine
motor vehicle
drive system
speed
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PCT/EP2007/000355
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Notker Amann
Uwe Griesmeier
Axel-Michael Mueller
Michael Roske
Wolfgang Schoen
Stefan Wallner
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling an electrodynamic drive system of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1 or according to the preamble of patent claim 9.
  • the planetary gear comprises a central sun gear, an outer ring gear and a planet carrier (ridge) with planetary gears, the planetary gears meshing with the ring gear and the sun gear.
  • the planet carrier is drivingly connected to the transmission via a transmission input shaft
  • the ring gear is connected to the crankshaft of the internal combustion engine via a ring gear shaft
  • the sun gear is connected to the rotor of the electric machine through a sun gear shaft.
  • a bridging clutch is provided, with which the planet carrier can be connected via the sun gear shaft to the sun gear, whereby the planetary gear can be bridged.
  • a comparable arrangement is also known from DE 101 52 471 A1.
  • a method for starting an internal combustion engine is described.
  • the arrangement additionally has a brake for controlled braking of the transmission input shaft against a fixed housing part, which in addition to the electric motor torque of the electric machine, a rotational torque of the rotating masses for starting the Internal combustion engine is provided.
  • a hydrodynamic converter consists of an oil-filled housing in which a pump wheel as drive, a turbine wheel as output and a stator as torque converter are arranged.
  • the impeller is driven by the internal combustion engine and sets the oil in motion.
  • the flow movement of the oil is absorbed by the turbine wheel and converted into a rotational movement, which is transmitted to the transmission.
  • the stator deflects the oil flowing back from the turbine wheel. Therefore, the turbine torque delivered to the transmission is higher than the pump torque received by the engine.
  • the torque conversion depends on the flow rate and thus on the ratio of the speeds of turbine and impeller. Since the impeller precedes the turbine wheel, there is always a certain amount of slippage, which reduced efficiency.
  • the converter acts like a continuously variable transmission. Due to its limited conversion range and efficiency, however, it is particularly suitable for passenger vehicles as a starting element in conjunction with a multi-speed transmission.
  • the invention has the object to develop a method that improves ride comfort in a vehicle with an electro-dynamic drive system.
  • the invention is based on the finding that the creep function known from hydrodynamic converters in automatic transmissions can be imitated in a software operable in the vehicle, which simulates the characteristic of such a converter, and that this characteristic can be implemented electronically in a corresponding control of the starting element.
  • the invention is based on a method for controlling an electrodynamic drive system of a motor vehicle, in which an electric machine essentially serving as an electrodynamic starting element and a summing gear between a combustion engine and a combustion engine.
  • motor and a gearbox preferably designed as a transmission are arranged.
  • the invention provides according to the method, that by means of a control of at least the electric machine via a control device, in operative connection with the summation tion gear, when engaged gear and not actuated accelerator pedal, an adjustable creep driving state of the motor vehicle is brought about.
  • gearbox to understand all types of gear that have a true neutral position with an output speed "zero”, so do not generate an output speed with the value "zero" by an internal gear speed summation
  • gearbox therefore includes, for example, manual transmissions, automated manual transmissions and planetary automatic transmissions.
  • the creep driving state of the motor vehicle can be freely programmed by means of a control software.
  • m adjustable creep torque characteristic is regulated.
  • the freely programmable creep torque characteristic enables an optimum adaptation of the creep function to the performance data of the drive motor used (internal combustion engine) and the gearbox parameters. In particular, this makes it possible to reproduce the torque converter characteristic curve of a hydrodynamic torque converter as exactly as desired.
  • the freely definable control allows in a further advantageous embodiment, in a relatively simple manner, to take into account current external parameters such as road gradient, Fahrbahnreibwert, outside temperature and brake pedal pressure. This can be used, for example, to preclude a rollback of the vehicle on slopes or to adapt the creep to the road conditions.
  • the motor vehicle is speed controlled in creep driving state via a predetermined target creep speed.
  • the electrodynamic starting element allows unlimited creep. It is advantageous to specify a desired creeping speed and then to regulate the speed of the vehicle to this speed consistent. As a result, the vehicle also crosses small obstacles, for example a curb, with a constant creeping speed.
  • the electric machine is operated in creep mode as a generator.
  • the electric machine is switched after a certain creep in the engine operation.
  • a quadrant switch from regenerative to motor operation can already be done by a slight change in the engine speed.
  • These speed changes on the electric machine result in small variations in the vehicle speed, which are barely perceived by the driver.
  • a constant creep speed can also be realized by a simultaneous change of engine speed and engine speed.
  • Another object of the invention is to provide a device which provides better ride comfort in a vehicle having an electrodynamic drive system.
  • the invention is therefore based on a device for controlling an electrodynamic drive system of a motor vehicle, in which an electric machine serving essentially as an electrodynamic starting element and a summing gear are arranged between an internal combustion engine and a transmission, which is preferably designed as a manual transmission.
  • a control device is provided at least for controlling the electric machine, via which a controllable creep driving state of the motor vehicle is adjustable when the gear is engaged and the accelerator pedal is not actuated.
  • the electrical machine with variable electrical or mechanical power can be operated both as a generator and motor.
  • the summation gear planetary gear
  • the control also allows a regulation of this creep driving condition.
  • the control device has a characteristic memory for storing a creep torque characteristic.
  • the control device has a software memory for storing a control software.
  • the control device has means for detecting driving state data. By this data storage or detection means an electro-dynamic drive system is provided, which allows a wear-free and low-loss unrestricted creep mode in such a vehicle equipped.
  • Fig. 1 is a block diagram of an electrodynamic drive system
  • Fig. 2 is a schematic representation of the drive system
  • Fig. 3a is a flowchart for generating a creep driving condition
  • Fig. 3b is a second flowchart
  • Fig. 4 is a graph for speed control of the electric machine for the creep driving state.
  • FIG. 1 shows an electrodynamic drive system 1 of a motor vehicle which is connected between an internal combustion engine 2, for example a diesel engine, and a transmission 5 in the drive train of the motor vehicle Vehicle is arranged.
  • the electrodynamic drive system 1 comprises an electric machine 3, for example a 42V electric machine, as an additional drive element and as a voltage supplier for the vehicle electrical system, as well as a summation gear 4 designed as a planetary gear, which can be acted upon by the internal combustion engine 2 and the electric motor 3 with a torque is.
  • the electric motor 3 and the internal combustion engine 2 can be controlled by a control device 6.
  • the electrodynamic drive system 1 or starting element according to FIG. 1 is shown schematically in more detail in FIG.
  • a crankshaft 7 of the internal combustion engine 2 a ring gear 10 of the planetary gear 4 is connected via a ring gear 9 and a damping element 8 to the engine 2.
  • a pinion gear (web) 11 carries a set of rotatably mounted planetary gears 12. The web 11 is non-rotatably connected to an input shaft 13 of the advantageous, in a known Vorlegerbauweise formed, claw-connected gearbox 5, which should be designed here as an automated transmission 5.
  • a freewheel 16 is provided, via which the input shaft 13 of the gearbox 5 from the housing 14 can be decoupled.
  • the ring gear 9 is rotatably connected to a rotor 17 of the electric machine 3 connectable.
  • the rotor 17 is fixedly connected via a sun gear shaft 20 to a sun gear 18 of the summation gear 4.
  • the electric machine 3 is fixedly connected to the ring gear shaft 9 or to the ratio of the planetary gear 4. Regardless of the switching state of the clutch 19, the electric machine 3 is operated by a motor or generator.
  • FIG. 3a shows a flow chart for generating a tunable creep torque.
  • the engine speed 21 and the transmission input speed 22 are detected. This results in a slip speed as a state variable.
  • This state variable is compared with a predetermined creep torque curve 24, in which a curve of a torque conversion is plotted against a speed ratio.
  • the electronic control leads in operative connection with the summation 4 to the corresponding desired creep torque 25 of the drive system 1 at the transmission input thirteenth
  • FIG. 3 b shows an alternative embodiment of the invention in which the characteristic curve 24 is additionally varied with a filter 26 that takes into account current driving state parameters (incline, road friction coefficient, etc.).
  • FIG. 4 shows a temporal speed curve for a constant creep speed control, for the engine speed 21 (actual idling speed), the transmission input speed 22 and the engine speed 23 (actual speed curve).
  • a target speed for the electric machine 3 is specified.
  • the electric machine 3 runs as a generator (negative speed), while the transmission input shaft 13 does not rotate and the engine 2 rotates smoothly at idle.
  • the creep driving state control begins.
  • the speed 23 of the electric machine is reduced, but initially remains in the regenerative range 28 near zero revolutions / minute.
  • the transmission input shaft 13 is thereby replaced by a tion number is driven below the idle speed.
  • the idle speed fluctuates slightly.
  • the electric machine 3 is switched over to engine operation 29 and rotates with a (positive) number of revolutions close to zero. In spite of the modified driving resistance, the vehicle drives almost constantly at the set desired creep speed.
  • the invention also encompasses the use of the method in drive trains with all other possible and different drive couplings between the internal combustion engine 2, the electric machine 3, the summation transmission 4, the friction clutch 19 and the transmission 5, which is not shown here separately.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems (1 ) eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine im Wesentlichen als ein elektrodynamisches Anfahrelement dienende elektrische Maschine (3) und ein Summierungsgetriebe (4) zwischen einem Verbrennungsmotor (2) und einem Getriebe (5) angeordnet sind. Zur Verbesserung des Fahrkomforts bei einem Fahrzeug mit einem elektrodynamischen Antriebssystem ist vorgesehen, dass mit Hilfe einer Ansteuerung wenigstens der elektrische Maschine (3) über eine Steuerungsvorrichtung (6), in Wirkverbindung mit dem Summierungsgetriebe (4), bei eingelegtem Gang und nicht betätigtem Fahrpedal, ein regelbarer Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges herbeigeführt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssvstems eines Kraftfahrzeuges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beziehungsweise gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Im Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen werden elektrische Maschinen als Alternative zu herkömmlichen Reibkupplungen oder zu hydrodynamischen Wandlern als Anfahrelemente eingesetzt. Dadurch können die mechanischen Verluste bei der Kraftübertragung im Triebstrang verringert werden.
Aus der DE 199 34 696 A1 ist ein solches elektrodynamisches Antriebssystem bekannt, bei dem zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe ein als ein Planetengetriebe ausgebildetes Summierungsgetrie- be und eine elektrische Maschine vorhanden sind. Das Planetengetriebe um- fasst ein zentrales Sonnenrad, ein äußeres Hohlrad sowie einen Planetenrad- träger (Steg) mit Planetenrädern, wobei die Planentenräder mit dem Hohlrad und dem Sonnenrad kämmen. Der Planetenradträger ist über eine Getriebeeingangswelle antriebswirksam mit dem Schaltgetriebe verbunden, das Hohlrad ist über eine Hohlradwelle mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbunden, und das Sonnenrad ist über eine Sonnenradwelle mit dem Rotor der elektrischen Maschine in Verbindung. Weiterhin ist eine Überbrückungskupp- lung vorgesehen, mit welcher der Planetenradträger über die Sonnenradwelle mit dem Sonnenrad verbindbar ist, wodurch das Planetengetriebe überbrückbar ist. Diese Anordnung ermöglicht es insbesondere, das Fahrzeug aus dem Stand ohne ein reibungsbehaftetes Anfahrelement anzufahren, den Verbrennungsmotor zu starten, wodurch ein separater Anlasser entfallen kann und in einer Generatorfunktion der elektrischen Maschine elektrische Energie zur Ver- sorgung des Fahrzeugbordnetzes zu erzeugen, wodurch sich ein separater Generator erübrigt.
Eine vergleichbare Anordnung ist auch noch aus der DE 101 52 471 A1 bekannt. Darin ist ein Verfahren zum Starten eines Verbrennungsmotors beschrieben. Um einen sicheren und schnellen Startvorgang des Verbrennungsmotors auch bei tiefen Temperaturen und erschwerten Anlaufbedingungen zu gewährleisten, weist die Anordnung zusätzlich eine Bremse zum geregelten Abbremsen der Getriebeeingangswelle gegen ein feststehendes Gehäuseteil auf, wodurch zusätzlich zum Elektromotormoment der elektrischen Maschine ein Rotationsmoment der rotierenden Massen zum Starten der Verbrennungsmaschine zur Verfügung gestellt wird.
Die bekannten Systeme mit elektrodynamischen Anfahrelementen enthalten keine Hinweise auf das bei Fahrzeugen mit Automatgetriebe bekannte „Kriechen". Dieser Fahrzustand entsteht bei der Verwendung eines hydrodynamischen Wandlers, der in Verbindung mit einem Planetengetriebe ein Hauptbestandteil der meisten Automatgetriebe ist.
Ein hydrodynamischer Wandler besteht bekanntermaßen aus einem öl- gefüllten Gehäuse, in dem ein Pumpenrad als Antrieb, ein Turbinenrad als Abtrieb und ein Leitrad als Drehmomentwandler angeordnet sind. Das Pumpenrad wird vom Verbrennungsmotor angetrieben und setzt das Öl in Bewegung. Die Strömungsbewegung des Öls wird von dem Turbinenrad aufgenommen und in eine Drehbewegung umgesetzt, die auf das Getriebe übertragen wird. Das Leitrad lenkt das von dem Turbinenrad zurückströmende Öl um. Daher ist das an das Getriebe abgegebene Turbinenrad-Drehmoment höher als das von dem Verbrennungsmotor aufgenommene Pumpenrad-Drehmoment. Die Drehmomentwandlung hängt von der Strömungsstärke und damit vom Verhältnis der Drehzahlen von Turbinenrad und Pumpenrad ab. Da das Pumpenrad dem Turbinenrad vorauseilt, ergibt sich immer ein bestimmter Schlupf, der den Wir- kungsgrad beeinträchtigt. Der Wandler wirkt wie ein stufenloses Getriebe. Bedingt durch seinen begrenzten Wandlungsbereich und Wirkungsgrad eignet er sich jedoch vor allem bei Personenfahrzeugen als Anfahrelement in Verbindung mit einem Mehrstufengetriebe.
Befindet sich ein derart ausgerüstetes Fahrzeug im Leerlauf und ist eine Fahrstufe eingelegt, beginnt das Fahrzeug (bei nicht gedrückter Bremse) langsam zu kriechen, da der Wandler die Strömungsenergie des Öls umwandelt und das Getriebe gemäß der eingelegten Fahrstufe antreibt. Dieser Kriech- Fahrzustand wird in der Fahrpraxis als sehr komfortabel empfunden. Zudem hat er den vorteilhaften Effekt einer Haltefunktion an Steigungen zumindest bis zu einem bestimmten Steigungsgrad.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das bei einem Fahrzeug mit einem elektrodynamischen Antriebssystem den Fahrkomfort verbessert.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die von hydrodynamischen Wandlern in Automatgetrieben bekannte Kriechfunktion in einer im Fahrzeug betreibbaren Software nachbildbar ist, welche die Charakteristik eines solchen Wandlers simuliert, und dass diese Charakteristik in einer entsprechenden Ansteuerung des Anfahrelementes elektronisch umsetzbar ist.
Demnach geht die Erfindung aus von einem Verfahren zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine im Wesentlichen als ein elektrodynamisches Anfahrelement dienende elektrische Maschine und ein Summierungsgetriebe zwischen einem Verbrennungs- motor und einem bevorzugt als Schaltgetriebe ausgebildeten Getriebe angeordnet sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung verfahrensgemäß vor, dass mit Hilfe einer Ansteuerung wenigstens der elektrische Maschine über eine Steuerungsvorrichtung, in Wirkverbindung mit dem Summie- rungsgetriebe, bei eingelegtem Gang und nicht betätigtem Fahrpedal, ein regelbarer Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges herbeigeführt wird.
In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass unter dem Begriff „Getriebe" alle Getriebearten zu verstehend sind, die eine echte Neutral- Stellung mit einer Abtriebsdrehzahl „Null" haben, also nicht etwa durch eine getriebeinterne Drehzahlsummation eine Abtriebsdrehzahl mit dem Wert „Null" erzeugen. Unter dem Begriff „Getriebe" fallen daher beispielsweise Handschaltgetriebe, automatisierte Schaltgetriebe und Planeten-Automatikgetriebe.
Erfindungsgemäß wird demnach vorgeschlagen, bei einem elektrodynamischen Anfahrelement einen Betriebszustand, der das „Kriechen" eines Automatgetriebes erzeugt, nachzubilden. Dieser Kriech-Fahrzustand wird in seiner Funktion vergleichbar zu einem automatischen Stufengetriebe mit einem hydrodynamischen Wandler realisiert, bei dem bei eingelegtem Gang und Motor im Leerlauf, also bei nicht gedrücktem Fahrpedal, der Wandler ein Dreh- bzw. Kriechmoment erzeugt, das (bei nicht gedrücktem Bremspedal) zu einem Kriechen des Fahrzeuges führt. Dazu wird die elektrische Maschine des Antriebssystems entsprechend angesteuert. Über das Summierungsgetriebe wird das erzeugte Elektromotormoment an das nachgeordnete Getriebe weitergegeben und entsprechend der eingelegten Übersetzung in einen Antrieb der Antriebsräder umgesetzt. Die Vorteile eines elektrodynamischen Antriebssystems werden auf diese Weise mit dem Fahrkomfort eines hydrodynamischen Wandlers verbunden.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer über eine Steuerungs-Software frei program- mierbare Kriechmoment-Kennlinie geregelt wird. Die frei programmierbare Kriechmoment-Kennlinie ermöglicht eine optimale Anpassung der Kriechfunktion an die Leistungsdaten des verwendeten Antriebsmotors (Verbrennungsmotor) und der Getriebeparameter. Insbesondere wird dadurch ermöglicht, die Drehmomentwandler-Kennlinie eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers beliebig genau nachzubilden. Die frei vorgebbare Steuerung erlaubt bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, auf relativ einfache Weise, aktuelle äußere Parameter wie Fahrbahnsteigung, Fahrbahnreibwert, Außentemperatur und Bremspedaldruck zu berücksichtigen. Dies kann beispielsweise dazu benutzt werden, um an Steigungen ein Zurückrollen des Fahrzeugs auszuschließen oder das Kriechen an die Fahrbahnverhältnisse anzupassen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Kraftfahrzeug im Kriech- Fahrzustand über eine vorgegebene Soll-Kriechgeschwindigkeit geschwindigkeitsgeregelt wird. Im Gegensatz zu konventionellen Handschaltgetrieben, automatisierten Getrieben oder Doppelkupplungsgetrieben mit Reibkupplungen, die ein dauerhaftes Kriechen mit einem Schlupfen der Kupplung aufgrund der damit verbundenen Reibverluste, Kupplungsüberhitzung und erhöhtem Verschleiß nicht erlauben, ermöglicht das elektrodynamische Anfahrelement ein zeitlich unbeschränktes Kriechen. Dabei ist es vorteilhaft, eine Wunschkriechgeschwindigkeit vorzugeben und anschließend die Geschwindigkeit des Fahrzuges auf diese Geschwindigkeit gleich bleibend zu regeln. Dies führt dazu, dass das Fahrzeug auch kleine Hindemisse, beispielsweise ein Bordsteinkante, mit gleich bleibender Kriechgeschwindigkeit überquert.
Um ein zeitlich unbeschränktes Kriechen sicherzustellen ist es vorteilhaft, die elektrische Maschine wahlweise als Generator oder als Motor zu betreiben. Hauptsächlich wird die Elektromaschine im Kriechbetrieb generatorisch betrieben. Um ein Entladen und Laden einer Fahrzeugbatterie zur Bordnetzversorgung zu ermöglichen, wird die Elektromaschine nach einer bestimmten Kriechzeit in den motorischen Betrieb umgeschaltet. Dazu ist es vorteilhaft, die elektrische Maschine überwiegend nahe der Drehzahl Null zu betreiben. Dadurch kann eine Quadrantenumschaltung von generatorischen auf motorischen Betrieb schon durch eine leichte Veränderung der Maschinendrehzahl erfolgen. Diese Drehzahländerungen an der elektrischen Maschine resultieren in geringen Schwankungen der Fahrzeuggeschwindigkeit, die vom Fahrer kaum wahrgenommen werden. Schließlich kann eine konstante Kriechgeschwindigkeit auch durch eine gleichzeitige Änderung von Verbrennungsmotor-Drehzahl und Maschinendrehzahl realisiert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die bei einem Fahrzeug mit einem elektrodynamischen Antriebssystem einen besseren Fahrkomfort bewirkt.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Vorrichtungsanspruchs 9, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen den Unteransprüchen zu diesem unabhängigen Vorrichtungsanspruchs entnehmbar sind.
Weiterhin geht die Erfindung demnach von einer Vorrichtung zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeuges aus, bei dem eine im Wesentlichen als ein elektrodynamisches Anfahrelement dienende elektrische Maschine und ein Summierungsgetriebe zwischen einem Verbrennungsmotor und einem vorzugsweise als Schaltgetriebe ausgebildeten Getriebe angeordnet sind. Die Erfindung sieht zudem vor, dass eine Steuerungsvorrichtung wenigstens zur Ansteuerung der elektrischen Maschine vorgesehen ist, über die bei eingelegtem Gang und nicht betätigtem Fahrpedal ein regelbarer Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges einstellbar ist. Über die Steuerungsvorrichtung kann die elektrische Maschine mit variabler elektrischer bzw. mechanischer Leistung sowohl generatorisch als auch motorisch betrieben werden. In Verbindung mit dem Summationsgetriebe (Planetengetriebe) lässt sich somit ein Kriechmoment an das Schaltgetriebe und damit an die Antriebsräder des Fahrzeuges übertragen, welches das Fahrzeug in eine Kriechbewegung versetzt.
Die Ansteuerung ermöglicht weiterhin eine Regelung dieses Kriech- Fahrzustandes. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung einen Kennlinienspeicher zur Abspeicherung einer Kriechmoment-Kennlinie aufweist. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung einen Softwarespeicher zur Abspeicherung einer Steuerungs-Software aufweist. Schließlich kann noch vorgesehen sein, dass die Steuerungsvorrichtung Mittel zur Erfassung von Fahrzustandsdaten aufweist. Durch diese Datenspeicher bzw. Erfassungsmittel wird ein elektrodynamisches Antriebssystem zur Verfügung gestellt, das einen verschleißfreien und verlustarmen unbeschränkten Kriechmodus bei einem derart ausgerüsteten Fahrzeug ermöglicht.
Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung mit Ausführungsbeispielen beigefügt. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines elektrodynamischen Antriebssystems, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Antriebssystems, Fig. 3a ein Ablaufschema zur Erzeugung eines Kriech-Fahrzustandes, Fig. 3b ein zweites Ablaufschema, und
Fig. 4 ein Kurvendiagramm zur Drehzahlsteuerung der elektrischen Maschine für den Kriech-Fahrzustand.
Demnach ist in Fig. 1 ein elektrodynamisches Antriebssystem 1 eines Kraftfahrzeuges dargestellt, das zwischen einem Verbrennungsmotor 2, beispielsweise einem Dieselmotor, und einem Getriebe 5 im Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordnet ist. Das elektrodynamische Antriebssystem 1 umfasst eine elektrische Maschine 3, beispielsweise eine 42V-Elektromaschine, als zusätzliches Antriebselement und als Spannungsversorger für das Fahrzeugbordnetz, sowie ein als ein Planetengetriebe ausgebildetes Summierungsge- triebe 4, das von dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 mit einem Drehmoment beaufschlagbar ist. Der Elektromotor 3 und der Verbrennungsmotor 2 sind von einer Steuerungsvorrichtung 6 ansteuerbar.
Das elektrodynamische Antriebssystem 1 bzw. Anfahrelement gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 schematisch detaillierter dargestellt. Ausgehend von einer Kurbelwelle 7 des Verbrennungsmotors 2 ist ein Hohlrad 10 des Planetengetriebes 4 über eine Hohlradwelle 9 und ein Dämpfungselement 8 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden. Ein Planetenradräder (Steg) 11 trägt einen Satz von drehbar gelagerten Planetenrädern 12. Der Steg 11 ist drehfest mit einer Eingangswelle 13 des, vorteilhaft in einer an sich bekannten Vorlegerbauweise ausgebildeten, klauengeschalteten Schaltgetriebes 5 verbunden, welches hier als automatisiertes Schaltgetriebe 5 ausgebildet sein soll.
Zwischen einem Gehäuseteil 15 eines das Antriebssystem 1 sowie das Schaltgetriebe 5 umgebenden Gehäuses 14 und der Eingangswelle 13 ist ein Freilauf 16 vorgesehen, über den die Eingangswelle 13 des Schaltgetriebes 5 vom Gehäuse 14 entkoppelbar ist. Über eine vorteilhaft als eine nasse Lamellenkupplung ausgebildete Reibungskupplung 19 ist die Hohlradwelle 9 drehfest mit einem Rotor 17 der elektrischen Maschine 3 verbindbar. Seinerseits ist der Rotor 17 über eine Sonnenradwelle 20 mit einem Sonnenrad 18 des Summie- rungsgetriebes 4 fest verbunden. Je nach dem Öffnen oder Schließen der Kupplung 19 ist die elektrische Maschine 3 fest mit der Hohlradwelle 9 oder mit der Übersetzung des Planetengetriebes 4 verbunden. Unabhängig vom Schaltzustand der Kupplung 19 ist die elektrische Maschine 3 motorisch oder generatorisch betreibbar. Zur Vervollständigung des Antriebssystems 1 ist die Steuerungsvorrichtung 6 angedeutet. Mit dem beschriebenen Antriebssystem 1 ist ein Verfahren zur Erzeugung und Regelung eines Kriech-Fahrzustandes eines derart ausgerüsteten Fahrzeugs durchführbar. Die Figur 3a zeigt dazu ein Ablaufschema zur Erzeugung eines abstimmbaren Kriechmomentes. Als Eingangsgrößen werden die Motordrehzahl 21 und die Getriebeeingangsdrehzahl 22 erfasst. Daraus ergibt sich eine Schlupfdrehzahl als Zustandsgröße. Diese Zustandgröße wird mit einer vorgegebenen Kriechmoment-Kennlinie 24, in der eine Verlaufskurve einer Drehmomentwandlung gegen ein Drehzahlverhältnis aufgetragen ist, verglichen. Daraus folgt eine elektronische Regelung der Leistung der elektrischen Maschine 3 über die Steuerungseinrichtung 6, wobei die elektrische Maschine 3 vorzugsweise in einem Generatorbetrieb von dem Verbrennungsmotor 2 angetrieben wird. Die elektronische Regelung führt in Wirkverbindung mit dem Summierungsgetriebe 4 zu dem entsprechenden Wunsch-Kriechmoment 25 des Antriebsystems 1 am Getriebeeingang 13.
Die Fig. 3b zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der die Kennlinie 24 zusätzlich mit einem Filter 26 variiert wird, der aktuelle Fahrzustandparameter (Steigung, Fahrbahnreibwert, etc.) berücksichtigt.
Die Fig. 4 zeigt schließlich einen zeitlichen Drehzahlverlauf für eine Regelung mit konstanter Kriechgeschwindigkeit, für die Motordrehzahl 21 (Ist- Drehzahl im Leerlauf), die Getriebeeingangsdrehzahl 22 und die Maschinendrehzahl 23 (Ist-Drehzahlverlauf). Über die Steuerungsvorrichtung 6 wird eine Solldrehzahl für die elektrische Maschine 3 vorgegeben.
Zunächst läuft die elektrische Maschine 3 als Generator (negative Drehzahl), während die Getriebeeingangswelle 13 nicht dreht und der Motor 2 gleichmäßig im Leerlauf dreht. In einem Anfahrzeitpunkt 27 beginnt die Kriech- Fahrzustand-Regelung. Die Drehzahl 23 der elektrischen Maschine wird verringert, bleibt aber zunächst im generatorischen Bereich 28 nahe Null Umdrehungen/Minute. Die Getriebeeingangswelle 13 wird dadurch mit einer Umdre- hungszahl unterhalb der Leerlaufdrehzahl angetrieben. Hierbei schwankt die Leerlaufdrehzahl geringfügig. Nach einem bestimmten Zeitraum wird die elektrische Maschine 3 auf motorischen Betrieb 29 umgeschaltet und dreht mit einer (positiven) Umdrehungszahl nahe Null. Dabei fährt das Fahrzeug trotz verändertem Fahrwiderstand annähernd konstant mit der eingestellten Wunsch- Kriechgeschwindigkeit.
Unabhängig von den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen erfasst die Erfindung auch die Verwendung des Verfahrens in Antriebssträngen mit allen anderen möglichen und unterschiedlichen Antriebskoppelungen zwischen dem Verbrennungsmotor 2, der elektrischen Maschine 3, dem Summierungsgetriebe 4, der Reibungskupplung 19 und dem Getriebe 5, welches hier jedoch nicht gesondert dargestellt ist.
Bezuαszeichen
1 Elektrodynamisches Antriebssystem
2 Verbrennungsmotor
3 Elektrische Maschine
4 Summierungsgetriebe
5 Getriebe, automatisiertes Schaltgetriebe
6 Steuerungsvorrichtung
7 Kurbelwelle
8 Dämpfungselement
9 Hohlradwelle
10 Hohlrad
11 Planetenradträger
12 Planetenräder
13 Getriebeeingangswelle
14 Gehäuse
15 Gehäuseteil
16 Freilauf
17 Rotor .
18 Sonnenrad
19 Reibungskupplung
20 Sonnenradwelle
21 Verbrennungsmotor-Drehzahl
22 Getriebeeingangswellen-Drehzahl
23 E-Maschinen-Drehzahl
24 Kriechmoment-Kennlinie
25 Wunsch-Kriechmoment
26 Filter
27 Anfahrzeitpunkt
28 Generatorischer Betriebsbereich
29 Motorischer Betriebsbereich

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems (1) eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine im Wesentlichen als ein elektrodynamisches Anfahrelement dienende elektrische Maschine (3) und ein Sum- mierungsgetriebe (4) zwischen einem Verbrennungsmotor (2) und einem Getriebe (5) angeordnet sind, dadurch geken nzeichnet, dass mit Hilfe einer Ansteuerung wenigstens der elektrische Maschine (3) über eine Steuerungsvorrichtung (6), in Wirkverbindung mit dem Summierungsgetriebe (4), bei eingelegtem Gang und nicht betätigtem Fahrpedal, ein regelbarer Kriech- Fahrzustand des Kraftfahrzeuges herbeigeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, dass der Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges mit Hilfe einer über eine Steuerungs-Software frei programmierbare Kriechmoment-Kennlinie (24) geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch geken nzeich net, dass die Kriechmoment-Kennlinie (24) eine Drehmomentwandler-Kennlinie eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers nachbildet.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geken nzeichnet, dass der Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges unter Berücksichtigung einer oder mehrerer Fahrzustandsgrößen aus der Gruppe Fahrbahnsteigung, Fahrbahnreibwert, Außentemperatur und Bremspedaldruck geregelt wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, dass das Kraftfahrzeug im Kriech-Fahrzustand über eine vorgegebene Soll-Kriechgeschwindigkeit geschwindigkeitsgeregelt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) im Kriech-Fahrzustand wahlweise generatorisch oder motorisch betrieben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch geken nzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) überwiegend in einem Drehzahlbereich nahe Null betrieben wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeich net, dass im Kriech-Fahrzustand die Drehzahlen des Verbrennungsmotors und der elektrischen Maschine (3) variiert werden.
9. Vorrichtung zur Regelung eines elektrodynamischen Antriebssystems (1) eines Kraftfahrzeuges, bei dem eine im Wesentlichen als ein elektrodynamisches Anfahrelement dienende elektrische Maschine (3) und ein Sum- mierungsgetriebe (4) zwischen einem Verbrennungsmotor (2) und einem Getriebe (5) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungsvorrichtung (6) wenigstens zur Ansteuerung der elektrischen Maschine (3) vorgesehen ist, über die bei eingelegtem Gang und nicht betätigtem Fahrpedal ein regelbarer Kriech-Fahrzustand des Kraftfahrzeuges einstellbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch geken nzeich net, dass die Steuerungsvorrichtung (6) einen Kennlinienspeicher zur Abspeicherung einer Kriechmoment-Kennlinie aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeich net, dass die Steuern ngsvorhchtung (6) einen Softwarespeicher zur Abspeicherung einer Steuerungs-Software aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch g e - ken nzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (6) Mittel zur Erfassung von Fahrzustandsdaten aufweist.
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