WO2009015721A1 - Verfahren zum betrieb einer elektromaschine, steuergerät und fahrzeug - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an electric machine according to the preamble of claim I 1 and a corresponding control unit or vehicle.
  • the invention has as its object to further improve the generic method.
  • the invention it is calculated on the basis of the driving state-related measured variables whether the vehicle is in a driving-dynamic limit region, wherein in this case a dynamic driving control intervention is provided using the torque of the electric machine operated as a generator.
  • a dynamic driving control intervention is provided using the torque of the electric machine operated as a generator.
  • the moment of the electric machine is used as a manipulated variable for driving dynamics control.
  • the recuperation so the driving stability and handling of the vehicle are affected. This can be done both in braking mode and in towing mode, i. both when the internal combustion engine is running and when it is switched off.
  • the invention thus enables a dynamic driving control intervention with the internal combustion engine switched off.
  • the torque of the electric machine operated as a generator i. to suspend or reduce the recuperation in the dynamic range of the vehicle to stabilize the vehicle by higher lateral forces.
  • the longitudinal forces built up on the drive axles during recuperation, which further increase the drag torque of an internal combustion engine, are thereby reduced.
  • a continuous recalculation is provided.
  • rapid detection and a corresponding control intervention by the moment of the electric machine operated as a generator (recuperation) is possible.
  • the determination is made as to whether the dynamic driving limit region is present, using an observer, in particular a Kalman filter. This represents a proven tool to make an assessment of the current driving condition from different measured variables.
  • measured variables for determining whether the vehicle is in the dynamic driving limit range lateral acceleration, speed, steering angle and / or yaw rate of the vehicle are preferably used. These measured values are usually already present in the vehicle, for example, retrievable on a CAN bus, and thus easily usable for the inventive method.
  • the vehicle is not in the dynamic range, preferably as much moment on the electric machine (recuperation) is provided as for the operation of the electrical system and / or the charge of the electrical energy storage, e.g. the vehicle battery, is necessary. It can also be provided to provide a buffer area for the charge of the electrical energy store, which is kept free in order to make a control intervention by the moment of the electric machine in case of need. The electrical energy resulting from the control intervention is then stored in this buffer area. In this case, the buffer area can also be kept variable, for example, depending on whether the vehicle is currently in the city or on a highway.
  • the method is particularly preferably used in a parallel hybrid.
  • the hybrid vehicle has in particular an electric machine, which is arranged in the drive train between the internal combustion engine and the transmission.
  • the electric machine is usually sufficiently dimensioned to achieve a corresponding effect of the control intervention.
  • a relatively simple control is possible because only one electric machine must be considered which is also provided in the drive train itself.
  • FIGURE schematically shows the sequence of the method according to the invention.
  • the moment of the electric machine is set when operating the electric machine as a generator for obtaining electrical energy from the vehicle movement.
  • the torque to be set results from the AND connection of two control strategies, namely an energetic recuperation strategy 1 and a driving dynamics recuperation strategy 2.
  • the energy recuperation strategy is carried out in a conventional manner by making the use of the electric machine as a generator dependent e.g. are provided by the requirements of the electrical energy storage and / or the electrical system.
  • the operation of the moment of the electric machine as a generator is controlled by measured variables A.
  • driving state-related measured variables B are evaluated, which describe the driving dynamics of the vehicle. These are the lateral acceleration measured via an inclinometer, the speed of the vehicle, the steering angle impact and the yaw rate of the vehicle measured via a gyro. These measured variables are available on the CAN bus system of the vehicle and are now processed by a separate program logic.
  • This program logic can be provided for example in a control unit in the vehicle.
  • the In this case, program logic comprises an observer K, for example a Kalman filter, which evaluates the actual driving state determined on the basis of the current driving state-related measured variables B and compares it with a desired driving state.
  • a control intervention based on the torque of the electric machine.
  • the moment of the electric machine is reduced, ie the power is reduced as a generator, the longitudinal forces built up on the drive axle are reduced. This improves the driving stability of the vehicle in towing mode by reducing the longitudinal forces and thus enabling higher lateral forces.
  • This control intervention thus allows a higher tracking stability without the service brakes of the vehicle would have to be used.
  • the conventional energy recuperation strategy 1 is changed by the vehicle-side electrical energy storage is not always fully charged. Rather, a buffer area is provided in order to increase the torque of the electric machine if necessary and thus to actively introduce longitudinal forces into the vehicle. Thus, the lateral forces of the vehicle are reduced and the driving agility increased.
  • the necessary size of the buffer area for example, the positions of the vehicle (city or highway) or the previous acceleration behavior of the driver are used.

Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, wobei die Elektromaschine abhängig von fahrzustandsbezogenen Messgrößen als Generator betrieben wird (Rekuperation), ist dadurch gekennzeichnet, dass anhand der fahrzustandsbezogenen Messgrößen berechnet wird, ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wobei für diesen Fall ein fahrdynamischer Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorgesehen ist.

Description

Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine, Steuergerät und Fahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs I1 sowie ein entsprechendes Steuergerät bzw. Fahrzeug.
Aus der US 6070953 ist ein Bremssystem für ein Hybridfahrzeug bekannt, wobei eine Elektromaschine des Hybridfahrzeugs, abhängig von fahrzustandsbezogenen Messgrößen, als Generator angesteuert wird (Rekuperation).
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das gattungsgemäße Verfahren weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildung der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird anhand der fahrzustandsbezogenen Messgrößen berechnet, ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wobei für diesen Fall ein fahrdynamischer Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorgesehen ist. Anders ausgedrückt ist in fahrdynamischen Grenzsituationen nicht eine Rekuperation unter energetischen Gesichtspunkten vorgesehen, sondern eine solche unter fahrdynamischen Gesichtspunkten. Damit wird das Moment der Elektromaschine als Stellgröße zur Fahrdynamikregelung verwendet. Über die Anpassung der Rekuperation werden also die Fahrstabilität und das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflusst. Dies kann sowohl im Bremsbetrieb als auch im Schleppbetrieb erfolgen, d.h. sowohl bei laufendem Verbrennungsmotor als auch dann, wenn dieser ausgeschaltet ist. Insbesondere ermöglicht die Erfindung also einen fahrdynamischen Regeleingriff bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor.
Es erfolgt also keine starre Steuerung der Rekuperation, sondern eine individuelle fahrdynamische Regelung. Dies bietet zum einen die Möglichkeit, eine herkömmliche, energetische Rekuperationsstrategie so lange wie möglich bzw. gewünscht weiter zu verfolgen. Ein Eingriff in diese Rekuperationsstrategie erfolgt also nur zeitweise, nämlich dann wenn sich das Fahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich befindet. In einem derartigen fahrdynamischen Grenzbereich, beispielsweise bei einer Kurvenfahrt, können durch die Rekuperation eingebrachte Schleppmomente zu einem instabilen Fahrverhalten führen. Dies ist jedoch stets abhängig von den aktuellen Gegebenheiten, welche durch die fahrzustandsbezogenen Messgrößen berücksichtigt werden. Damit wird eine starre Steuerung, die z.B. nur den Kurvenradius und nicht die Fahrbahneigenschaften usw. berücksichtigt, vermieden. Zum anderen ergibt sich durch die Erfindung die Möglichkeit eines zusätzlichen Regeleingriffs in die Fahrdynamik. Indem das
Elektromaschinenmoment als weitere Stellgröße genutzt wird, ergeben sich mithin neue Möglichkeiten und Strategien bei der Fahrdynamikregelung.
Bevorzugt ist vorgesehen, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine, d.h. die Rekuperation, im fahrdynamischen Grenzbereich auszusetzen bzw. zu vermindern, zur Spurstabilisierung des Fahrzeugs durch höhere Seitenkräfte. Die bei der Rekuperation an den Antriebsachsen aufgebauten Längskräfte, die das Schleppmoment eines Verbrennungsmotors weiter verstärken, werden dadurch reduziert.
Bevorzugt ist vorgesehen, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine, zur Steigerung der Fahragilität zu erhöhen. Damit werden aktiv Längskräfte ins Fahrzeug eingebracht und so die Seitenkraft verringert, zur Steigerung der Fahragilität.
Zur zeitnahen Reaktion der fahrdynamischen Regelung ist eine laufende Wiederberechnung vorgesehen. In dem beispielsweise alle 50 Millisekunden erneut bestimmt wird, ob sich das Fahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, ist eine schnelle Erkennung sowie ein entsprechender Regeleingriff durch das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine (Rekuperation) möglich. Bevorzugt erfolgt die Bestimmung, ob der fahrdynamische Grenzbereich vorliegt, unter Verwendung eines Beobachters, insbesondere eines Kaimanfilters. Dies stellt ein bewährtes Werkzeug dar, um aus verschiedenen Messgrößen eine Bewertung des aktuellen Fahrzustandes vorzunehmen.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, den fahrdynamischen Grenzbereich einstellbar vorzusehen, insbesondere abhängig von der Stellung eines Sport/Economy- bzw. Onroad-/Offroad-Wahlelements. Dies ermöglicht eine individuelle Anpassung der Regelstrategie, ohne dass der Fahrer mit zusätzlichen Bedienelementen konfrontiert wird.
Als Messgrößen zur Bestimmung, ob das Fahrzeug sich im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, werden bevorzugt Querbeschleunigung, Geschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Gierrate des Fahrzeugs verwendet. Diese Messwerte sind üblicherweise bereits im Fahrzeug vorhanden, beispielsweise auf einem CAN-Bus abrufbar, und somit einfach für das erfindungsgemäße Verfahren nutzbar.
Wenn das Fahrzeug sich nicht im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wird bevorzugt soviel Moment an der Elektromaschine (Rekuperation) vorgesehen, wie für den Betrieb des Bordnetzes und/oder die Ladung des elektrischen Energiespeichers, z.B. der Fahrzeugbatterie, notwendig ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, einen Pufferbereich für die Ladung des elektrischen Energiespeichers vorzusehen, der freigehalten wird um im Bedarfsfalle einen Regeleingriff durch das Moment der Elektromaschine vornehmen zu können. Die beim Regeleingriff anfallende elektrische Energie wird dann in diesem Pufferbereich gespeichert. Dabei kann der Pufferbereich auch variabel gehalten werden, beispielsweise abhängig davon ob das Fahrzeug sich gerade in der Stadt oder auf einer Autobahn befindet.
Besonders bevorzugt eingesetzt wird das Verfahren bei einem Parallelhybrid. Hierbei weist das Hybridfahrzeug insbesondere eine Elektromaschine auf, die im Antriebsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Getriebe angeordnet ist. Bei dieser Auslegung ergibt sich eine besonders einfache Möglichkeit, im fahrdynamischen Grenzbereich einen fahrdynamischen Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorzusehen. Denn in dieser Konstellation ist die Elektromaschine üblicherweise ausreichend dimensioniert, um eine entsprechende Wirkung des Regeleingriffs zu erzielen. Zum anderen ist eine relativ einfache Regelung möglich, da nur eine Elektromaschine betrachtet werden muss die zudem im Antriebsstrang selbst vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt die Fig. schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dargestellt ist eine Ansteuerlogik für die Elektromaschine eines Hybridfahrzeugs. Hierbei wird das Moment der Elektromaschine eingestellt, beim Betrieb der Elektromaschine als Generator zur Gewinnung elektrischer Energie aus der Fahrzeugbewegung. Das einzustellende Moment resultiert aus der Und-Verknüpfung zweier Regelstrategien, nämlich einer energetischen Rekuperationsstrategie 1 und einer fahrdynamischen Rekuperationsstrategie 2. Die energetische Rekuperationsstrategie ist in herkömmlicher Weise ausgeführt, indem die Nutzung der Elektromaschine als Generator abhängig z.B. von den Erfordernissen des elektrischen Energiespeichers und/oder des Bordnetzes vorgesehen sind. Damit wird der Betrieb des Moments der Elektromaschine als Generator durch Messgrößen A gesteuert.
In besonderen Situationen, nämlich in einem fahrdynamischen Grenzbereich, ist nun jedoch eine geänderte Regelstrategie 2 vorgesehen. Dazu werden fahrzustandsbezogene Messgrößen B ausgewertet, die die Fahrdynamik des Fahrzeugs beschreiben. Dies sind die über einen Neigungsmesser gemessene Querbeschleunigung, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Lenkwinkeleinschlag und die über einen Kreisel gemessene Gierrate des Fahrzeugs. Diese Messgrößen liegen auf dem CAN-Bussystem des Fahrzeugs vor und werden nun von einer gesonderten Programmlogik verarbeitet. Diese Programmlogik kann beispielsweise in einem Steuergerät im Fahrzeug vorgesehen sein. Die Programmlogik umfasst dabei einen Beobachter K, z.B. eine Kaiman-Filter, der den anhand der aktuellen fahrzustandsbezogenen Messgrößen B festgestellten Ist- Fahrzustand bewertet und mit einem Soll-Fahrzustand vergleicht. Wenn die Abweichung des Ist-Fahrzustandes vom Soll-Fahrzustand einen Grenzwert überschreitet, d.h. wenn das Fahrzeug sich im fahrdynamischen Grenzbereich befindet, erfolgt ein Regeleingriff anhand des Moments der Elektromaschine. In dem das Moment der Elektromaschine verringert wird, d.h. die Leistung als Generator vermindert wird, werden die an der Antriebsachse aufgebauten Längskräfte verringert. Dies verbessert die Fahrstabilität des Fahrzeugs im Schleppbetrieb, indem die Längskräfte reduziert und damit höhere Seitenkräfte ermöglicht werden. Dieser Regeleingriff ermöglicht mithin eine höhere Spurstabilität, ohne dass die Betriebsbremsen des Fahrzeugs eingesetzt werden müssten.
Zudem kann vorgesehen sein, dass die herkömmliche energetische Rekuperationsstrategie 1 geändert wird, indem der fahrzeugseitige elektrische Energiespeicher nicht stets voll aufgeladen wird. Vielmehr ist ein Pufferbereich vorgesehen, um im Bedarfsfall das Moment der Elektromaschine erhöhen zu können und so aktiv Längskräfte ins Fahrzeug einzubringen. Mithin werden die Seitenkräfte des Fahrzeugs verringert und die Fahragilität gesteigert. Zur Bestimmung der notwendigen Größe des Pufferbereichs werden beispielsweise die Positionen des Fahrzeugs (Stadt oder Autobahn) bzw. das bisherige Beschleunigungsverhalten des Fahrers herangezogen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Elektromaschine in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Hybridfahrzeug, wobei die Elektromaschine abhängig von fahrzustandsbezogenen Messgrößen als Generator betrieben wird (Rekuperation), dadurch gekennzeichnet, dass anhand der fahrzustandsbezogenen Messgrößen berechnet wird, ob sich das Fahrzeug in einem fahrdynamischen Grenzbereich befindet, wobei für diesen Fall ein fahrdynamischer Regeleingriff unter Verwendung des Moments der als Generator betriebenen Elektromaschine vorgesehen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vorgesehen ist, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine auszusetzen bzw. zu vermindern, zur Spurstabilisierung des Fahrzeugs durch höhere Seitenkräfte.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vorgesehen ist, das Moment der als Generator betriebenen Elektromaschine zu erhöhen, zur Steigerung der Fahragilität durch aktive Einbringung von Längskräfte ins Fahrzeug.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine laufende Wiederberechnung vorgesehen ist ob sich das Fahrzeug im fahrdynamischen Grenzbereich befindet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Berechnung, ob ein fahrdynamischer Grenzbereich vorliegt, unter Verwendung eines Beobachters, insbesondere eines Kaimanfilters, vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der fahrdynamische Grenzbereich einstellbar vorgesehen ist, insbesondere abhängig von der Stellung eines Sport/Economy- bzw. Onroad-/Offroad- Wahlelements.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als fahrzustandsbezogene Messgrößen insbesondere Querbeschleunigung, Geschwindigkeit, Lenkwinkel und/oder Gierrate des Fahrzeugs verwendet werden.
8. Steuergerät für ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, eingerichtet zur Ausführung eines Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, umfassend ein Steuergerät nach Anspruch 8.
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