Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstranqs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .
Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs mit einem Hybridantrieb. Ein solcher Hybridantrieb umfasst mindestens eine elektrische Maschine und einen Verbrennungsmotor. Zusätzlich zum Hybridantrieb umfasst ein Antriebstrang eines Hybridfahrzeugs ein Getriebe, wobei das Getriebe Drehzahlen und Drehmomente wandelt und so ein Zugkraftangebot des Hybridantriebs an einem Abtrieb des Hybridfahrzeugs bereitstellt. Ferner umfasst ein Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs ein Bremssystems, wobei es aus dem Stand der Technik bereits bekannt ist, dass ein Bremssystems mehrere Teilbremssysteme umfassen kann, nämlich eine sogenannte Betriebsbremse, die über Reibung auf Räder des Abtriebs einwirkt, sowie mindestens eine verschleißfreie Dauerbremse. Bei der verschleißfreien Dauerbremse kann es sich um eine sogenannte Motorbremse oder auch um einen Retarder des Antriebsstrangs handeln.
Aus der DE 198 43 580 A1 ist eine Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei welcher eine angeforderte Bremskraft bzw. ein angefordertes Bremsmoment zwischen der Reibungsbremse der Bremsanlage und der Dauerbremse derselben aufgeteilt wird. Nach diesem Stand der Technik wird vorgeschlagen, dass beim Betätigen der Dauerbremse die Reibungsbremse mit einem Druck beaufschlagt wird, der zunächst einem Signal eines Bremswertgebers entspricht und mit zunehmender Bremskraft der Dauerbremse so verringert wird, dass die gesamte Bremskraft dem Signal des Bremswertgebers entspricht. Hiermit wird die Reibungsbremse mit einer kurzen Ansprechzeit voll wirksam, während bei längerem Bremsen die Dauerbremse die volle Bremsleistung übernimmt und die Reibungsbremse vor Überlastung schützt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs zu schaffen.
Dieses Problem wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird bei Anforderung eines Bremsmoments für den Abtrieb eines Hybridfahrzeugs das Bremsmoment zwischen der oder jeder elektrischen Maschine des Hybridantriebs und der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse derart aufgeteilt, dass zu Beginn einer Bremsmomentanforderung das Bremsmoment ausschließlich von mindestens einer elektrischen Maschine des Hybridantriebs angefordert und am Abtrieb bereitgestellt wird, und dass darauffolgend abhängig von Kenngrößen der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse die Bremsmomentanforderung zumindest teilweise von der oder jeder elektrischen Maschine an mindestens eine verschleißfreie Dauerbremse gesteuert übergeben wird, sodass das am Abtrieb von der oder jeder elektrischen Maschine und der oder jeder Dauerbremse bereitgestellte Bremsmoment in Summe dem angeforderten Bremsmoment entspricht.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, eine Bremsmomentanforderung an einem Bremssystem eines Hybridfahrzeugs zwischen der oder jeder elektrischen Maschine des Hybridantriebs und der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse des Bremssystems aufzuteilen, nämlich derart, dass zu Beginn einer Bremsanforderung das Bremsmoment ausschließlich von mindestens einer elektrischen Maschine des Hybridantriebs angefordert und am Abtrieb bereitgestellt wird. Erst darauffolgend wird abhängig von Kenngrößen der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse die Bremsmomentanforderung zumindest teilweise von der oder jeder elektrischen Maschine an mindestens eine verschleißfreie Dauerbremse des Bremssystems gesteuert übergeben. Dies erfolgt derart, dass das am Abtrieb von der oder jeder elektrischen Maschine und der oder jeder Dauerbremse bereitgestellte Bremsmoment in Summe dem angeforderten Bremsmoment entspricht.
Am Anfang einer Bremsmomentanforderung ist es demnach mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, über mindestens eine elektrische Maschine des Hybridantriebs unmittelbar mit hoher Dynamik und innerhalb kurzer Zeit am Abtrieb ein Bremsmoment bereit zu stellen und somit unmittelbar auf eine Bremsmomentanforderung zu reagieren. Darauffolgend wird die Bremsmomentanforderung gesteuert an der jeweiligen elektrischen Maschine des Hybridantriebs reduziert sowie gleichzeitig an mindestens einer verschleißfreien Dauerbremse des Bremssystems erhöht, um so gesteuert ein von der jeweiligen verschleißfreien Dauerbremse am Abtrieb bereitstellbares Bremsmoment aufzubauen.
Dabei wird um den Betrag, um den gesteuert von der jeweiligen ver- schleißfreien Dauerbremse am Abtrieb Bremsmoment aufgebaut wird, das von der oder jeder elektrischen Maschine am Abtrieb bereitgestellte Bremsmoment reduziert.
Dadurch ist es letztendlich möglich, zu Beginn einer Bremsmomentanforderung einerseits mit hoher Dynamik sowie innerhalb einer kurzen Reaktionszeit ein gewünschtes Bremsmoment am Abtrieb bereitzustellen und andererseits die jeweilige verschleißfreie Dauerbremse kontrolliert und gesteuert zum Aufbau des Bremsmoments zu nutzen.
Darauffolgend erfolgt mit sich zunehmend verringernder Abtriebsdrehzahl eine Übergabe der Bremsmomentanforderung von der oder jeder ver- schleißfreien Dauerbremse zurück auf mindestens eine elektrische Maschine des Hybridantriebs, und zwar wiederum gesteuert, sodass das am Abtrieb von der oder jeder elektrischen Maschine und der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse bereitgestellte Bremsmoment in Summe dem gewünschten bzw. angeforderten Bremsmoment entspricht.
Hierdurch ist es möglich, dann, wenn in Folge einer sich zunehmend verringernden Abtriebsdrehzahl die jeweilige verschleißfreie Dauerbremse kein ausreichendes Bremsmoment mehr am Abtrieb bereitstellen kann, die jeweilige verschleißfreie Dauerbremse kontrolliert aus der Bremsmomentanforderung herauszunehmen, um so unterstützt durch mindestens eine elektrische Maschine des Hybridantriebs das von der jeweiligen verschleißfreien Dauerbremse nicht mehr bereitstellbare Bremsmoment auszugleichen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines exemplarischen Antriebsstrangs zur
Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein erstes Diagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 3 ein zweites Diagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 4 ein drittes Diagramm zur weiteren Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt exemplarisch ein Antriebsstrangsschema eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar ist. So verfügt der Antriebsstrang der Fig. 1 über einen Verbrennungsmotor 1 und eine elektrische Maschine 2, die zusammen einen Hybridantrieb 3 des Antriebsstrangs bildet. Zwischen den Hybridantrieb 3, nämlich die elektrische Maschine 2 desselben, und einen Abtrieb 4 sind gemäß Fig. 1 sowohl ein Getriebe 5 als auch ein Retarder 6 geschaltet, wobei es sich beim Retarder 6 um eine verschleißfreie Dauerbremse handelt.
Gemäß Fig. 1 ist der Retarder 6 zwischen die elektrische Maschine 2 des Hybridantriebs 3 und das Getriebe 5 geschaltet. Im Unterschied hierzu ist es auch möglich, dass der Retarder 6 zwischen den Getriebe 5 und den Abtrieb 4 oder zwischen den Verbrennungsmotor 1 und die elektrische Maschine 2 geschaltet ist.
Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Anwendung an dem in Fig. 1 gezeigten Antriebsstrang beschränkt ist. Vielmehr kann die Erfindung an anderen Antriebssträngen von Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, zum Beispiel dann, wenn Verbrennungsmotor und elektrische Maschine des Hybridantriebs auf unterschiedliche Achsen des Abtriebs des Hybridfahrzeugs wirken.
Ein Antriebsstrang eines Hybridantriebs umfasst ein Bremssystem, über welches am Abtrieb 4 ein Bremsmoment bereitgestellt werden kann. So umfasst ein Bremssystem des Hybridfahrzeugs eine Betriebsbremse, die über Reibung auf Räder des Abtriebs 4 einwirkt.
Neben einer solchen Betriebsbremse umfasst das Bremssystem eines Hybridfahrzeugs mindestens eine verschleißfreie Dauerbremse, wobei es sich bei dieser verschleißfreien Dauerbremse zum Beispiel um den in Fig. 1 gezeigten Retarder 6 handeln kann. Eine weitere verschleißfreie Dauerbremse eiens Bremssystems eines Hybridfahrzeugs wird von einer sogenannten Motorbremse des Verbrennungsmotors 1 bereitgestellt.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass dann, wenn für den Abtrieb 4 ein Bremsmoment angefordert wird, das angeforderte Bremsmoment zumindest zwischen der oder jeder elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 und der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse aufgeteilt wird.
Diese Aufteilung des angeforderten Bremsmoments erfolgt derart, dass zu Beginn einer Bremsmomentanforderung das Bremsmoment ausschließlich von mindestens einer elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 angefordert und am Abtrieb 4 bereitgestellt wird, und dass darauffolgend abhängig von Kenngrößen der oder jeder verschleißfreien Dauerbremse die Bremsmomentanforderung von der oder jeder elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 an mindestens eine verschleißfreie Dauerbremse 6 gesteuert übergeben wird, sodass das am Abtrieb 4 von der oder jeder elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 und der oder jeder Dauerbremse bereitgestellte Bremsmoment in Summe dem angeforderten Bremsmoment entspricht.
Diesbezügliche Details werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben, wobei in Fig. 2 über der Zeit t mehrere zeitliche Kurvenverläufe gezeigt sind, nämlich ein zeitlicher Kurvenverlauf einer Drehzahl nAB des Abtriebs 4 des Antriebsstrangs, ein zeitlicher Kurvenverlauf MB eines mit einer Bremsmomentanforderung angeforderten Bremsmoments, ein zeitlicher Kurvenverlauf MR eines vom Retarder 6 am Abtrieb 4 bereitgestellten Bremsmoment sowie ein zeitlicher Kurvenverlauf MEM eines von der elektrischen Maschine 2 am Abtrieb 4 bereitgestellten Bremsmoments.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t1 liegt in Fig. 2 eine Bremsmomentanforderung MB für ein am Abtrieb 4 bereitzustellendes Bremsmoment an. Erfindungsgemäß wird zu Beginn dieser Bremsmomentanforderung, also unmittelbar anschließend an den Zeitpunkt t1 , diese Bremsmomentanforderung ausschließlich von der elektrischen Maschine 2 angefordert, sodass zu Beginn der Bremsmomentanforderung, also unmittelbar anschließend an den Zeitpunkt t1 , das angeforderte Bremsmoment MB ausschließlich über das von der elektrischen Maschine 2 bereitstellbare Bremsmoment MEM am Abtrieb 4 bereitgestellt wird.
Erst darauffolgend, nämlich in Fig. 2 beginnend mit dem Zeitpunkt t2, wird abhängig von Kenngrößen des Retarders 6 die Bremsmomentanforderung MB von der elektrischen Maschine 2 an den Retarder 6 kontinuierlich und gesteuert zumindest teilweise übergeben, und zwar derart, dass das am Abtrieb 4 von der elektrischen Maschine 2 bereitgestellte Bremsmoment MEM und das vom Retarder 6 am Abtrieb 4 bereitgestellte Bremsmoment MR in Summe dem angeforderten Bremsmoment MB entspricht.
In Fig. 2 bleibt das angeforderte Bremsmoment MB konstant, sodass Maschine 2 und Retarder 6 in Summe ein in etwa konstantes Bremsmoment am Abtrieb 4 bereitstellen.
Die teilweise Übergabe der Bremsmomentanforderung von der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 an den Retarder 6 bzw. die verschleißfreie Dauerbremse erfolgt in Fig. 2 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 jeweils rampenartig bzw. linear, d.h., dass zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 einerseits die Bremsmomentanforderung von der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 rampenartig reduziert und die Bremsmomentanforderung von der verschleißfreien Dauerbremse, nämlich vom Retarder 6, rampenartig erhöht wird, und so auch die von denselben am Abtrieb 4 bereitgestellten Bremsmomente MEM bzw. MR.
Diese Übergabe der Bremsmomentanforderung erfolgt, wie bereits ausgeführt, abhängig von Kenngrößen des Retarders 6, wobei diese Übergabe vor der eigentlichen Bremsmomentanforderung und damit offline abhängig von den Kenngrößen des Retarders 6 ermittelt wird, sodass die Übergabe der Bremsmomentanforderung zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 im Sinne einer vorgesteuerten Übergabe der Bremsmomentanforderung bzw. im Sinne einer Vorsteuerung ausgeführt wird.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den Fall, dass sich die Abtriebsdrehzahl nAB zunehmend verringert. So kann Fig. 3 entnommen werden, dass dann, wenn sich die Abtriebsdrehzahl nAB am Abtrieb 4 und damit die Fahrgeschwindigkeit des Hybridfahrzeugs zunehmend verringert, nachfolgend wiederum eine Übergabe der Bremsmomentanforderung vom Retarder 6 auf die elektrische Maschine 2 des Hybridantriebs 3 erfolgt, nämlich gemäß Fig. 3 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5.
Dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Retarder 6 ab Unterschreiten einer Mindestdrehzahl kein Bremsmoment mehr am Abtrieb 4 bereitstellen kann. Rechtzeitig bevor diese Mindestdrehzahl unterschritten wird, wird erfindungsgemäß die Bremsmomentanforderung am Retarder 6 kontinuierlich, vorzugsweise rampenartig, und damit gesteuert reduziert und entsprechend an der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 kontinuierlich, vorzugsweise rampenartig, und gesteuert erhöht, sodass das von dem Retarder 6 und der elektrischen Maschine 2 in Summe am Abtrieb 4 bereitgestellte Bremsmoment wiederum dem angeforderten Bremsmoment MB entspricht.
Der Zeitpunkt t4, ab welchem mit zunehmender Verringerung der Abtriebsdrehzahl nAB die Bremsmomentanforderung von dem Retarder 6 zurück auf die elektrische Maschine 2 übertragen wird, kann abhängig von Kenngrößen des Retarders 6 vorab offline ermittelt werden. Vorzugsweise wird jedoch so vorgegangen, dass während der Bremsmomentanforderung und damit während der Ausführung der Bremsung die aktuelle Abtriebsdrehzahl nAB am Abtrieb 4 überwacht wird und abhängig hiervon im Sinne einer steuerungstechnischen Beobachtung der Zeitpunkt t4, ab welchem die Momentübergabe vom Retarder 6 auf die elektrische Maschine 2 beginnt, während der Ausführung der Bremsmomentanforderung online ermittelt wird.
Ab dem Zeitpunkt t5, ab welchem der Retarder 6 am Abtrieb 4 kein Bremsmoment MR mehr bereitstellen kann, stellt ausschließlich die elektrische Maschine 2 ein entsprechendes Bremsmoment MEM am Abtrieb 4 bereit.
Dann, wenn zum Zeitpunkt t6 das Hybridfahrzeug stillsteht, wird zum Schutz der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs das von derselben bereitgestellte Bremsmoment MEM auf Null reduziert und anschließend das angeforderte Bremsmoment von einer Betriebsbremse des Bremssystems, die insbesondere über Reibung auf die Räder des Abtriebs 4 einwirkt, bereitgestellt.
Fig. 4 zeigt eine Variante der Erfindung, in welcher eine Bremsmomentanforderung zwischen der elektrischen Maschine 2 eines Hybridantriebs und zwei verschleißfreien Teilbremsen des Bremssystems des Hybridfahrzeugs aufgeteilt wird, nämlich zwischen einer Motorbremse und einem Retarder.
So zeigt Fig. 4 über der Drehzahl nAB des Abtriebs 4 eines Hybridfahrzeugs Momentverläufe, nämlich den drehzahlabhängigen Verlauf eines angeforderten Bremsmoments MB, den drehzahlabhängigen Verlauf eines von der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs am Abtrieb 4 bereitgestellten Bremsmoments MEM, den drehzahlabhängigen Verlauf eines von einer Motorbremse am Abtrieb 4 bereitgestellten Bremsmoments MMB, sowie den drehzahlabhängigen Momentverlauf eines vom Retarder am Abtrieb 4 bereitgestellten Bremsmoments MR. So kann Fig. 4 entnommen werden, dass einerseits zwischen der elektrischen Maschine 2 und der Motorbremse und andererseits zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Retarder 6 eine erfindungsgemäße, gesteuerte Übergabe der Bremsmomentanforderung erfolgt, sodass das von den Teilbremssystemen in Summe am Abtrieb 4 bereitgestellte Bremsmoment dem angeforderten Bremsmoment MB entspricht.
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, bei einem Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs ein von einem Bremssystem angefordertes Bremsmoment zwischen einer elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3 des Hybridfahrzeugs und mindestens einer verschleißfreien Dauerbremse des Hybridfahrzeugs, nämlich zwischen einem Retarder und/oder einer Motorbremse, steuerungsseitig aufzuteilen.
Über das dynamische Verhalten der elektrischen Maschine 2 des Hybridantriebs 3, die zur Bereitstellung eines Bremsmoments generatorisch betrieben wird, kann die fehlende Dynamik des Retarders bzw. der Motorbremse kompensiert werden. Zu Beginn einer Bremsmomentanforderung wird daher zunächst über mindestens eine elektrische Maschine 2 des Hybridantriebs 3 das angeforderte Bremsmoment am Abtrieb 4 bereitgestellt. Anschließend wird über die verschleißfreie Dauerbremse, insbesondere über einen Retarder oder gegebenenfalls eine Motorbremse, gesteuert Bremsmoment am Abtrieb aufgebaut. Dann, wenn der Retarder bzw. die Motorbremse abhängig von der Abtriebsdrehzahl des Abtriebs kein Bremsmoment mehr bereitstellen kann, wird der Retarder bzw. die Motorbremse gesteuert aus dem Bremseingriff am Abtrieb 4 herausgefahren, während dann die oder jede elektrische Maschine 2 des Hybridantriebs 3 im generatorischen Betrieb die an der jeweiligen ver- schleißfreien Dauerbremse reduzierte Bremsmomentanforderung übernimmt und das entsprechende Bremsmoment am Abtrieb bereitstellt.
Mithilfe der hier vorliegenden Erfindung ist es möglich, während einer gesamten Bremsmomentanforderung, ohne die Gefahr eines Überbremsens und ohne die Gefahr von Schwingungen im Antriebsstrang sowohl zu Beginn einer Bremsmomentanforderung als auch mit zunehmender Verringerung der Abtriebsdrehzahl am Ende der Bremsmomentanforderung das gewünschte Bremsmoment für den Abtrieb 4 zuverlässig bereitzustellen.
Bezuqszeichen Verbrennungsmotor
elektrische Maschine
Hybridantrieb
Abtrieb
Getriebe
Retarder