WO2020207980A1 - Verfahren zum betreiben eines hybridfahrzeuges - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a hybrid vehicle.
  • Hybrid vehicles that include a drive motor, in particular an internal combustion engine, and a transfer case for distributing the drive force to two axles of the hybrid vehicle, the drive force distribution being carried out by means of an additional motor, namely by means of an electric motor, are known.
  • DE 10 2016 223 691 A1 discloses a gear arrangement for the controllable distribution of drive torque from one input element to two output elements, namely a first output element and a second output element, comprising a first partial transmission area, which is designed as a differential gear, a second Transmission sub-area, which is designed as a superposition gear, and an additional drive unit, wherein the second transmission sub-area has a ring gear via which it is drivingly connected to the first transmission sub-area and the second transmission sub-area is drivingly connected to the additional drive unit.
  • a supporting torque can be applied to a gear arrangement by means of an electric machine. namely, applied to a so-called “power split” transmission in order to distribute the mechanical drive torque of the internal combustion engine or the drive motor between a front and rear axle in a fully variable manner, regardless of the driving status and wheel speeds.
  • the electric machine is operated either as a generator - i.e. in generator mode - or as a motor - i.e. in motor mode - whereby a negative or positive supporting torque is applied to the gear arrangement.
  • SOC state of charge
  • the mechanical system design, the underlying operating strategy and the driving style are responsible for the primary direction of the energy flow in all-wheel drive operation.
  • the aim is to ensure that the all-wheel-drive system in such a vehicle is unabated and independent of the battery capacity and the driving style.
  • the problem arises that the system, depending on the system design, i.e. depending on the gear ratios of the power-split gearbox and front or rear axle gearbox as well as other vehicle parameters, such as the tire dimensions, is predominantly generator-based or predominantly is operated by a motor.
  • the state of charge of the electrical energy storage device is continuously increased or continuously reduced in all-wheel drive mode, which in turn requires additional measures to ensure all-wheel drive availability by stabilizing the electrical system.
  • the object is achieved by a method for operating a hybrid vehicle, the hybrid vehicle comprising a drive motor and a gear arrangement for the controllable distribution of drive torque of the drive motor from one input element to two output elements, namely a first output element and a second output element, as well an additional electrical drive unit with an electrical energy store for the additional drive unit, the additional drive unit being coupled to the gear arrangement in such a way that, depending on the torque of the additional drive unit, the drive torque of the drive motor is distributed from the input element to the two output elements, with a hybrid control unit monitoring the charge state of the energy store and the hybrid control unit operates the auxiliary drive unit depending on the state of charge, so that the distribution of drive torque of the drive motor from the input element to the two Output elements takes place depending on the state of charge of the energy store.
  • the torque of the auxiliary drive is applied as a support torque to a transfer case to produce a different drive torque distribution between two driven axles of a vehicle and thus, for example, different slip of the driven wheels, not only depending on dynamic driving parameters such as wheel speeds, but also depending on the state of charge of the energy storage of the auxiliary drive. It is therefore in the Fahrver behavior of the vehicle on the transmission arrangement, namely on the distributor gear unit, intervened in order to optimize the state of charge of the energy store.
  • the auxiliary drive for the supporting torque can be operated in an energy-efficient and range-optimized manner and, overall, a cost-effective and efficient vehicle concept can be provided.
  • hybrid vehicle encompasses all vehicles with at least two energy converters to drive the vehicle. Since the two energy converters or drives can also be of the same type, namely both drives can be electric motors.
  • the adaptive operating strategy according to the invention which, taking into account various driving dynamics control systems, adapts the control of the additional drive not only to the driving situation, but also to the battery charge level (SOC), enables energy-efficient and range-optimized operation with unrestricted all-wheel drive Availability guaranteed.
  • Additional powerful electrical machines such as a crankshaft starter generator, CISG, or a belt-driven, integrated starter generator, BISG) are then not required and can therefore be dispensed with.
  • a negative, generator torque or a positive, motor torque is preferably applied to the gear arrangement.
  • the direction (positive, negative, zero) and / or the quantity of the applied torque can be varied depending on the state of charge of the battery.
  • the hybrid control unit preferably monitors parameters relevant to driving dynamics and the hybrid control unit operates the additional drive unit depending on the parameters relevant to driving dynamics, so that the drive torque of the drive motor is distributed from the input element to the two output elements depending on the parameters relevant to driving dynamics.
  • the parameters relevant to driving dynamics can include: brake intervention and / or brake pedal position and / or acceleration and / or the accelerator pedal position and / or steering angle and / or dynamic axle load shift.
  • the hybrid control unit preferably carries out after the detection of a low charge state of the energy store and a braking process the auxiliary drive unit applies a negative, regenerative torque to the gear arrangement and the hybrid control unit applies a lower negative, regenerative torque or no negative, regenerative torque to the transmission arrangement after the detection of a high state of charge of the energy store and a braking process by the additional drive unit.
  • the hybrid control unit applies a positive motorized torque to the gear arrangement after the detection of a high state of charge of the energy store and an acceleration process by the auxiliary drive unit and brings the hybrid control unit a smaller positive one after the detection of a low state of charge of the energy store and an acceleration process by the auxiliary drive unit , motor torque or no positive motori cal torque on the gear assembly.
  • the hybrid control unit applies a negative, regenerative torque to the gear arrangement after the detection of a low state of charge of the energy store and a straight-ahead drive by the auxiliary drive unit and / or applies a positive torque to the hybrid control unit after the detection of a high state of charge of the energy store and a straight drive by the auxiliary drive unit , motor torque on the gear assembly.
  • the hybrid control unit can in particular operate the auxiliary drive unit in such a way that, in addition, there is an automatic compensation of different tire tolerances, tire dimensions and / or tire wear conditions.
  • the inventive method intervenes in the longitudinal dynamics of the vehicle, in particular in the distribution of the drive torque between the front and rear axles, but to such an extent that the driving behavior of the vehicle is not noticeable for the driver or as a function of the respective Driving situation and is influenced to the extent desired by the driver, whereby the agility and / or driving stability of the vehicle is also increased.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a hybrid vehicle with all-wheel drive.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a control loop for executing a method according to the invention with interfaces.
  • Fig. 3 shows the relationship between torque and speed difference in motor and generator operation of the auxiliary drive.
  • Fig. 4 shows an exemplary flow chart for a method according to the invention. Detailed description of the invention
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a hybrid vehicle with all-wheel drive, which is designed to carry out a method according to the invention.
  • the required drive torque is applied by a drive machine 7, for example from an internal combustion engine or an electric drive motor, and via a distributor gear 9 as a gear arrangement with an integrated auxiliary drive unit 1, namely an electrical machine, as required to two output elements 15, 16, namely a first Output element 15 and a second output element 16, as well as further distributed via a front axle differential gear 10 and a rear axle differential gear 11 between the front and rear axles of the vehicle.
  • the additional drive unit 1 is supplied with voltage by an electrical energy store 12.
  • the control of the transfer case 9 and the monitoring of the electrical energy store 12 can be followed by a control unit 14.
  • Control unit 14 and electrical energy store 12 are connected to transfer case 9 with an integrated auxiliary drive unit 1 via an electrical signal line 13, which can in particular have a plurality of electrical lines.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a controller 2, namely egg nes control loop, for executing a method according to the invention, with interfaces of the control loop, the controller 2 by a control unit 14 in a hybrid vehicle, for example according to FIG.
  • the additional drive unit 1, an electrical machine, is activated by the controller 2.
  • the controller 2 can be an all-wheel drive or be a four-wheel controller.
  • the controller 2 can request a specific torque T_EM from the auxiliary drive unit 1.
  • the 1925an drive unit 1 can report a speed of the auxiliary drive unit 1, that is n_EM, back to the controller 2. Alternatively, a specific speed can also be requested from the additional drive unit 1 and this reports back to the additional control unit a torque determined for example by means of a current measurement on the electrical machine.
  • the control 2 or all-wheel control can be signal-connected to a driving dynamics control 5 or a driving dynamics controller.
  • the driving dynamics control 5 can in particular include the following systems:
  • the controller 2 can comprise a hybrid controller 3 or a hybrid controller.
  • the hybrid control 3 can comprise a charge state observer 4, that is to say an SOC observer.
  • the state of charge observer 4 monitors the current state of charge of the energy store of the auxiliary drive unit 1.
  • a hybrid control unit namely hybrid control 3
  • the hybrid control unit 3 can operate the auxiliary drive unit 1 depending on the state of charge, so that the distribution of drive torque of the drive motor from the input element to the two output elements depends on the state of charge of the Energy storage takes place.
  • Fig. 3 shows the torque T applied by the auxiliary drive unit 1 to the Sprinthielungsge transmission and the speed difference AN between the two axes (i.e. output elements) during motor operation MOT (torque T and speed difference AN have the same sign; upper half of the figure on the right and lower half of the figure on the left) and generator operation GEN (torque T and speed difference AN different signs; upper half of the illustration on the left and lower half of the illustration on the right) of the auxiliary drive 1.
  • FIG. 4 shows an exemplary flow chart for a method according to the invention. The method is carried out in an all-wheel drive mode of a hybrid vehicle.
  • V2 Operation in all-wheel drive mode, 4WD mode
  • V3 State of charge monitoring (for the energy storage of the additional drive unit 1)
  • V4 Check whether the state of charge of the energy store of the auxiliary drive unit 1 is OK, i.e. not too high and not too low
  • V5 Check whether the state of charge is too high
  • V6 Check whether the charge level is too low
  • V8 Determining the required motor and / or generator (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • V9 Requesting the required motor and / or generator (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • V10 Reduction of the regenerative (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • VI 1 Increase the motor torque level of the auxiliary drive unit 1
  • V12 Reduction of the motor torque level of the additional drive unit 1
  • V13 Increase the regenerative (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • the motor and / or the generator torque of the additional drive unit 1 can be increased or decreased if this is used to improve the state of charge of the energy store.
  • the all-wheel or Hybrid controller determines the state of charge (SOC) of the battery, i.e. the energy storage of the auxiliary drive unit 1.
  • SOC state of charge
  • the torque distribution between the primary and secondary axles of the vehicle can be controlled via a positive or negative supporting torque of the auxiliary drive unit, which in turn increases the speed difference between the two axles and so on affects tire slip.
  • This speed difference determines the speed of the auxiliary drive unit, i.e. the electric machine, via the power split transmission.
  • the torque of the additional drive unit can be controlled or regulated directly and the speed of the additional drive unit is set indirectly via the respective driving state.
  • speed-controlled operation of the additional drive unit is also possible.
  • the adaptive operating strategy reacts. For this purpose, iterative and small steps can be used to switch from a predominantly motorized to a predominantly generator operating state of the additional drive unit.
  • This change of state has to take place in such a way that the driving behavior of the vehicle does not essentially change due to the changing speed differences. If it is determined that the previously recognized trend is reversing, the system reacts automatically to it due to its functionality and oscillates around the optimum.
  • the adaptive operating strategy also has a stabilizing effect on the vehicle electrical system, since the state of charge of the battery is taken into account.
  • the operating strategy selects a positive or negative support torque on the electric machine required for the respective driving situation while optimizing the overall energy balance.
  • driving maneuvers tend to fall into the motor or generator area.
  • SOC state of charge
  • the adaptive operating strategy ensures that the motor areas are minimized and the generator areas are maximized. This is done to an extent that is compatible with the overall vehicle dynamics and is explained below using specific examples.
  • the adaptive operating strategy means that when braking into a curve, in addition to the braking torque of the service brake, a negative (regenerative) supporting torque is set for the auxiliary drive unit, with the braking energy being at least partially converted back into electrical energy.
  • the adaptive operating strategy means that an active Slippage between the axles is largely avoided and the necessary supporting torque can thus be applied in an energy-efficient manner.
  • the charge level of the battery can be increased by a negative (generator-safe) supporting torque and the resulting difference in speed between the primary and secondary axes.
  • the adaptive operating strategy means that an active negative (generator) support torque is suppressed, while in the acceleration phase when exiting a curve, an active slip state between the axles is impressed by a corresponding positive (motor) support torque.
  • V2 all-wheel drive mode
  • V3 charge status monitoring
  • V5 Check whether the state of charge is too high
  • V6 Check whether the charge level is too low
  • V7 operating strategy
  • V8 Determining the required motor and / or generator (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • V9 Requesting the required motor and / or generator (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • V10 Reduction of the regenerative (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1
  • V12 Reduction of the motorized torque level of the additional drive unit 1
  • V13 Increasing the regenerative (recuperation) torque level of the auxiliary drive unit 1

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges (6), wobei das Hybridfahrzeug (6) einen Antriebsmotor (7) umfasst, sowie eine Getriebeanordnung (9) zur steuerbaren Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors (7) von einem Eingangselement auf zwei Ausgangselemente (15, 16), nämlich auf ein erstes Ausgangselement (15) und ein zweites Ausgangselement (16), sowie eine elektrische Zusatzantriebseinheit (1) mit einem elektrischen Energiespeicher (12) für die Zusatzantriebseinheit (1), wobei die Zusatzantriebseinheit (1) derart an die Getriebeanordnung (9) gekoppelt ist, dass abhängig vom Drehmoment der Zusatzantriebseinheit (1) die Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors (7) vom Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente (15, 16) erfolgt, wobei eine Hybridsteuereinheit (3) den Ladezustand des Energiespeichers (12) überwacht und die Hybridsteuereinheit (3) die Zusatzantriebseinheit (1) abhängig vom Ladezustand betreibt, so dass die Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors (7) vom Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente (15, 16) abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers (12) erfolgt.

Description

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hyb ridfahrzeuges.
Stand der Technik
Hybridfahrzeuge, die einen Antriebsmotor umfassen, insbesondere eine Verbrennungskraftmaschine, sowie ein Verteilergetriebe zur Verteilung der Antriebskraft auf zwei Achsen des Hybridfahrzeugs, wobei die Antriebs kraftverteilung mittels eines zusätzlichen Motors, nämlich mittels eines Elektromotors vorgenommen wird, sind bekannt.
Beispielsweise offenbart die DE 10 2016 223 691 Al eine Getriebeanord nung zur steuerbaren Verteilung von Antriebsdrehmoment von einem Ein gangselement auf zwei Ausgangselemente, nämlich auf ein erstes Aus gangselement und ein zweites Ausgangselement, umfassend einen ersten Getriebeteilbereich, der als Ausgleichsgetriebe ausgebildet ist, einen zwei ten Getriebeteilbereich, der als Überlagerungsgetriebe ausgebildet ist, und eine Zusatzantriebseinheit, wobei der zweite Getriebeteilbereich ein Hohl rad aufweist über das er mit dem ersten Getriebeteilbereich antriebswirk sam verbunden ist und wobei der zweite Getriebeteilbereich mit der Zu satzantriebseinheit antriebswirksam verbunden ist.
In einem derartigen elektrifizierten Verteilergetriebe kann mittels einer elektrischen Maschine ein Stützmoment an einer Getriebeanordnung, nämlich an einem sogenannten„Power-Split“ Getriebe aufgebracht wer den, um das mechanische Antriebsdrehmoment der Verbrennungskraft maschine bzw. des Antriebsmotors zwischen einer Vorder- und Hinter achse, unabhängig von Fahrzustand und Raddrehzahlen, vollvariabel zu verteilen. Hierfür wird die elektrische Maschine, abhängig von der Sys temauslegung, entweder generatorisch - also im Generatorbetrieb - oder motorisch - also im Motorbetrieb - betrieben, wodurch ein negatives oder positives Stützmoment auf die Getriebeanordnung aufgebracht wird. Dies bedeutet, dass der Ladezustand (state of Charge, SOC) der Batterie des Elektromotors im Allrad-Betrieb erhöht oder verringert wird. Verantwort lich für die primäre Richtung des Energieflusses im Allradbetrieb ist dabei die mechanische Systemauslegung, die zugrunde gelegte Betriebsstrategie und die Fahrweise.
Ziel ist es, eine von der Batteriekapazität sowie von der Fahrweise unab hängige und somit uneingeschränkte Verfügbarkeit des Allradsystems in einem solchen Fahrzeug zu gewährleisten. Bei einer vorgegebenen Be triebsstrategie ergibt sich dabei das Problem, dass das System je nach Systemauslegung, das heißt je nach Übersetzungsstufen von Power-Split Getriebe und Vorder- bzw. Hinterachsgetriebe sowie weiterer Fahrzeugpa rameter, wie zum Beispiel den Reifendimensionen, vorwiegend generato risch oder vorwiegend motorisch betrieben wird. Dadurch wird der Lade zustand des elektrischen Energiespeichers im Allradbetrieb kontinuierlich erhöht oder kontinuierlich verringert, wodurch wiederrum zusätzliche Maßnahmen zur Gewährleistung der Allrad-Verfügbarkeit durch Stabili sierung des elektrischen Bordnetzes erforderlich sind.
Durch eine zusätzliche entsprechend dimensionierte elektrische Ma schine, welche auch als Starter/ Generator bezeichnet wird, kann in der sogenannten„P0-Architektur“ bei Bedarf zusätzliche elektrische Energie bereitgestellt oder entnommen werden. Diese Problemlösung erfordert je doch einen entsprechend dimensionierten Starter/ Generator und führt unweigerlich zu einer längeren Kette von Verlustbeitragsleistern, was sich wiederum negativ auf die Effizienz und Gesamtenergiebilanz auswirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben ei nes Hybridfahrzeugs der genannten Art in dieser Hinsicht zu verbessern und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Hybridfahr zeugs anzugeben, das eine dauernde Verfügbarkeit eines Allradbetriebs, bzw. Betriebs beider Ausgangselemente der Getriebeanordnung, ermög licht.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges, wobei das Hybridfahrzeug einen Antriebsmotor um fasst, sowie eine Getriebeanordnung zur steuerbaren Verteilung von An triebsdrehmoment des Antriebsmotors von einem Eingangselement auf zwei Ausgangselemente, nämlich auf ein erstes Ausgangselement und ein zweites Ausgangselement, sowie eine elektrische Zusatzantriebseinheit mit einem elektrischen Energiespeicher für die Zusatzantriebseinheit, wobei die Zusatzantriebseinheit derart an die Getriebeanordnung gekoppelt ist, dass abhängig vom Drehmoment der Zusatzantriebseinheit die Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors vom Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente erfolgt, wobei eine Hybridsteuereinheit den La dezustand des Energiespeichers überwacht und die Hybridsteuereinheit die Zusatzantriebseinheit abhängig vom Ladezustand betreibt, so dass die Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors vom Eingangsele ment auf die zwei Ausgangselemente abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers erfolgt. Erfindungsgemäß wird das Drehmoment des Zusatzantriebs, als Stützmo ment auf ein Verteilergetriebe zur Herstellung einer unterschiedlichen An triebsdrehmomentverteilung zwischen zwei angetriebenen Achsen eines Fahrzeuges und somit beispielsweise unterschiedlichen Schlupfs der an getriebenen Räder, nicht nur abhängig von fahrdynamischen Parametern wie Raddrehzahlen aufgebracht, sondern auch abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers des Zusatzantriebs. Es wird daher in das Fahrver halten des Fahrzeugs an der Getriebeanordnung, nämlich an der Vertei lergetriebeeinheit, eingegriffen, um den Ladezustand des Energiespeichers zu optimieren.
Hierdurch kann ein energieeffizienz- und reichweitenoptimierter Betrieb des Zusatzantriebs für das Stützmoment erfolgen und insgesamt ein kos tengünstiges und effizientes Fahrzeugkonzept bereitgestellt werden.
Der Begriff„Hybridfahrzeug“ umfasst erfindungsgemäß alle Fahrzeuge mit mindestens zwei Energieumwandlern, um das Fahrzeug anzutreiben. Da bei können die beiden Energieumwandler bzw. Antriebe auch gleicher Art sein, nämlich beide Antriebe Elektromotoren sein.
Über die erfindungsgemäße adaptive Betriebsstrategie, welche, unter Ein beziehung diverser Fahrdynamikregelsysteme, die Steuerung des Zusatz antriebs situativ nicht nur an die Fahrsituation, sondern auch an den Batterie-Ladezustand (SOC) anpasst, wird ein energieeffizienz- und reich weitenoptimierter Betrieb mit uneingeschränkter Allrad-Verfügbarkeit ge währleistet. Zusätzliche leistungsstarke elektrische Maschinen (wie zum Beispiel ein Kurbelwellen-Startergenerator, CISG, oder ein riemengetriebener, inte grierter Starter-Generator, BISG) sind dann nicht erforderlich und können somit entfallen.
Zudem ist dabei bevorzugt ein automatischer Ausgleich beispielsweise un terschiedlicher Reifentoleranzen, Reifendimensionen und Reifenver schleißzustände möglich.
Durch die Zusatzantriebseinheit wird bevorzugt abhängig vom Ladezu stand des Energiespeichers ein negatives, generatorisches Drehmoment oder ein positives, motorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung aufgebracht. Die Richtung (postiv, negativ, null) und/oder die Quantität des aufgebrachten Drehmoments kann abhängig vom Ladezustand der Batterie variiert werden.
Bevorzugt überwacht die Hybridsteuereinheit fahrdynamisch relevante Pa rameter und betreibt die Hybridsteuereinheit die Zusatzantriebseinheit abhängig von den fahrdynamisch relevanten Parametern, so dass die Ver teilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors vom Eingangsele ment auf die zwei Ausgangselemente abhängig von den fahrdynamisch re levanten Parametern erfolgt.
Die fahrdynamisch relevanten Parameter können dabei umfassen: Brems eingriff und/ oder Bremspedalstellung und/ oder Beschleunigung und/o- der Gaspedalstellung und/ oder Lenkwinkel und/ oder dynamische Achs lastverschiebung.
Bevorzugt bringt die Hybridsteuereinheit nach dem Erkennen eines gerin gen Ladezustands des Energiespeichers und eines Bremsvorgangs durch die Zusatzantriebseinheit ein negatives, generatorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung auf und die Hybridsteuereinheit bringt nach dem Erkennen eines hohen Ladezustands des Energiespeichers und eines Bremsvorgangs durch die Zusatzantriebseinheit ein geringeres negatives, generatorisches Drehmoment oder gar kein negatives, generatorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung auf.
Bevorzugt bringt die Hybridsteuereinheit nach dem Erkennen eines hohen Ladezustands des Energiespeichers und eines Beschleunigungsvorgangs durch die Zusatzantriebseinheit ein positives, motorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung auf und bringt die Hybridsteuereinheit nach dem Erkennen eines niedrigen Ladezustands des Energiespeichers und ei nes Beschleunigungsvorgangs durch die Zusatzantriebseinheit ein gerin geres positives, motorisches Drehmoment oder gar kein positives, motori sches Drehmoment auf die Getriebeanordnung auf.
Bevorzugt bringt die Hybridsteuereinheit nach dem Erkennen eines niedri gen Ladezustands des Energiespeichers und einer Geradeausfahrt durch die Zusatzantriebseinheit ein negatives, generatorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung auf und/ oder bringt die Hybridsteuereinheit nach dem Erkennen eines hohen Ladezustands des Energiespeichers und einer Geradeausfahrt durch die Zusatzantriebseinheit ein positives, motorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung auf.
Die Hybridsteuereinheit kann die Zusatzantriebseinheit insbesondere so betreiben, dass zusätzlich ein automatischer Ausgleich von unterschiedli chen Reifentoleranzen, Reifendimensionen und/oder Reifenverschleißzu- ständen erfolgt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird in die Längsdynamik des Fahrzeuges eingegriffen, insbesondere in die Verteilung des Antriebsmo mentes zwischen Vorder- und Hinterachse, jedoch in einem solchen Aus maß, dass das Fahrverhalten des Fahrzeuges für den Fahrer nicht merk lich bzw. in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation und in einem vom Fahrer gewünschten Ausmaß beeinflusst wird, wodurch zusätzlich die Agilität und/oder Fahrstablilität des Fahrzeuges erhöht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridfahr- zeuges mit Allradantrieb.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Regelkreises zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit Schnittstellen.
Fig. 3 zeigt den Zusammenhang von Drehmoment und Dreh zahldifferenz bei motorischem und generatorischem Betrieb des Zusatzantriebs.
Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein erfin dungsgemäßes Verfahren. Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeuges mit All radantrieb, das zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Das erforderliche Antriebsmoment wird von einer An triebsmaschine 7, beispielsweise von einer Verbrennungskraftmaschine oder einem Antriebselektromotor, aufgebracht und über ein Verteilerge triebe 9 als Getriebeanordnung mit integrierter Zusatzantriebseinheit 1, nämlich einer elektrischen Maschine, bedarfsgerecht auf zwei Aus gangselemente 15, 16, nämlich auf ein erstes Ausgangselement 15 und ein zweites Ausgangselement 16, sowie weiter über ein Vorderachs-Diffe- rentialgetriebe 10 und ein Hinterachs-Differentialgetriebe 1 1 zwischen Vorder- und Hinterachse des Fahrzeuges verteilt. Die Zusatzantriebsein heit 1 wird durch einen elektrischen Energiespeicher 12 mit Spannung versorgt. Die Ansteuerung des Verteilergetriebes 9 und die Überwachung des elektrischen Energiespeichers 12 kann über eine Steuereinheit 14 er folgen. Steuereinheit 14 und elektrischer Energiespeicher 12 sind über eine elektrische Signalleitung 13, die insbesondere mehrere elektrische Leitungen aufweisen kann, mit dem Verteilergetriebe 9 mit integrierter Zu satzantriebseinheit 1 verbunden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Steuerung 2, nämlich ei nes Regelkreises, zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, mit Schnittstellen des Regelkreises, wobei die Steuerung 2 durch eine Steuereinheit 14 in einem Hybridfahrzeug, das beispielsweise gemäß Fig.
1 ausgebildet sein kann, realisiert sein kann.
Die Zusatzantriebseinheit 1, eine elektrische Maschine, wird durch die Steuerung 2 angesteuert. Die Steuerung 2 kann eine Allradsteuerung bzw. ein Allrad-Controller sein. Die Steuerung 2 kann ein bestimmtes Drehmo ment T_EM von der Zusatzantriebseinheit 1 anfordern. Die Zusatzan triebseinheit 1 kann eine Drehzahl der Zusatzantriebseinheit 1, also n_EM an die Steuerung 2 zurückmelden. Alternativ kann auch eine bestimmte Drehzahl von der Zusatzantriebseinheit 1 angefordert werden und diese meldet ein, beispielsweise mittels Strommessung an der elektrischen Ma schine der Zusatzsteuereinheit ermitteltes Drehmoment zurück.
Die Steuerung 2 bzw. Allradsteuerung kann mit einer Fahrdynamiksteue rung 5 bzw. einem Fahrdynamikregler signalverbunden sein. Die Fahrdy namiksteuerung 5 kann insbesondere folgende Systeme umfassen:
AD Autonomous Driving
HDA High Way Driving Assist
TSC Trailer Stability Control
ESC Electrical Stability Control
ASR Anti Slip Regulation
ABS Antilock Braking System
BAS Braking Assistant System
ACC Adaptive Cruise Control
HDC Hill Descent Control
HHC Hill Hold Control
APA Active Parking Assistant
Die Steuerung 2 kann eine Hybridsteuerung 3 bzw. einen Hybrid-Control- ler umfassen.
Die Hybridsteuerung 3 kann einen Ladezustandsbeobachter 4, also einen SOC-Observer, umfassen. Der Ladezustandsbeobachter 4 überwacht den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers der Zusatzantriebseinheit 1. Hierdurch kann eine Hybridsteuereinheit, nämlich Hybridsteuerung 3, den Ladezustand des Energiespeichers über den Ladezustandsbeobachter 4 überwachen und die Hybridsteuereinheit 3 die Zusatzantriebseinheit 1 abhängig vom Ladezustand betreiben, so dass die Verteilung von Antriebs drehmoment des Antriebsmotors vom Eingangselement auf die zwei Aus gangselemente abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers erfolgt.
Fig. 3 zeigt das von der Zusatzantriebseinheit 1 auf das Überlagerungsge triebe aufgebrachte Drehmoment T und die Drehzahldifferenz AN zwischen den beiden Achsen (also Ausgangselementen) bei motorischem Betrieb MOT (Drehmoment T und Drehzahldifferenz AN gleiches Vorzeichen; obere Bildhälfte rechts und untere Bildhälfte links) und generatorischem Betrieb GEN (Drehmoment T und Drehzahldifferenz AN unterschiedliche Vorzei chen; obere Bildhälfte links und untere Bildhälfte rechts) des Zusatzan triebs 1.
Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren. Das Verfahren wird in einem Allradmodus eines Hybridfahr zeuges ausgeführt.
Die dargestellten Verfahrensschritte sind:
VI : Start des Verfahrens
V2: Betrieb im Allradmodus, 4WD-Mode
Gleichzeitig zur Regelung der Drehmomentverteilung im Verteilergetriebe durch Festlegen der Betriebsstrategie V7, wird der Ladezustand des Ener giespeichers der Zusatzantriebseinheit 1 überwacht V3 und wirkt sich auf die Fahrdynamikreglung aus. V3: Ladezustandsüberwachung (für den Energiespeicher der Zusatzan triebseinheit 1)
V4: Prüfung ob der Ladezustand des Energiespeichers der Zusatzantriebs einheit 1 OK ist, also nicht zu hoch und nicht zu niedrig
V5: Prüfung ob der Ladezustand zu hoch ist
V6: Prüfung ob der Ladezustand zu niedrig ist
V7: Betriebsstrategie
V8: Bestimmen des erforderlichen motorischen und/ oder generatorischen (Rekuperation) Drehmomentniveaus der Zusatzantriebseinheit 1
V9: Anfordern des erforderlichen motorischen und/ oder generatorischen (Rekuperation) Drehmomentniveaus der Zusatzantriebseinheit 1
V10: Vermindern des generatorischen (Rekuperation) Drehmomentni veaus der Zusatzantriebseinheit 1
VI 1 : Erhöhen des motorischen Drehmomentniveaus der Zusatzantriebs einheit 1
V12: Vermindern des motorischen Drehmomentniveaus der Zusatzan triebseinheit 1
V13: Erhöhen des generatorischen (Rekuperation) Drehmomentniveaus der Zusatzantriebseinheit 1
Somit kann, je nach Ladezustand des Energiespeichers, das motorische und/oder das generatorische Drehmoment der Zusatzantriebseinheit 1 er höht oder erniedrigt werden, wenn dies zur Verbesserung des Ladezu stands des Energiespeichers dient.
Wird das Fahrzeug im Allradmodus betrieben (viele Fahrzeuge bzw. Steue rungen haben heute die Möglichkeit optional zwischen 2WD also Zweirad antrieb und 4WD also Allradantrieb und / oder einem Mischbetrieb zwi schen 2WD und 4WD-Modus zu wechseln) so überwacht der Allrad- oder Hybridregler den Ladezustand (SOC) der Batterie, also des Energiespei chers der Zusatzantriebseinheit 1. Die Drehmomentverteilung zwischen der Primär- und Sekundärachse des Fahrzeuges kann über ein positives oder negatives Stützmoment der Zusatzantriebseinheit gesteuert werden, was wiederrum die Drehzahldifferenz zwischen den beiden Achsen und so mit den Reifenschlupf beeinflusst. Diese Drehzahldifferenz bestimmt über das Powersplit-Getriebe die Drehzahl der Zusatzantriebseinheit, also der elektrischen Maschine. Somit kann festgehalten werden, dass das Dreh moment der Zusatzantriebseinheit direkt gesteuert oder geregelt werden kann und sich die Drehzahl der Zusatzantriebseinheit indirekt über den jeweiligen Fahrzustand einstellt. Es ist jedoch auch ein drehzahlgesteuer ter Betrieb der Zusatzantriebseinheit möglich.
Wird erkannt, dass die Entwicklung des Ladezustands (SOC) einem ein deutigen Trend folgt, so reagiert die adaptive Betriebsstrategie. Hierfür kann durch iterative und kleine Schritte von einem überwiegend motori schen in einen überwiegend generatorischen Betriebszustand der Zusatz antriebseinheit gewechselt werden.
Diese Zustandsänderung hat so zu erfolgen, dass sich das Fahrverhalten des Fahrzeugs, aufgrund der sich ändernden Drehzahldifferenzen, im We sentlichen nicht ändert. Wird festgestellt, dass sich der zuvor erkannte Trend umkehrt, so reagiert das System aufgrund seiner Funktionsweise automatisch darauf und pendelt um das Optimum.
Alternativ kann auch zwischen zumindest zwei in diskreten Schritten ge stuften Betriebsstrategien (motorischer bzw. generatorischer 4WD-Modus) gewechselt werden. Dies hat zur Folge, dass der Energiebedarf des Allradsystems - unabhän gig von Fahrzeugabstimmung, Fahrstrecke und Fahrstil - minimiert wird. Des Weiteren wirkt sich die adaptive Betriebsstrategie auch stabilisierend auf das Bordnetz aus, da der Ladezustand der Batterie berücksichtigt wird.
Unter Berücksichtigung fahrdynamisch relevanter Parameter - wie bei spielsweise Gaspedalstellung, Bremseneingriff, Lenkwinkel und / oder dy namischer Achslastverschiebung - wählt die Betriebsstrategie unter Opti mierung der Gesamtenergiebilanz ein für die jeweilige Fahrsituation erfor derliches positives oder negatives Stützmoment an der elektrischen Ma schine. Prinzip bedingt fallen Fahrmanöver eher in den motorischen oder generatorischen Bereich. Die adaptive Betriebsstrategie sorgt bei niedri gem Ladezustand (SOC) dafür, dass die motorischen Bereiche minimiert werden und die generatorischen Bereiche maximiert werden. Dies ge schieht in einem für die Gesamtfahrzeugdynamik verträglichem Umfang und wird im Folgenden anhand konkreter Beispiele erläutert.
(a) Betriebsstrategie bei niedrigem oder stetig fallendem Ladezustand (SOC):
Beispielsweise führt die adaptive Betriebsstrategie bei niedrigem Ladezu stand dazu, dass beim Anbremsen einer Kurve, ergänzend zum Bremsmo ment der Betriebsbremse, ein negatives (generatorisches) Stützmoment der Zusatzantriebseinheit gestellt wird, wobei die Bremsenergie zumindest teilweise wieder in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Bei niedrigem Ladezustand (SOC) und Beschleunigung während der Kur venausfahrt führt die adaptive Betriebsstrategie dazu, dass ein aktiver Schlupf zwischen den Achsen weitgehend vermieden wird und somit das erforderliche Stützmoment energieeffizient aufgebracht werden kann.
Es kann auch bei Geradeausfahrt durch ein negatives (generatorsiches) Stützmoment und damit aufgezwungener Drehzahldifferenz zwischen Pri mär- und Sekundärachse der Ladezustand der Batterie angehoben wer den.
(b) Betriebsstrategie bei hohem oder stetig steigendem Ladezustand (SOC):
Bei hohem Ladezustand und Anbremsen einer Kurve führt die adaptive Betriebsstrategie dazu, dass ein aktives negatives (generatorisches) Stütz moment unterbunden wird, während in der Beschleunigungsphase bei Kurvenausfahrt ein aktiver Schlupfzustand zwischen den Achsen durch ein entsprechendes positives (motorisches) Stützmoment aufgeprägt wird.
Darüber hinaus kann durch die aktive Miteinbeziehung diverser weiterer aktiver Fahrdynamikregelsysteme, wie beispielsweise einer Reifendruckre gelanlage, Luftfederung oder aktiver Stabilisatoren, durch Änderung des dynamischen Reifenrollradius und/oder Berücksichtigung der dynami schen Achslastverschiebung, der aus fahrdynamischer Sicht gewünschte Schlupfzustand zwischen den Drehzahlen der Vorder- und Hinterachse beeinflusst und zusätzliche Effizienzvorteile gewonnen werden. Bezugszeichenliste
1 Zusatzantriebseinheit
2 Steuerung
3 Hybridsteuerung
4 Ladezustandsbeobachter
5 Fahrdynamiksteuerung
6 Allrad Hybridfahrzeug
7 Antriebsmotor
8 Hauptgetriebe
9 Getriebeanordnung, Verteilergetriebe
10 Vorderachs-Differentialgetriebe
1 1 Hinterachs-Differentialgetriebe
12 elektrischer Energiespeicher
13 elektrische Steuerleitung
14 Steuereinheit
15 erstes Ausgangselement
16 zweites Ausgangselement
AD Autonomous Driving
HDA High Way Driving Assist
TSC Trailer Stability Control
ESC Electrical Stability Control
ASR Anti Slip Regulation
ABS Antilock Braking System
BAS Braking Assistant System
ACC Adaptive Cruise Control
HDC Hill Descent Control
HHC Hill Hold Control
APA Active Parking Assistant
GEN Generatorischer Betrieb der Zusatzantriebseinheit
MOT Motorischer Betrieb der Zusatzantriebseinheit
VI : Start
V2: Allradmodus
V3: Ladezustandsüberwachung
V4: Prüfung ob Ladezustand OK
V5: Prüfung ob Ladezustand zu hoch
V6: Prüfung ob Ladezustand zu niedrig V7: Betriebsstrategie
V8: Bestimmen des erforderlichen motorischen und/ oder generatorischen (Rekuperation) Drehmomentenniveaus der Zusatzantriebseinheit 1 V9: Anfordern des erforderlichen motorischen und/ oder generatorischen (Rekuperation) Drehmomentenniveaus der Zusatzantriebseinheit 1
V10: Vermindern des generatorischen (Rekuperation) Drehmomentenni veaus der Zusatzantriebseinheit 1
VI 1 : Erhöhen des motorischen Drehmomentenniveaus der Zusatzan triebseinheit 1
V12: Vermindern des motorischen Drehmomentenniveaus der Zusatzan- triebseinheit 1
V13: Erhöhen des generatorischen (Rekuperation) Drehmomentenniveaus der Zusatzantriebseinheit 1

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeuges (6), wobei das
Hybridfahrzeug (6) einen Antriebsmotor (7) umfasst, sowie eine Ge triebeanordnung (9) zur steuerbaren Verteilung von Antriebsdreh moment des Antriebsmotors (7) von einem Eingangselement auf zwei Ausgangselemente (15, 16), nämlich auf ein erstes Ausgangselement (15) und ein zweites Ausgangselement (16), sowie eine elektrische Zusatzantriebseinheit (1) mit einem elektrischen Energiespeicher (12) für die Zusatzantriebseinheit (1), wobei die Zusatzantriebsein heit (1) derart an die Getriebeanordnung (9) gekoppelt ist, dass ab hängig vom Drehmoment der Zusatzantriebseinheit (1) die Vertei lung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors (7) vom Ein gangselement auf die zwei Ausgangselemente (15, 16) erfolgt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Hyb ridsteuereinheit (3) den Ladezustand des Energiespeichers (12) überwacht und die Hybridsteuereinheit (3) die Zusatzantriebseinheit (1) abhängig vom Ladezustand betreibt, so dass die Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors (7) vom Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente (15, 16) abhängig vom Ladezustand des Energiespeichers (12) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass durch die Zusatzantriebseinheit (1) abhängig vom Ladezustand des Energie speichers (12) ein negatives, generatorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung (9) aufgebracht wird und / oder dass durch die Zusatzantriebseinheit (1) abhängig vom Ladezustand des Energie speichers (12) ein positives, motorisches Drehmoment auf die Ge triebeanordnung (9) aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das nega tive, generatorische Drehmoment und/oder das positive, motorische Drehmoment durch Vorgabe eines Drehmoments oder durch Vor gabe einer Drehzahl und/ oder durch Vorgabe einer Drehrichtung auf die Getriebeanordnung (9) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hyb ridsteuereinheit (3) fahrdynamisch relevante Parameter überwacht und die Hybridsteuereinheit (3) die Zusatzantriebseinheit (1) abhän gig von den fahrdynamisch relevanten Parametern betreibt, so dass die Verteilung von Antriebsdrehmoment des Antriebsmotors (7) vom Eingangselement auf die zwei Ausgangselemente (15, 16) abhängig von den fahrdynamisch relevanten Parametern erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die fahrdy namisch relevanten Parameter umfassen: Bremseingriff und/oder Bremspedalstellung und/ oder Beschleunigung und/ oder Gaspedal stellung und / oder Lenkwinkel und / oder dynamische Achslastver schiebung.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hyb ridsteuereinheit (3) nach dem Erkennen eines geringen Ladezu stands des Energiespeichers (12) und eines Bremsvorgangs durch die Zusatzantriebseinheit (1) ein negatives, generatorisches Drehmo- ment auf die Getriebeanordnung (9) aufbringt und dass die Hyb ridsteuereinheit nach dem Erkennen eines hohen Ladezustands des Energiespeichers (12) und eines Bremsvorgangs durch die Zusatz antriebseinheit (1) ein geringeres negatives, generatorisches Dreh moment oder gar kein negatives, generatorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung (9) aufbringt.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hyb ridsteuereinheit (3) nach dem Erkennen eines hohen Ladezustands des Energiespeichers (12) und eines Beschleunigungsvorgangs durch die Zusatzantriebseinheit (1) ein positives, motorisches Dreh moment auf die Getriebeanordnung (9) aufbringt und dass die Hyb ridsteuereinheit (3) nach dem Erkennen eines niedrigen Ladezu stands des Energiespeichers (12) und eines Beschleunigungsvor gangs durch die Zusatzantriebseinheit (1) ein geringeres positives, motorisches Drehmoment oder gar kein positives, motorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung (9) aufbringt.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hyb ridsteuereinheit (3) nach dem Erkennen eines niedrigen Ladezu stands des Energiespeichers (12) und einer Geradeausfahrt durch die Zusatzantriebseinheit (1) ein negatives, generatorisches Drehmo ment auf die Getriebeanordnung (9) aufbringt und/ oder dass die Hybridsteuereinheit nach dem Erkennen eines hohen Ladezustands des Energiespeichers (12) und einer Geradeausfahrt durch die Zu satzantriebseinheit (1) ein positives, motorisches Drehmoment auf die Getriebeanordnung (9) aufbringt.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hyb ridsteuereinheit (3) die Zusatzantriebseinheit (1) so betreibt, dass ein automatischer Ausgleich von unterschiedlichen Reifentoleran- zen, Reifendimensionen und/oder Reifenverschleißzuständen er folgt.
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