WO2021052671A1 - Steuereinheit und verfahren zum betrieb einer elektrischen maschine eines hybridantriebs - Google Patents

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    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • control unit 111 can be set up, in response to the request for a starting process of the internal combustion engine 101, to predict a start-up time or a start-up time interval in which the power requirement of the electrical machine 102 is at most the total power minus the required start-up power for the startup process.
  • the starting process of the internal combustion engine 101 can then be shifted to the predicted start-up time or to the predicted start-up time interval. This can reliably ensure that the operation of the vehicle 100 is not adversely affected by the start-up of the internal combustion engine 101.
  • a hybrid drive can thus be provided in which there is no separate start system for the internal combustion engine (VM) 101, and in which a separate electrical machine (EM) 102, in particular a traction EM, which is mainly used for propulsion, is additionally provided is used to start the VM 101.
  • VM internal combustion engine
  • EM electrical machine
  • the VM 101 can be started by a so-called drag start, during which the clutch 114 is closed so that the crankshaft of the VM 101 is driven by the electric machine 102.
  • a power reserve would have to be kept for the starting process for the start-up, which would then not be available for driving the vehicle 100.
  • the waiver of a dedicated starting system and / or the use of a traction EM 102 for a starting process is particularly advantageous in the case of a hybrid drive in which the VM 101 is not used to provide a drive torque, but only as an energy converter. With such a hybrid drive, the start of the VM 101 can be flexibly delayed, since the power of the VM 101 is not required directly for propulsion.
  • Two priority values can be calculated and compared with one another.
  • a first priority value Prio_Vortrieb can be determined for the fact that the EM 102 is used for the propulsion.
  • a second priority value Prio_Zustart can be determined so that EM 102 is used to start VM 101.
  • the request to start the operating strategy can be suppressed as long as Prio_Vortrieb> Prio_Start applies.
  • the method 200 includes starting 202 the internal combustion engine 101 at the predicted start-up point in time by means of the electrical machine 102
  • the measure described in this document makes it possible to operate a hybrid drive more comfortably and reliably even when an electrical machine 102 is used jointly for the drive and for the start-up of the internal combustion engine 101.

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Abstract

Es wird eine Steuereinheit für einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs beschrieben. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine, wobei der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine zur Bereitstellung eines Antriebsmoments des Fahrzeugs und zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt wird. Die Steuereinheit ist eingerichtet, einen Zustart-Zeitpunkt zu prädizieren, an dem zumindest ein Teil einer Gesamtleistung der elektrischen Maschine für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht. Des Weiteren ist die Steuereinheit eingerichtet, den Verbrennungsmotor an dem prädizierten Zustart-Zeitpunkt mittels der elektrischen Maschine zu starten.

Description

Steuereinheit und Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine eines Hybridantriebs
Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung den Betrieb der elektrischen Maschine eines Hybridantriebs, die sowohl für den Antrieb und als auch für den Zustart eines Verbrennungsmotors des Hybridantriebs verwendet wird.
Ein Fahrzeug mit Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor und zumindest eine elektrische Maschine, die jeweils einzeln und/oder gemeinsam verwendet werden können, um ein angefordertes Antriebsmoment zu erbringen. Darüber hinaus kann die elektrische Maschine dazu genutzt werden, den Verbrennungsmotor bei Bedarf zu starten. Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, bei einem Hybridantrieb, bei dem die elektrische Maschine sowohl für den Antrieb als auch für den Zustart des Verbrennungsmotors genutzt wird, einen komfortablen und zuverlässigen Fährbetrieb zu ermöglichen. Die Aufgabe wird jeweils durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicherweise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für einen Hybridantrieb beschrieben, wobei der Hybridantrieb ausgebildet ist, ein Kraftfahrzeug anzutreiben. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor (z.B. einen Dieselmotor oder einen Ottomotor) und eine elektrische Maschine. Die Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor und der elektrischen Maschine kann z.B. über eine Trennkupplung erfolgen. Der Hybridantrieb kann derart ausgebildet sein, dass die elektrische Maschine zur Bereitstellung des Antriebsmoments des Fahrzeugs und zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt wird. In einem bevorzugten Beispiel weist der Hybridantrieb keinen dedizierten Starter auf, der (ggf. nur) für den Start des Verbrennungsmotors (und ggf. nicht für den Antrieb des Fahrzeugs) genutzt wird.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, einen (vorausliegenden) Zustart-Zeitpunkt zu prädizieren, an dem zumindest ein Teil der insgesamt verfügbaren Gesamtleistung der elektrischen Maschine für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht. Der Hybridantrieb kann derart ausgebildet sein, dass die Gesamtleistung der elektrischen Maschine für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann. Insbesondere kann dabei auf einen Leistungsvorhalt für Startvorgänge des Verbrennungsmotors verzichtet werden. Somit kann ein kosten-, bauraum- und gewichtseffizienter Hybridantrieb bereitgestellt werden.
Das Prädizieren des Zustart-Zeitpunkts kann in Reaktion auf eine Anforderung für einen Zustart des Verbrennungsmotors erfolgen. Die Anforderung für den Zustart des Verbrennungsmotors kann sich aus einer Betriebsstrategie für den Hybridantrieb ergeben. Mit anderen Worten, die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis der Betriebsstrategie des Hybridantriebs zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden soll. Der Zeitpunkt an dem die Anforderung für den Zustart erfolgt kann als Anforderungs-Zeitpunkt bezeichnet werden. Es kann dann in Reaktion auf die Anforderung für den Zustart des Verbrennungsmotors ein Zustart-Zeitpunkt prädiziert werden, an dem zumindest ein Teil der Gesamtleistung der elektrischen Maschine für den Startvorgang des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht. Dabei kann der Zustart-Zeitpunkt zeitlich nachgelagert zu dem Anforderungs-Zeitraum liegen.
Der Zustart-Zeitpunkt kann derart ermittelt werden, dass durch den Zustart des Verbrennungsmotors der Antrieb des Fahrzeugs möglichst wenig oder bevorzugt gar nicht beeinträchtigt wird. Es kann somit ein Zustart-Zeitpunkt prädiziert werden, an dem für den Antrieb des Fahrzeugs derart wenig Leistung von der elektrischen Maschine erbracht werden muss, dass der Antrieb des Fahrzeugs durch das Starten des Verbrennungsmotors nicht oder nur in reduziertem bzw. begrenztem Maße beeinträchtigt wird.
Der Hybridantrieb kann derart ausgebildet sein, dass die elektrische Maschine in zeitlich exklusiver Weise nur für den Antrieb oder nur für den Startvorgang des Verbrennungsmotors genutzt werden kann. In diesem Fall kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Zustart-Zeitpunkt zu prädizieren, an dem die elektrische Maschine nicht für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird.
Alternativ kann der Hybridantrieb derart ausgebildet sein, dass die elektrische Maschine von der insgesamt verfügbaren Gesamtleistung eine bestimmte Start- Leistung für den Startvorgang des Verbrennungsmotors und einen verbleibenden Rest der Gesamtleistung für den Antrieb des Fahrzeugs nutzen kann. Es kann somit zeitgleich ein Teil der Gesamtleistung für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors und ein verbleibender Teil der Gesamtleistung für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden. In diesem Fall kann die Steuereinheit eingerichtet sein, einen Zustart-Zeitpunkt zu prädizieren, an dem höchstens die Gesamtleistung minus der Start-Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs benötigt wird. Die Steuereinheit ist ferner eingerichtet, den Verbrennungsmotor an dem prädizierten Zustart-Zeitpunkt (ggf. allein) durch Betrieb der elektrischen Maschine zu starten. So kann ein komfortabler und zuverlässiger Betrieb eines Hybridantriebs ermöglicht werden, der eine elektrische Maschine umfasst, die sowohl für den Antrieb des Fahrzeugs als auch für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors genutzt wird.
Wie bereits oben dargelegt, kann die Anforderung für das Starten des Verbrennungsmotors auf Basis einer Betriebsstrategie des Hybridantriebs ermittelt werden. Die Betriebsstrategie kann z.B. ausgebildet sein, in Abhängigkeit von ein oder mehreren Zustandsparametern des Fahrzeugs und/oder des Hybridantriebs festzulegen, ob die elektrische Maschine allein für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird, ob sowohl die elektrische Maschine als auch der Verbrennungsmotor für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden, und/oder ob der Verbrennungsmotor gestoppt bzw. gestartet wird. Beispielhafte Zustandsparameter sind die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder der Ladezustands des elektrischen Energiespeichers zur Speicherung der elektrischen Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine.
Die Steuereinheit kann somit eingerichtet sein, Geschwindigkeitsinformation in Bezug auf die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs zu ermitteln, und/oder Ladezustandsinformation in Bezug auf den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine zu ermitteln. Die Geschwindigkeitsinformation und/oder die Ladezustandsinformation kann z.B. an dem bzw. für den Anforderungs-Zeitpunkt ermittelt werden. Es kann dann in besonders zuverlässiger Weise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsinformation und/oder der Ladezustandsinformation und unter Berücksichtigung der Betriebsstrategie bestimmt werden, dass der Verbrennungsmotor (an dem Anforderungs-Zeitpunkt) gestartet werden soll.
Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Fahrerwunsch in Bezug auf das von dem Fahrer des Fahrzeugs angeforderte Antriebsmoment zu ermitteln (z.B. an dem Anforderungs-Zeitpunkt). Der Fahrerwunsch kann z.B. auf Basis einer Auslenkung eines Fahrpedals und/oder auf Basis einer Auslenkung eines Bremspedals des Fahrzeugs ermittelt werden. Der Zustart-Zeitpunkt kann dann in besonders präziser Weise auf Basis des Fahrerwunsches prädiziert werden. Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinheit eingerichtet sein, Dynamikinformation in Bezug auf die Dynamik des Fahrverhaltens, insbesondere in Bezug auf die Dynamik des aktuellen Fahrverhaltens, des Fahrers des Fahrzeugs zu ermitteln. Die Dynamikinformation kann z.B. anzeigen, wie schnell und/oder wie häufig der Fahrer des Fahrzeugs Antriebsmomente anfordert und/oder wie hoch die jeweils von dem Fahrer angeforderten Antriebsmomente sind. Die Dynamikinformation kann für einen bestimmten Zeitraum (z.B. einem Zeitraum zwischen 2 und 5 Minuten) im Vorfeld zu dem (Anforderungs-) Zeitpunkt, an dem die Prädiktion des Zustart-Zeitpunkts erfolgt, ermittelt werden. Der Zustart-Zeitpunkt kann dann in besonders präziserWeise auf Basis der Dynamikinformation prädiziert werden.
Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, für eine Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten (ab dem Anforderungs-Zeitpunkte), jeweils einen ersten Prioritätswert dafür zu ermitteln, dass die elektrische Maschine für den Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird, und einen zweiten Prioritätswert dafür zu ermitteln, dass die elektrische Maschine für den Startvorgang des Verbrennungsmotors verwendet wird.
Der ersten Prioritätswert an einem bestimmten Zeitpunkt aus der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten kann dabei z.B. ermittelt werden: in Abhängigkeit von dem Fahrerwunsch in Bezug auf das von dem Fahrer des Fahrzeugs angeforderte Antriebsmoment (insbesondere von dem Fahrerwunsch an dem Anforderungs- Zeitpunkt); und/oder in Abhängigkeit von Dynamikinformation in Bezug auf die Dynamik des Fahrverhaltens des Fahrers des Fahrzeugs (insbesondere von der Dynamikinformation an dem Anforderungs-Zeitpunkt).
Der zweite Prioritätswert an einem bestimmten Zeitpunkt aus der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten kann z.B. ermittelt werden: in Abhängigkeit von der Zeitdauer, die seit dem (Anforderungs-) Zeitpunkt abgelaufen ist, an dem die Anforderung dahingehend detektiert wurde, dass der Verbrennungsmotor gestartet werden soll; und/oder in Abhängigkeit von Ladezustandsinformation in Bezug auf den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine (an dem bestimmten Zeitpunkt); und/oder in Abhängigkeit von einer Dringlichkeit der Anforderung für den Start des Verbrennungsmotors.
Der Zustart-Zeitpunkt kann dann in besonders präziser Weise in Abhängigkeit von den ersten Prioritätswerten und den zweiten Prioritätswerten an der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten ermittelt werden. Dabei kann der Zustart-Zeitpunkt insbesondere als ein Zeitpunkt aus der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten ausgewählt werden. Beispielsweise kann der Zeitpunkt als Zustart-Zeitpunkt ausgewählt werden, ab dem der zweite Prioritätswert größer als der erste Prioritätswert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene Steuereinheit und/oder den in diesem Dokument beschriebenen Hybridantrieb umfasst.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Computer-implementiertes) Verfahren zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs beschrieben. Der Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine, wobei der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine zur Bereitstellung eines Antriebsmoments des Fahrzeugs und zum Starten des Verbrennungsmotors genutzt wird. Das Verfahren umfasst das Prädizieren eines Zustart-Zeitpunkts, an dem zumindest ein Teil der insgesamt verfügbaren Gesamtleistung der elektrischen Maschine für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht. Außerdem umfasst das Verfahren das Starten des Verbrennungsmotors an dem prädizierten Zustart-Zeitpunkt durch Betrieb der elektrischen Maschine.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf einem Steuergerät eines Fahrzeugs) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
Figur 1 einen beispielhaften Parallel-Hybridantrieb mit Trennkupplung; und Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb der elektrischen Maschine eines Hybridantriebs.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem Betrieb der elektrischen Maschine eines Hybridantriebs. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Hybridantriebs für ein Fahrzeug 100. Ein Hybridantrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 101 und eine elektrische Maschine 102, die einzeln oder zusammen genutzt werden können, um ein Antriebsmoment für das Fahrzeug 100 zu generieren. Der Verbrennungsmotor 101 und die elektrische Maschine 102 können derart angeordnet sein, dass sich die durch den jeweiligen Antriebsmotor generierten Momente zu einem Gesamt-Antriebsmoment addieren, das z.B. über ein Getriebe 104, eine Abtriebswelle 108 des Getriebes 104 und ein Achsgetriebe 103 auf ein oder mehrere Räder 109 des Fahrzeugs 100 übertragen wird. Die elektrische Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine 102 kann in einem elektrischen Energiespeicher 110 gespeichert werden. Ferner kann der Hybridantrieb eine Trennkupplung 114 umfassen, die eingerichtet ist, den Verbrennungsmotor 101 von dem Antriebsstrang abzukoppeln (z.B. um den Verbrennungsmotor 101 zu stoppen). In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel ist die elektrische Maschine 102 zwischen Trennkupplung 114 und Getriebe 104 angeordnet. In einem alternativen Beispiel kann die elektrische Maschine 102 zwischen dem Getriebe 104 und der Abtriebswelle 108 angeordnet sein.
Das Fahrzeug 100 umfasst weiter eine Steuereinheit 111 (z.B. ein Motor-Steuergerät), die eingerichtet ist, ein angefordertes Gesamt-Antriebsmoment zu bestimmen. Das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment kann z.B. über ein Fahrpedal und/oder über eine Einstellung des Getriebes 104 von einem Fahrer des Fahrzeugs vorgegeben werden. Beispielsweise kann ein Fahrer das Fahrpedal betätigen, um ein erhöhtes Gesamt-Antriebsmoment anzufordern. Die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, das angeforderte Gesamt-Antriebsmoment in ein erstes Moment (für den Verbrennungsmotor 101) und in ein zweites Moment (für die elektrische Maschine 102) aufzuteilen. Mit anderen Worten, die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, den Verbrennungsmotor 101 und/oder die elektrische Maschine 102 in Abhängigkeit von einem angeforderten Gesamt-Antriebsmoment (d.h. in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch) zu betreiben.
Um einen rein elektrischen Betrieb zu ermöglichen, kann der Verbrennungsmotor 101 gestoppt werden. Der Verbrennungsmotor 101 kann dann bei Bedarf, z.B. weil der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 110 niedrig ist und/oder bei relativ hohen Fahrgeschwindigkeiten, gestartet werden. Der Zustart des Verbrennungsmotors
101 kann durch einen dedizierten Starter (nicht dargestellt) erfolgen. Zur Reduzierung des Bauraums, der Kosten und des Gewichts des Hybridantriebs kann alternativ auf den Verbau eines Starters verzichtet werden, und es kann die elektrische Maschine
102 dazu verwendet werden, den Startvorgang des Verbrennungsmotors 101 durchzuführen. Dies führt jedoch dazu, dass während des Startvorgangs die elektrische Maschine 102 eine bestimmte Start-Leistung für den Startvorgang bereitstellt, die dann nicht mehr für den Antrieb des Fahrzeugs 100 zur Verfügung steht. Die Start-Leistung kann z.B. ca. 20% der verfügbaren Gesamtleistung der elektrischen Maschine 102 entsprechen.
Während der Durchführung eines Startvorgangs sinkt somit die Antriebs-Leistung, die von der elektrischen Maschine 102 für den Antrieb des Fahrzeugs 100 bereitgestellt werden kann. Dies kann zu einer unkomfortablen Situation für den Fahrer des Fahrzeugs 100 führen, wenn es z.B. bei einem Beschleunigungsvorgang aufgrund des Startvorgangs des Verbrennungsmotors 101 zu einem plötzlichen Absinken des Antriebsmoments kommt.
Die Steuereinheit 111 kann eingerichtet sein, zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor 101 gestartet werden soll. Dies kann z.B. auf Basis einer Betriebsstrategie für den Hybridantrieb ermittelt werden. Die Betriebsstrategie kann z.B. ein Kennfeld umfassen, das in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 und/oder in Abhängigkeit von dem Ladezustand des Energiespeichers 110 anzeigt, ob der Verbrennungsmotor 101 betrieben werden soll oder nicht.
Des Weiteren kann die Steuereinheit 111 eingerichtet sein, in Reaktion auf die Anforderung für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors 101 einen Zustart- Zeitpunkt bzw. ein Zustart-Zeitintervall zu prädizieren, in dem der Leistungsbedarf der elektrischen Maschine 102 höchstens der Gesamtleistung minus der erforderlichen Start-Leistung für den Startvorgang entspricht. Der Startvorgang des Verbrennungsmotors 101 kann dann auf den prädizierten Zustart-Zeitpunkt bzw. auf das prädizierte Zustart-Zeitintervall verschoben werden. So kann zuverlässig bewirkt werden, dass der Betrieb des Fahrzeugs 100 nicht durch den Zustart des Verbrennungsmotors 101 beeinträchtigt wird.
Es kann somit ein Hybridantrieb bereitgestellt werden, bei dem kein eigenes Startsystem für den Verbrennungsmotor (VM) 101 vorhanden ist, und bei dem eine separate elektrische Maschine (EM) 102, insbesondere eine Traktions-EM, welche hauptsächlich für den Vortrieb genutzt wird, zusätzlich für das Starten des VM 101 verwendet wird.
Dadurch kann die Zustarteinheit für den VM 101 (und damit Kosten, Bauraum, Gewicht, und Komplexität) eingespart werden. Andererseits steht die EM 102 während des Zustarts zumindest teilweise oder vollständig nicht für den Vortrieb des Fahrzeugs 100 zur Verfügung, wodurch in manchen Fahrsituationen das Fahrverhalten des Fahrzeugs 100 beeinträchtigt werden kann.
Das o.g. Problem kann auch bei einem Hybridantrieb auftreten (wie in Fig. 1 dargestellt), bei denen der VM 101 über eine Kupplung 114 zugestartet werden kann. io
Das Zustarten des VM 101 kann dabei durch einen sogenannten Schleppstart bewirkt werden, beim die die Kupplung 114 geschlossen wird, so dass die Kurbelwelle des VM 101 durch die elektrische Maschine 102 angetrieben wird. In diesem Fall müsste für den Zustart ein Leistungsvorhalt für den Startvorgang vorgehalten werden, der dann nicht für den Antrieb des Fahrzeugs 100 zur Verfügung stehen würde.
Der Verzicht auf ein dediziertes Startsystem und/oder die Verwendung einer Traktions- EM 102 für einen Startvorgang ist insbesondere bei einem Hybridantrieb vorteilhaft, bei dem der VM 101 nicht zur Bereitstellung eines Antriebsmoments, sondern nur als Energie-Wandler verwendet wird. Bei einem solchen Hybridantrieb kann der Zustart des VM 101 flexibel verzögert werden, da die Leistung des VM 101 nicht direkt für den Vortrieb benötigt wird.
In diesem Dokument wird ein Verfahren beschrieben, das es ermöglicht, einen passenden Zustart-Zeitpunkt für den Zustart des VMs 101 zu ermitteln. Dabei können die Betriebsstrategie des Hybridantriebs und der Fahrerwunsch, insbesondere das von dem Fahrer angeforderte Antriebsmoments, berücksichtigt werden. Es kann eine Priorisierung erfolgen, welche bei Vorliegen eines Zustartwunsches der Betriebsstrategie auf Basis von ein oder mehreren Kriterien entscheidet, was zum jeweiligen Zeitpunkt wichtiger ist: der Start des VM 101 oder das Fahrverhalten des Fahrzeugs 100. Als Folge daraus kann der Zustart des VM 101 an einem (ggf. gegenüber dem Anforderungs-Zeitpunkt verzögerten) Zustart-Zeitpunkt ausgeführt werden, an dem der Zustart das VM 101 für das Fahrverhalten keine Relevanz hat. Zu diesem Zweck kann der Zustartwunsch der Betriebsstrategie solange verzögert bzw. unterdrückt werden, solange die EM 102 für den Vortrieb wichtiger als für den Zustart des VM 101 ist.
Es können zwei Prioritätswerte berechnet und miteinander verglichen werden. Insbesondere kann ein erster Prioritätswert Prio_Vortrieb dafür ermittelt werden, dass die EM 102 für den Vortrieb genutzt wird. Des Weiteren kann ein zweiter Prioritätswert Prio_Zustart dafür ermittelt werden, dass die EM 102 für den Zustart des VM 101 verwendet wird. Der Zustartwunsch der Betriebsstrategie kann solange unterdrückt werden, solange gilt Prio_Vortrieb > Prio_Zustart. Der Prioritätswert Prio_Vortrieb für den Vortrieb kann z.B. mittels der Summe Prio_Vortrieb = P_V_aktueller_Fahrerwunsch + P_V_Fahrerdynamik ermittelt werden, wobei P_V_aktueller_Fahrerwunsch ein Wert ist, der von dem aktuellen Fahrerwunsch abhängig ist. Fordert der Fahrer an einem bestimmten Zeitpunkt für einen Beschleunigungsvorgang z.B. mehr Vortrieb an, als die verbleibenden ein oder mehreren Momentenquellen bereitstellen können, ist der Einfluss des Fahrerwunsches auf den ersten Prioritätswert Prio_Vortrieb relativ groß. Andererseits ist davon auszugehen, dass der Beschleunigungsvorgang an einem bestimmten Zeitpunkt beendet sein wird, so dass das angeforderte Antriebsmoments sinken wird, und so dass an diesem vorausliegenden Zeitpunkt ein Zustart ohne Einfluss auf das Fahrverhalten durchgeführt werden kann.
Wenn der Fahrer des Fahrzeugs 100 in einem weiteren Beispiel ein Bremspedal betätigt, so ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass der Fahrer in unmittelbarer Zukunft ein maximal mögliches Antriebsmoments zur Beschleunigung anfordern wird, relativ gering. Des Weiteren ist (aufgrund von Lastschlagdämpfung) die Dauer bis zu der Bereitstellung des maximal möglichen Antriebsmoments typischerweise ausreichend, um vor Bereitstellung des Antriebsmoments den Zustart des VM 101 durchzuführen.
Der o.g. Prioritätswert P_V_Fahrerdynamik ist ein gewichteter Integrator der Fahrdynamik des Fahrzeugs 100 über einen vergangenen Zeitraum (z.B. einen Zeitraum von 5 Minuten). Mit anderen Worten zeigt der Prioritätswert P_V_Fahrerdynamik das aktuelle Fahrverhalten des Fahrers des Fahrzeugs 100 in Bezug auf die Dynamik des Fahrstils an. Bei einem relativ dynamischen Fahrverhalten steigt die Wahrscheinlichkeit dafür, dass kurzfristig ein relativ hohes Antriebsmoment angefordert wird, auch wenn aktuell ein relativ niedriges Antriebsmoment angefordert wird. In einem solchen Fall kann es somit vorteilhaft sein, den Zustart des VM 101 zu verzögern, um einen Zustart-Zeitpunkt abzuwarten, an dem sich die Fahrdynamik reduziert hat.
Der zweite Prioritätswert Prio_Zustart für den Zustart kann z.B. auf Basis der folgenden Summanden ermittelt werden:
Prio Zustart = P Z timer + P Z soc + P Z Notlauf wobei der Prioritätswert P_Z_timer ein Zähler ist, der an dem Anforderungs-Zeitpunkt des Zustartwunsches der Betriebsstrategie initialisiert (insbesondere auf Null gesetzt) wird, und dann mit der Zeit erhöht wird, um die steigende Dringlichkeit des Zustarts des VM 101 anzuzeigen. So kann gewährleistet werden, dass der Zustart des VM 101 nicht unbegrenzt verzögert wird. Ggf. erfolgt somit der Zustart an einem Zeitpunkt, an dem der Vortrieb des Fahrzeugs 100 beeinträchtigt wird, wenn sich über eine relativ lange Zeit kein geeigneter Zeitpunkt für den Zustart ergibt.
Der Prioritätswert P_Z_soc ist von dem Ladezustand des Energiespeichers 110 abhängig, und steigt typischerweise mit sinkendem Ladezustand (State of Charge, SOC) des Energiespeichers 110 an. So kann gewährleistet werden, dass der Ladezustand durch die Verzögerung des Zustarts nicht zu stark abfällt. Des Weiteren kann durch den Prioritätswert P_Z_Notlauf bewirkt werden, dass wenn ein Notlaufmanager den sofortigen Zustart des VM 101 anfordert (z.B., weil der Energiespeicher 110 schlagartig keine Leistung mehr zur Verfügung stellt), der sofortige Zustart des VM 101 durchgeführt wird.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs 100. Dabei umfasst der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor 101 und eine elektrische Maschine 102, wobei der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine 102 zur Bereitstellung eines Antriebsmoments des Fahrzeugs 100 (d.h. zum Antrieb des Fahrzeugs 100) und zum Starten des Verbrennungsmotors 101 genutzt wird. Insbesondere kann der Hybridantrieb derart ausgebildet sein, dass kein dedizierter Starter für das Starten des Verbrennungsmotors 101 vorliegt, sondern dass für das Starten des Verbrennungsmotors 101 die elektrische Maschine 102 genutzt werden muss. Das Verfahren 200 kann durch eine Steuereinheit 111 des Hybridantriebs bzw. des Fahrzeugs 100 ausgeführt werden.
Das Verfahren 200 umfasst das Prädizieren 201 eines Zustart-Zeitpunkts, an dem zumindest ein Teil der Gesamtleistung der elektrischen Maschine 102 für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors 101 zur Verfügung steht (und nicht für den Antrieb des Fahrzeugs 100 genutzt wird). Der Zustart-Zeitpunkt kann dabei in Abhängigkeit von dem Fahrverhalten des Fahrers des Fahrzeugs 100 und/oder in Abhängigkeit von dem aktuellen Fahrerwunsch in Bezug auf das Antriebsmoments prädiziert werden.
Des Weiteren umfasst das Verfahren 200 das Starten 202 des Verbrennungsmotors 101 an dem prädizierten Zustart-Zeitpunkt mittels der elektrischen Maschine 102. Der
Zustart des Verbrennungsmotors 101 erfolgt somit nicht unbedingt direkt an dem Anforderungs-Zeitpunkt, an dem der Zustartwunsch initiiert wird (z.B. durch die Betriebsstrategie des Hybridantriebs). Vielmehr kann der Zustart auf einen geeigneten Zustart-Zeitpunkt verschoben werden, insbesondere um die Auswirkungen des Zustarts auf den Antrieb und/oder auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs 100 zu reduzieren bzw. ganz zu vermeiden.
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahme kann auch bei einer gemeinsamen Verwendung einer elektrischen Maschine 102 für den Antrieb und für den Zustart des Verbrennungsmotors 101 ein komfortabler und zuverlässiger Betrieb eines Hybridantriebs ermöglicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims

Ansprüche
1) Steuereinheit (111) für einen Hybridantrieb eines Fahrzeugs (100); wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor (101) und eine elektrische Maschine (102) umfasst; wobei der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine (102) zur Bereitstellung eines Antriebsmoments des Fahrzeugs (100) und zum Starten des Verbrennungsmotors (101) genutzt wird; wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist,
- einen Zustart-Zeitpunkt zu prädizieren, an dem zumindest ein Teil einer Gesamtleistung der elektrischen Maschine (102) für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors (101) zur Verfügung steht; und
- den Verbrennungsmotor (101) an dem prädizierten Zustart-Zeitpunkt mittels der elektrischen Maschine (102) zu starten.
2) Steuereinheit (111) gemäß Anspruch 1 , wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist,
- auf Basis einer Betriebsstrategie des Hybridantriebs zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor (101) gestartet werden soll; und
- in Reaktion darauf einen Zustart-Zeitpunkt zu prädizieren, an dem zumindest ein Teil der Gesamtleistung der elektrischen Maschine (102) für den Startvorgang des Verbrennungsmotors (101) zur Verfügung steht.
3) Steuereinheit (111) gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist,
- Geschwindigkeitsinformation in Bezug auf eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; und/oder
- Ladezustandsinformation in Bezug auf einen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers (110) zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine (102) zu ermitteln; und
- in Abhängigkeit von der Geschwindigkeitsinformation und/oder der Ladezustandsinformation und unter Berücksichtigung der Betriebsstrategie zu bestimmen, dass der Verbrennungsmotor (101) gestartet werden soll. 4) Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist,
- einen Fahrerwunsch in Bezug auf ein von einem Fahrer des Fahrzeugs (100) angeforderter Antriebsmoment zu ermitteln; und
- den Zustart-Zeitpunkt auf Basis des Fahrerwunsches zu prädizieren.
5) Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist,
- Dynamikinformation in Bezug auf eine Dynamik eines Fahrverhaltens, insbesondere eines aktuellen Fahrverhaltens, eines Fahrers des Fahrzeugs (100) zu ermitteln; und
- den Zustart-Zeitpunkt auf Basis der Dynamikinformation zu prädizieren.
6) Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist,
- für eine Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten, jeweils einen ersten Prioritätswert dafür zu ermitteln, dass die elektrische Maschine (102) für den Antrieb des Fahrzeugs (100) verwendet wird, und einen zweiten Prioritätswert dafür zu ermitteln, dass die elektrische Maschine (102) für den Startvorgang des Verbrennungsmotors (101) verwendet wird; und
- den Zustart-Zeitpunkt in Abhängigkeit von den ersten Prioritätswerten und den zweiten Prioritätswerten an der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten zu ermitteln, insbesondere den Zustart-Zeitpunkt als einen Zeitpunkt aus der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten auszuwählen.
7) Steuereinheit (111) gemäß Anspruch 6, wobei die Steuereinheit (101) eingerichtet ist, den ersten Prioritätswert an einem Zeitpunkt aus der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten zu ermitteln,
- in Abhängigkeit von einem Fahrerwunsch in Bezug auf ein von einem Fahrer des Fahrzeugs (100) angefordertes Antriebsmoment; und/oder
- in Abhängigkeit von Dynamikinformation in Bezug auf eine Dynamik eines Fahrverhaltens des Fahrers des Fahrzeugs (100). 8) Steuereinheit (111) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 7, wobei die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, den zweiten Prioritätswert an einem Zeitpunkt aus der Sequenz von vorausliegenden Zeitpunkten zu ermitteln,
- in Abhängigkeit von einer Zeitdauer, die seit einem Zeitpunkt abgelaufen ist, an dem eine Anforderung dahingehend detektiert wurde, dass der Verbrennungsmotor (101) gestartet werden soll; und/oder
- in Abhängigkeit von Ladezustandsinformation in Bezug auf einen Ladezustand eines elektrischen Energiespeichers (110) zur Speicherung von elektrischer Energie für den Betrieb der elektrischen Maschine (102); und/oder
- in Abhängigkeit von einer Dringlichkeit der Anforderung für den Start des Verbrennungsmotors (101).
9) Steuereinheit (111) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine (102) in zeitlich exklusiver Weise nur für den Antrieb oder nur für den Startvorgang des Verbrennungsmotors (101) genutzt werden kann; und
- die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, einen Zustart- Zeitpunkt zu prädizieren, an dem die elektrische Maschine (102) nicht für den Antrieb des Fahrzeugs (100) benötigt wird; oder
- der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine (102) von der insgesamt verfügbaren Gesamtleistung eine Start-Leistung für den Startvorgang des Verbrennungsmotors (101) und einen verbleibenden Rest der Gesamtleistung für den Antrieb des Fahrzeugs (100) nutzen kann; und
- die Steuereinheit (111) eingerichtet ist, einen Zustart- Zeitpunkt zu prädizieren, an dem höchstens die Gesamtleistung minus der Start-Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs (100) benötigt wird.
10) Verfahren (200) zum Betrieb eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs (100); wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor (101) und eine elektrische Maschine (102) umfasst; wobei der Hybridantrieb derart ausgebildet ist, dass die elektrische Maschine (102) zur Bereitstellung eines Antriebsmoments des Fahrzeugs (100) und zum Starten des Verbrennungsmotors (101) genutzt wird; wobei das Verfahren (200) umfasst,
- Prädizieren (201) eines Zustart-Zeitpunkts, an dem zumindest ein Teil einer Gesamtleistung der elektrischen Maschine (102) für einen Startvorgang des Verbrennungsmotors (101) zur Verfügung steht; und
- Starten (202) des Verbrennungsmotors (101) an dem prädizierten Zustart- Zeitpunkt mittels der elektrischen Maschine (102).
PCT/EP2020/071895 2019-09-17 2020-08-04 Steuereinheit und verfahren zum betrieb einer elektrischen maschine eines hybridantriebs WO2021052671A1 (de)

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