DE102004025830A1

DE102004025830A1 - Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs

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Publication number: DE102004025830A1
Application number: DE102004025830A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. Zillmer; Matthias Dipl.-Ing. Holz; Ekkehard Dr.-Ing. Pott; David Dipl.-Ing. Prochazka
Original assignee: Skoda Auto AS; Volkswagen AG
Current assignee: Skoda Auto AS; Volkswagen AG
Priority date: 2004-05-24
Filing date: 2004-05-24
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: US7967397B2; WO2005115784A1; WO2005115784A8; US20070216221A1; CN1956860B; CN1956860A; DE102004025830B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, wobei mindestens eine Elektromaschine in einem Generatormodus Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Leistung umwandelt und dem Fahrzeug ein generatorisches Bremsmoment M_G oder eine entsprechende Bremsleistung P_G zur Verfügung stellen kann, ist vorgesehen, dass bei einer Bremsanforderung mit einem Sollwert M_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug ein Gesamtbremsmoment M gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt wird:
M_Soll = M_G, falls M_Soll ≦ M_Schwell
M_Soll = M_G + M_F, falls M_Soll > M_Schwell
und dass zum Zeitpunkt t₁ für das Bremsmoment M_G ein Wert M_Offset > 0 gewählt wird, wobei M_F > 0 ein von einer Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestelltes Bremsmoment ist, oder dass bei einer Bremsanforderung mit einem Sollwert P_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug eine Gesamtbremsleistung P gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt wird:
P_Soll = P_G, falls P_Soll ≦ P_Schwell
P_Soll = P_G + P_F, falls P_Soll > P_Schwell
und dass zum Zeitpunkt T₁ für die Bremsleistung P_G ein Wert P_Offset > 0 gewählt wird, wobei P_F > 0 eine von einer Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestellte Bremsleistung ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
Bei Hybridfahrzeugen werden zwei Antriebseinheiten miteinander kombiniert, die auf unterschiedliche Art Leistung für den Fahrzeugantrieb bereitstellen. Besonders gut ergänzen sich die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine, weshalb Hybridfahrzeuge heute überwiegend mit einer solchen Kombination ausgestattet sind. Bei seriellen Hybridkonzepten erfolgt der Antrieb grundsätzlich über die Elektromaschine, während der Verbrennungsmotor über einen Generator den elektrischen Strom für die Aufladung des Energiespeichers bzw. direkt für die Speisung der Elektromaschine erzeugt. Allerdings werden heute parallele Hybridkonzepte bevorzugt, bei denen der Fahrzeugantrieb sowohl mit dem Verbrennungsmotor als auch mit der Elektromaschine dargestellt ist.
Bei parallelen Hybridkonzepten besteht die Möglichkeit, in den verschiedenen Betriebszuständen eines Kraftfahrzeugs jeweils die Antriebsquelle zu verwenden, die im gegebenen Drehzahl-Last-Bereich den besseren Wirkungsgrad aufweist. Die Elektromaschine kann auf verschiedene Art an den Antriebsstrang bzw. die Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors angebunden sein. Bevorzugte Möglichkeiten sind eine Anbindung über eine Kupplung oder direkt an die Kurbelwelle des Motors. Eine andere Möglichkeit der Anbindung besteht über eine Ankopplung durch einen Riemenantrieb oder ein Getriebe.
Der Betrieb eines Hybridfahrzeugs kann mit der Elektromaschine beispielsweise in Betriebszuständen mit nur geringen Lastanforderungen erfolgen, bei denen ein Verbrennungsmotor nur geringe Wirkungsgrade aufweist. Betriebszustände mit höheren Lastanforderungen können genutzt werden, um durch den Verbrennungsmotor mit einem relativ breiten Wirkungsgradbereich durch zusätzlichen generatorischen Betrieb der Elektromaschine elektrische Energiespeicher wieder zu laden. Aus den elektrischen Energiespeichern wird die Elektromaschine im motorischen Betrieb gespeist. Darüber hinaus kann auch eine parallele Momentenabgabe von Verbrennungsmotor und Elektromaschine erfolgen, um beispielsweise das maximale Drehmoment des gesamten Antriebs zu steigern.
Idealerweise wird zumindest ein Teil der für den Vortrieb des Fahrzeugs aufzubringenden Energie sowie die für die Versorgung des elektrischen Bordnetzes benötigte Energie aus vorgelagerten Rekuperationsvorgängen gewonnen. Wie an sich bereits bekannt ist, werden hierfür Verzögerungsphasen des Fahrzeugs zur Energierückgewinnung ausgenutzt, indem die erforderliche Bremsleistung des Fahrzeugs zu einem möglichst großen Anteil über einen generatorischen Antrieb der Elektromaschine aufgebracht wird, um die Energiespeicher wieder zu laden. Da diese Energie andernfalls als Verlustenergie in der Bremsanlage des Fahrzeugs in Wärme umgewandelt wird, liegt hierin ein großes Potential für einen verbrauchsoptimierten Fahrzeugbetrieb.
Aus der DE 199 47 922 A1 ist bereits ein Verfahren zum rekuperativen Betreiben eines Hybridfahrzeugs bekannt, bei dem eine Elektromaschine im Motorbetrieb und/oder im Generatorbetrieb betrieben wird. Im Generatorbetrieb wird kinetische Fahrzeugenergie von der Elektromaschine in elektrische Leistung umgewandelt und in eine Energiespeichereinheit gespeichert. Dabei wird in einem Zyklus zuerst überprüft, ob eine Antriebsanforderung oder eine Bremsanforderung für das Fahrzeug vorliegt; bei erfolgter Antriebsanforderung wird überprüft, ob eine Entnahme von Energie aus der Energiespeichereinheit unter Berücksichtigung von Schwellwerten zulässig ist. Bei zulässiger Entnahme wird dort Energie entnommen und zum Antrieb des Fahrzeugs bereitgestellt. Bei nichtzulässiger Entnahme wird Energie nur vom Hauptantrieb zur Verfügung gestellt. Wenn keine Antriebsanforderung erfolgt ist, wird überprüft, ob eine Bremsanforderung vorliegt. Bei vorliegender Bremsanforderung wird überprüft, ob eine Zufuhr von Energie in die Energiespeichereinheit unter Berücksichtigung von Schwellwerten zulässig ist. Bei zulässiger Zufuhr wird Energie dort zugeführt und so kinetische Energie des Fahrzeugs in der Energiespeichereinheit gespeichert. Bei nichtzulässiger Zufuhr wird Energie in eine Energieabführeinheit abgegeben und anschließend der Zyklus wiederholt. Wird im ersten Zyklus festgestellt, dass keine Antriebsanforderung vorliegt, indem zum Beispiel das Fahrpedal nicht betätigt wurde, dann wird überprüft, ob eine Bremsanforderung vorliegt, indem etwa das Bremspedal betätigt wurde. Falls das Bremspedal betätigt wurde und eine Zufuhr von Energie in den Energiespeicher zulässig ist, wird Energie der Energiespeichereinheit zugeführt und dort gespeichert.
Aus dem Stand der Technik ist ferner bereits bekannt, bei einer Bremsanforderung des Fahrers das gesamte Bremsmoment, beginnend bei einer Bremspedalposition Null, aufgeteilt in einen Anteil, der über eine konventionelle Fahrzeugbremse aufgebracht wird, und einen Anteil, der über den generatorischen Betrieb der Elektromaschine erzeugt wird, dem Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. Bei einer derartigen Rekuperationsstrategie wird stets ein Teil der Verzögerungsenergie des Fahrzeugs nutzlos durch die Fahrzeugbremse in Wärme umgewandelt. Ferner ist aus dem Stand der Technik ein demgegenüber verbessertes Verfahren bekannt, bei dem ein erster Bereich mit geringen Bremsmomentanforderungen zunächst nur über einen generatorischen Betrieb der Elektromaschine abgedeckt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass ein Leerweg des Bremspedals ausgenutzt wird, um schon ein geringes generatorisches Moment der Elektromaschine aufzubringen. Erst bei Überschreiten einer Schwelle wird die Fahrzeugbremse aktiviert, so dass im Vergleich zum vorhergehend geschilderten Verfahren bereits ein höheres Rekuperationspotential erschlossen wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, dass auf wenig aufwändige Weise kostengünstig ein gegenüber dem Stand der Technik höheres Rekuperationspotential erschließen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß wird zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine bei einer Bremsanforderung mit einem Sollwert M_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug ein Gesamtbremsmoment M gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt: M = MG, falls MSoll ≤ MSchwell M = MG + MF, falls MSoll > MSchwell wobei zum Zeitpunkt t₁ für das Bremsmoment M_G ein Wert M_Offset > 0 gewählt wird und M_F > 0 ein von einer Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestelltes Bremsmoment ist.
Hierbei wandelt die Elektromaschine in einem Generatormodus Bewegungsenergie des Fahrzeugs in eine elektrische Leistung um und stellt dem Fahrzeug ein generatorisches Bremsmoment M_G bzw. eine Bremsleistung P_G zur Verfügung. Alternativ in dem Generatormodus kann auch eine entsprechende Bremsleistung P_G dem Fahrzeug von der Elektromaschine zur Verfügung gestellt werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einer Bremsanforderung mit einem Sollwert P_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug eine Gesamtbremsleistung P gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt wird: PSoll = PG, falls PSoll ≤ PSchwell PSoll = PG + PF, falls PSoll > PSchwell wobei zum Zeitpunkt t₁ für die Bremsleistung P_G ein Wert P_Offset > 0 gewählt wird und P_F > 0 eine von einer Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestellte Bremsleistung ist.
Im folgenden wird der Bremsvorgang vornehmlich mittels des Terminus Bremsmoment beschrieben; es versteht sich jedoch, dass eine Beschreibung mittels des Terminus Bremsleistung in gleicher Weise möglich ist und dass die Erfindung auch ein Verfahren umfasst, bei dem der Bremsvorgang mittels des Terminus Bremsleistung beschrieben wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dem Fahrzeug ein gegenüber dem Stand der Technik bei gegebenem Bremsmoment M höheres generatorisches Bremsmoment und ein entsprechend geringeres Bremsmoment von der Fahrzeugbremse zur Verfügung gestellt. Daraus folgt, dass während der Fahrzeugverzögerung ein deutlich größerer Energieanteil rekuperiert werden kann als bei den herkömmlichen Verfahren, da alle Verzögerungs- bzw. Bremsvorgänge, die ein Bremsmoment kleiner dem Schwellwert erfordern, vollständig über den Generatormodus der Elektromaschine stattfinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Bremsanforderung in Abhängigkeit von einer Antriebsanforderung, vorzugsweise vorgegeben durch eine Position und/oder Geschwindigkeit eines Fahrpedals, da hiermit ein zeitlicher Gewinn gegenüber einer Bremsanforderung erreicht werden kann, der primär von einer Position und/oder Geschwindigkeit eines Bremspedals abhängt. Ferner kann damit besonders einfach ein negativer Einfluss auf das Fahrverhalten durch das aufgeprägte Offset-Bremsmoment vermieden werden. Besonders bevorzugt erfolgt die Bremsanforderung bei einem vorgegebenen Entlastungswert des Fahrpedals, da bei einer Entlastung des Fahrpedals ohnehin ein rascher Wechsel zu einer verringerten Vortriebsbewegung des Fahrzeugs wahrscheinlich ist.
Zweckmäßig ist es, wenn die Bremsanforderung zusätzlich oder alternativ in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Position und/oder Geschwindigkeit eines Bremspedals erfolgt.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt eine Aufschaltung des Bremsmoments M_G gemäß einer vorgegebenen Aufschaltungsfunktion auf den Wert M_Offset innerhalb eines Zeitintervalls t₁ plus Delta t mit Delta t in einem Bereich zwischen 2 Sekunden und 0,01 Sekunden, vorzugsweise einem Wert 2 s, 1 s, 500 ms oder 100 ms. Ferner ist vorgesehen, eine Filterung des Bremsmoments M_G zur Unterdrückung von Bremsmomentschwankungen gemäß einer vorgegebenen Filterfunktion innerhalb eines vorgegebenen Intervalls t₁ und t_f vorzunehmen. Mit diesen Weiterbildungen ist eine erhöhte mechanische Stabilität während der Fahrverzögerung und ein verbesserter Fahrkomfort zu erreichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Bremsmoment M_Offset in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs, vorzugsweise von zumindest einem der Parameter Fahrzeuggeschwindigkeit v_fzg, Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors n_Mot, Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle n_G, eingelegter Gang einer Getriebegangschaltung n_Gang oder Öffnungszustand einer Kupplungseinrichtung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe gewählt wird, um einen akzeptablen Fahrkomfort zu gewährleisten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bremsmoment M_G in einer Schaltpause t_s bei einem Hochschaltvorgang der Getriebegangschaltung bei einer vollständig oder teilweise geöffneten Kupplungsvorrichtung dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt, um damit die bei einer Drehzahlsynchronisation ansonsten anfallende Verlustenergie zu vermeiden oder zu vermindern.
Besonders bevorzugt ist es, wenn eine dem Bremsmoment M_G entsprechende elektrische Leistung zumindest teilweise einer elektrischen Speichervorrichtung zur Verfügung gestellt wird.
Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung werden auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in Patentansprüchen im folgenden anhand einer Beschreibung zusammen mit Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung wesentlicher Komponenten eines Hybridantriebs
2 verschiedene Möglichkeiten einer Bremsmomentenaufteilung
3 zwei Diagramme von Fahrzeuggeschwindigkeit, generatorischem Bremsmoment und Fahrzeugbremsen-Bremsmoment bei einer Schubrekuperation.
In 1 sind in schematischer Darstellung wesentliche Komponenten eines Hybridantriebs für ein ansonsten nicht dargestelltes Hybridfahrzeug gezeigt. Ein Verbrennungsmotor 10 und eine Elektromaschine 20 sind über eine Kupplung 40 mit einem Getriebe 30 gekoppelt, das mit zumindest einem in 1 nicht dargestellten Rad des Hybridfahrzeugs gekoppelt ist. Die Elektromaschine 20 ist mit einer elektrischen Energiespeichereinrichtung 50, beispielsweise einer aufladbaren Batterie oder dergleichen, elektrisch gekoppelt. Optional erfolgt die Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und der Elektromaschine 20 ebenfalls über eine Kupplung 60. Alternativ, falls keine Kupplung zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und der Elektromaschine 20 verbaut ist, liegen diese auf einer gemeinsamen Welle. Das Hybridfahrzeug verfügt ferner über eine Bremsanlage mit einer konventionellen, vorzugsweise hydraulischen Fahrzeugbremse. Ein nicht dargestelltes Motorsteuergerät empfängt von nicht dargestellten Steuersensoren, insbesondere einem Fahrpedalmodul und einem Bremspedalmodul, Steuersignale sowie weitere Werte von Betriebsparametern des Hybridfahrzeugs.
Bei dem Hybridfahrzeug kann es sich um ein mildes Hybridfahrzeug mit einer elektrischen Leistung von 7 bis 20 KW handeln, bei dem die Elektromaschine 20 hauptsächlich zum Starten des Verbrennungsmotors 10, für generatorischen Betrieb bzw. Rekuperation und für zusätzliches Drehmoment eingesetzt wird. In einer anderen Ausführungsform kann es sich bei dem Hybridfahrzeug um ein Full-Hybridmodell mit einer Leistung zwischen 25 und 50 KW und zeitweise vollständigem Fahrzeug-Antrieb durch die Elektromaschine 20 handeln.
Der motorische Betrieb mit der Elektromaschine 20 kann beispielsweise in Betriebsbereichen mit nur geringen Lastanforderungen vorgesehen sein, in denen der Verbrennungsmotor 10 nur geringe Wirkungsgrade aufweist. Betriebsbereiche mit höheren Lastanforderungen werden genutzt, um durch den Verbrennungsmotor 10 mit einem relativ hohen Wirkungsgrad durch zusätzlichen generatorischen Betrieb der Elektromaschine 10 die elektrische Energiespeichereinrichtung 50 wieder zu laden. Im motorischen Betrieb der Elektromaschine 20 wird diese durch die elektrischen Energiespeicher 50 gespeist. Ferner kann eine parallele Momentenabgabe von Verbrennungsmotor 10 und Elektromaschine 20 erfolgen, vorzugsweise, um das maximale Drehmoment des gesamten Antriebs zu steigern.
Das Motorsteuergerät beinhaltet, wie an sich bekannt, einige oder mehrere Mikroprozessoren, Datenspeicher und Schnittstellen sowie eine Einrichtung, mittels der in Abhängigkeit von den Steuersignalen der Sensoren das Gesamtdrehmoment bestimmt wird, welches von dem Verbrennungsmotor 10 und der Elektromaschine 20 geliefert und zumindest teilweise dem Getriebe 30 zur Verfügung gestellt wird. Die Kopplung zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und der Elektromaschine 20 ermöglicht vorzugsweise sowohl eine negative als auch positive Drehmomentübertragung zwischen diesen beiden Komponenten.
Bevorzugt wird zumindest ein Teil der für den Vortrieb des Hybridfahrzeugs aufzubringenden Energie sowie für die Versorgung des elektrischen Bordnetzes benötigte Energie aus zeitlich vorgelagerten Rekuperationsvorgängen gewonnen. Hierbei werden Verzögerungsphasen des Fahrzeugs zur Energierückgewinnung genutzt, wobei die erforderliche Bremsleistung des Fahrzeugs zu einem möglichst großen Anteil über einen generatorischen Betrieb (Generatormodus) der Elektromaschine 10 zur Aufladung der Energiespeichereinrichtung 50 aufgebracht wird. Da diese Energie ansonsten als Verlustenergie in der Bremsanlage des Fahrzeugs in Wärme umgewandelt wird, liegt darin ein großes Potential für einen verbrauchsoptimalen Fahrzeugbetrieb. Ideal wäre hierfür der Einsatz einer variablen Bremsanlage, die die Bremskraft derart aufteilt, dass ein maximaler Anteil über den generatorischen Betrieb der Elektromaschine 10 aufgebracht wird und erst bei Überschreiten eines maximalen Bremsmoments eine konventionelle Fahrzeugbremse aktiviert wird. Hierfür erforderliche elektrisch-mechanische oder elektrisch-hydraulische Bremsanlagen sind sehr aufwändig und teuer. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine effiziente Adaption des Rekuperations-Konzeptes an konventionelle, vorzugsweise hydraulische Bremsanlagen.
Zur Vereinfachung wird im folgenden der Bremsvorgang mittels des Terminus des Bremsmoments beschrieben, wobei es sich versteht, dass in äquivalenter Weise auch eine Beschreibung mittels des Terminus der Bremsleistung möglich ist. Im Betrieb des Fahrzeugs kann beispielsweise eine Umrechnung von Bremsmomenten in Bremsleistungen mittels im Motorsteuergerät abgelegter Kennlinienfelder erfolgen.
Erfindungsgemäß wird bei einer Bremsanforderung mit einem Soll-Wert M_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug ein Gesamtbremsmoment M gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt: MSoll = MG, falls MSoll ≤ MSchwell MSoll = MG + MF, falls MSoll > MSchwell wobei zum Zeitpunkt t₁ für das Bremsmoment M_G ein Wert M_Offset > 0 gewählt wird und M_F > 0 ein von der Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestelltes Bremsmoment ist.
Das dem Fahrzeug zur Verfügung gestellte Bremsmoment MG wird in der Konfiguration der 1 über die Kupplung 40 auf eine nicht dargestellte Antriebswelle aufgebracht. Wie an sich bekannt, wird die dabei entstehende elektrische Energie der elektrischen Speichervorrichtung 50 zur Verfügung gestellt. Es versteht sich, dass das erfindungsgemäße Verfahren in an sich bekannte Bremsmangement-Konzepte, vorzugsweise ABS, ASR, Bremsassistent oder dergleichen, kombiniert werden kann. Entsprechende Regelstrukturen sind vorzugsweise in dem Motorsteuergerät und/oder dem Bremssteuergerät implementiert.
Bevorzugt erfolgt die Bremsanforderung in Abhängigkeit von einer Antriebsforderung. Vorzugsweise wird die Antriebsanforderung übertragen durch eine Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit eines Fahrpedals, welche vorzugsweise von einem Fahrpedalmodul erfasst wird. Wie üblich legt der Fahrer des Fahrzeugs zu einem Zeitpunkt t₁ eine Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrpedals fest. Nimmt der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal, wird erfindungsgemäß ein Sollwert M_Soll einer Bremsanforderung bestimmt, wobei die Elektromaschine 10 in einem Generatormodus dem Fahrzeug das generatorische Bremsmoment M_G zur Verfügung stellt, falls M_Soll <= M_Schwell ist. Ferner ist erfindungsgemäß zu dem Zeitpunkt t₁ das Gesamtbremsmoment M ausschließlich durch den Wert M_G gegeben, wobei M_G einen Wert M_Offset > 0 aufweist. Falls M_Soll < M_Schwell ist, wird von der Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zusätzlich ein Bremsmoment M_F > 0 zur Verfügung gestellt. Der Sollwert M_Soll ist vorzugsweise durch einen Wert M_max begrenzt, um die Überschreitung vorgegebener physikalischer Grenzen, zum Beispiel Temperaturen der Bremsanlage, zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Bremsanforderung abhängig von einer vorgegebenen Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Bremspedals.
Besonders bevorzugt ist es, wenn bei einer Bremspedalposition 0 bereits ein generatorisches Moment M_Offset dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird. Zur Illustration dieser Ausführungsform ist in 2 ein Gesamtbremsmoment M in Abhängigkeit von einer Bremspedalposition PW dargestellt, wobei ein maximales Bremsmoment mit M_max bezeichnet ist. Bei einer Bremspedalposition = 0 ist bereits ein Offsetwert M_Offset aufgeprägt. Bis zum Erreichen eines Schwellwerts S2 gilt: M = MG.
Bei der Pedalposition PW1, die einem Sollwert M_Soll entspricht, liegt erfindungsgemäß ein Rekuperationspotential RK vor. Das Rekuperationspotential RK ist bei der Bremspedalposition PW1 geringer als das Gesamtmoment M, da bei der Position PW1 der Schwellenwert S2 bereits überschritten ist. Es versteht sich, dass in einer besonders einfachen Ausführungsform der Schwellenwert S2 unabhängig von der Pedalposition PW sein kann.
Zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Momentenaufteilung sind in 2 auch noch zwei Varianten der Rekuperationsstrategie, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, dargestellt. Bei der mit M₁ bezeichneten Variante wird bei einer Bremsanforderung des Fahrers, beginnend ab der Bremspedalposition 0, das Gesamtbremsmoment M aufgeteilt in einen Anteil, der durch den generatorischen Betrieb der Elektromaschine erzeugt wird, M₁, und einen Anteil, der durch die konventionelle Fahrzeugbremse aufgebracht wird. Die Summe beider Bremsmomente ergibt das Gesamtbremsmoment M'. Bei einer Pedalposition PW2 wird ein Rekuperationspotential RK1 erschlossen. Mit M₂ ist eine zweite Variante bezeichnet, wobei hier ein erster Bereich mit einer geringen Bremsanforderung zunächst nur über den generatorischen Betrieb der Elektromaschine abgedeckt wird. Hierzu kann beispielsweise ein Leerweg des Bremspedals ausgenutzt werden, bei dem bereits ein geringes generatorisches Moment der Elektromaschine aufgebracht wird. Erst bei Überschreiten der Schwelle S1 wird die Fahrzeugbremse aktiviert. Bei einer Bremspedalposition PW2 wird von dem durch die Kurve M' gegebenen Gesamtbremsmoment ein größeres Rekuperationspotential RK2 als bei der ersten Variante erschlossen. Aus der Darstellung ist ferner ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein noch höheres Rekuperationspotential als bei der zweiten Variante erreichbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren birgt mit der Aufbringung eines Bremsmomentoffsets zum Zeitpunkt t₁ die Gefahr von spürbar negativen Einflüssen auf das Fahrverhalten in sich. Zur Vermeidung von derartigen Einflüssen wird im folgenden auf bevorzugte Möglichkeiten zur Aufschaltung des Bremsmoments M_G eingegangen. Zunächst ist festzustellen, dass bei einer Bremsanforderung in Abhängigkeit von einer Antriebsforderung, insbesondere einem vorgegebenen Entlastungswert des Fahrpedals, der Fahrer ohnehin einen raschen Wechsel zu einer reduzierten Vortriebskraft des Fahrzeugs erwartet. Zur Verminderung von zu starkem Rucken bzw. induzierten Schwingungen im Antriebsstrang ist ferner vorgesehen, dass die Aufschaltung des Bremsmoments M_G gemäß einer vorgegebenen Aufschaltungsfunktion von einem Anfangswert M_Offset auf einen Wert M^O innerhalb eines Zeitintervalls t₁ plus Delta t mit Delta t in einem Bereich zwischen 2s und 0,01s erfolgt. Bevorzugt ist, wenn Delta t einen Wert von 2s, 1s, 500ms oder 100ms hat. Bevorzugt ist eine Aufschaltungsfunktion mit einem rampenartigen Anstieg in Abhängigkeit von der Zeit. Ferner kann das Bremsmoment M_G gemäß einer vorgegebenen Filterfunktion zur Unterdrückung von Bremsmomentschwankungen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls t₁ plus t_f gefiltert werden. t_f liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 2s und 0,01 s und hat vorzugsweise einen Wert von 2s, 1s, 500ms oder 100ms. Ferner kann der Offsetwert M_Offset für ein Zeitintervall von maximal 2s, maximal 5s, maximal 10s, maximal 30s und bevorzugt maximal 60s aufgeprägt und anschließend vorzugsweise wieder abgesteuert werden.
Die Höhe des aufzuprägenden Offset-Wertes M_Offset wird vorzugsweise abhängig von dem Betriebszustand des Fahrzeugs vorgegeben, damit ein akzeptabler Fahrkomfort gewährleistet ist. Vorzugsweise wird der Offset-Wert M_Offset in Abhängigkeit von zumindest einem der Parameter Fahrzeuggeschwindigkeit V_FZG, Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungmotors n_Mot, eingelegter Gang einer Getriebegangschaltung n_Gang oder Öffnungszustand einer Kupplungseinrichtung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe, einer Motortemperatur, insbesondere Kühlmittel- und/oder Öltemperatur, einem Ladungszustand SOC (State of Charge) der elektrischen Energiespeichereinrichtung, der Differenz zwischen einem Sollwert und dem tatsächlichen Ladungszustand der Energiespeichereinrichtung oder dem Wert einer Fahrzeugverzögerung gewählt. Bevorzugt werden bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten mit hohen Fahrwiderständen und/oder hohen Motordrehzahlen n_Mot mit hohen Motorschleppmomenten relativ höhere Werfe von M_Offset vorgegeben. Entsprechend ist es bevorzugt, bei niedrigen Werten der Fahrzeuggeschwindigkeit V_FZG und/oder der Motordrehzahl n_Mot geringere Werte M_Offset einzustellen. Durch ein höheres Übersetzungsverhältnis bei niedrigen Getriebegängen sind tendenziell in diesem Fall nur geringere Werte von M_Offset zulässig. Es versteht sich, dass gleiche Ausgestaltungen auch für den Wert M⁰ gelten. Ferner kann der Wert des generatorischen Bremsmoments M_G generell in Abhängigkeit zumindest von den erwähnten Parametern gewählt werden. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass in Abhängigkeit von der Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit des Fahrpedals und/oder des Bremspedals der Wert von M_G sowie M_Offset und/oder M⁰ gewählt werden kann.
In 3 ist eine weitere bevorzugte Vorgehensweise für die erfindungsgemäße Aufschaltung eines generatorischen Bremsmoments in Abhängigkeit von der Zeit veranschaulicht, wobei zum Vergleich gestrichelte Kurven ein konventionelles Verfahren illustrieren. Hierbei wird davon ausgegangen, dass zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor keine Kupplung verbaut ist bzw. bei verbauter Kupplung diese nicht geöffnet ist. Neben M_G sind ferner die Fahrzeuggeschwindigkeit V_FZG und ein Fahrzeugbremsen-Bremsmoment M jeweils in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Gemäß der 3 findet aus einem Fahrbetrieb mit konstanter Fahrgeschwindigkeit eine Fahrzeugverzögerung bis zum Stillstand zum Zeitpunkt t₃ statt.
Zum Zeitpunkt t₂ betätigt der Fahrer das Bremspedal und verzögert das Fahrzeug nachfolgend bis zum Stillstand zum Zeitpunkt t₃. Im herkömmlichen Fall wird dabei ein entsprechendes generatorisches Bremsmoment aufgebracht. Vorliegend ist dargestellt, dass dabei nach Überschreitung einer Schwelle S1 eine Bremsmomentenaufteilung zwischen der Elektromaschine und der Fahrzeugbremse vorgenommen wird. Wie an sich bekannt ist, wird kurz vor Erreichen des Fahrzeugstillstandes das generatorische Bremsmoment abgesteuert. Anschließend erfolgt eine Verzögerung nur noch über die Fahrzeugbremse. Hierbei wird zweckmäßigerweise berücksichtigt, dass bei Unterschreitung der minimal zulässigen Drehzahl des Verbrennungsmotors ein Auskuppelvorgang erforderlich ist.
Erfindungsgemäß wird bereits zum Zeitpunkt t₁, zu dem der Fahrer den Fuß vom Fahrpedal nimmt, also eine Entlastung des Fahrpedals stattfindet, ein generatorisches Bremsmoment M_G mit einem Offset-Wert aufgeprägt. Zum Zeitpunkt t₂, d.h. zu dem Zeitpunkt, zu dem der Fahrer das Bremspedal betätigt, ist ein höheres generatorisches Bremsmoment M_G aufgebracht und dementsprechend das durch die Fahrzeugbremse aufzubringende Bremsmoment M_F kleiner als bei den herkömmlichen Verfahren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein generatorisches Bremsmoment M_G bei einer Entlastung des Fahrpedals auch in einer Schaltpause bei einem Hochschaltvorgang einer Getriebegangschaltung bei einer vollständig oder teilweise geöffneten Kupplungsvorrichtung aufgebracht. Hierbei wird ausgenutzt, dass die Motordrehzahl bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors n_Mot für einen Anschluss von einem niedrigeren Gang auf einen höheren Gang zunächst ohnehin verringert werden muss. Gemäß dieser bevorzugten Weiterbildung kann die ansonsten bei einer Drehzahlsynchronisation zum Beispiel in einer Kupplung erzeugte Verlustenergie zu einem großen Teil vermieden werden. Bevorzugt wird das generatorische Bremsmoment derart gesteuert, dass bei einem Kraftschluss zu einem höheren Gang eine nahezu gleiche Drehzahl von Motorkurbelwelle und Getriebe-Eingangswelle vorliegt.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Rekuperationsstrategie bei einem Hochschaltvorgang eignet sich besonders für Handschaltgetriebe, kann aber auch bei automatischen Getrieben wie Wandlerautomaten, Direktschaltgetrieben, automatisierten Handschaltgetrieben oder dergleichen während der Gangwechsel eingesetzt werden.
Bei einem automatischen Getriebe wird erfindungsgemäß das generatorische Bremsmoment M_G durch Integration in die Schaltstrategie gesteuert. Bei einem Handschaltgetriebe wird zur Steuerung des Bremsmoments M_G der Schaltpause t_s eine vorgegebene Funktion eingesetzt, gemäß der M_G variiert. Vorzugsweise wird eine derartige Funktion anhand von typischen Schaltvorgängen ermittelt und ist in dem Motorsteuergerät des Fahrzeugs implementiert.
Da die Motordrehzahl bzw. die Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors n_Mot während des Schaltvorgangs bzw. der Schaltpause unter die Drehzahl der Getriebeeingangswelle n_Gang fallen kann, ist vorgesehen, das generatorische Bremsmoment M_G auf 0 zu verringern bzw. entsprechend abzusteuern, sobald dieser Fall auftritt. Gegebenenfalls ist auch die Anhebung der Motordrehzahl mittels der Elektromaschine möglich, falls die Drehzahl n_Mot geringer als die Drehzahl _MG ist.

10: Verbrennungsmotor
20: Elektromaschine
30: Getriebe
40: Kupplung
50: Energiespeichereinrichtung
60: optionale Kupplung
M: Bremsmoment
M_G: generatorisches Bremsmoment
M₁, M₂, M': Drehmomentverläufe gemäß dem Stand der Technik
RK₁, RK₂, RK: Rekuperationspotential
M⁰: generatorisches Bremsmoment
M_F: Fahrzeugbremsen-Bremsmoment

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer Elektromaschine, wobei mindestens eine Elektromaschine in einem Generatormodus Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Leistung umwandelt und dem Fahrzeug ein generatorisches Bremsmoment M_G oder eine entsprechende Bremsleistung P_G zur Verfügung stellen kann, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bremsanforderung mit einem Sollwert M_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug ein Gesamtbremsmoment M gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt wird: MSoll = MG, falls MSoll ≤ MSchwell MSoll = MG + MF, falls MSoll > MSchwell und dass zum Zeitpunkt t₁ für das Bremsmoment M_G ein Wert M_Offset > 0 gewählt wird, wobei M_F > 0 ein von einer Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestelltes Bremsmoment ist oder dass bei einer Bremsanforderung mit einem Sollwert P_Soll zu einem Zeitpunkt t₁ dem Fahrzeug eine Gesamtbremsleistung P gemäß folgender Vorschrift zur Verfügung gestellt wird: PSoll = PG, falls PSoll ≤ PSchwell PSoll = PG + PF, falls PSoll > PSchwell und dass zum Zeitpunkt t₁ für die Bremsleistung P_G ein Wert P_Offset > 0 gewählt wird, wobei P_F > 0 eine von einer Fahrzeugbremse dem Fahrzeug zur Verfügung gestellte Bremsleistung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanforderung in Abhängigkeit von einer Antriebsanforderung, vorzugsweise vorgegeben durch eine Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit eines Fahrpedals, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanforderung bei einem vorgegebenen Entlastungswert des Fahrpedals, vorzugsweise vorgegeben von einer Position = 0 des Fahrpedals, erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsanforderung in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Position und/oder Bewegungsgeschwindigkeit eines Bremspedals erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufschaltung des Bremsmoments M_G gemäß einer vorgegebenen Aufschaltungsfunktion, vorzugsweise von einem Anfangswert M_Offset auf einen Wert M⁰ zumindest innerhalb eines Zeitintervalls t₁ + Delta t mit Delta t in einem Bereich zwischen 2s und 0,01 s, vorzugsweise einem Wert 2s, 1 s, 500ms oder 100ms, erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Filterung des Bremsmoments M_G gemäß einer vorgegebenen Filterfunktion zur Unterdrückung von Bremsmomentschwankungen innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls t₁ + t_F mit t_F in einem Bereich zwischen 2 s und 0,01 s, vorzugsweise einem Wert 2s, 1 s, 500ms oder 100ms, erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert M_Offset in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Fahrzeugs, vorzugsweise von zumindest einem der Parameter Fahrzeuggeschwindigkeit v_FZG, Drehzahl der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors n_Mot, Drehzahl der Getriebe-Eingangswelle M_G, eingelegter Gang einer Getriebegangschaltung n_Gang Motortemperatur, insbesondere Kühlmittel- und/oder Öltemperatur, Ladungszustand SOC mindestens eines elektrischen Energiespeichers, Differenz (Soll-SOC) – (Ist-SOC) mindestens eines elektrischen Energiespeichers, Wert der Fahrzeug-Verzögerung, Öffnungszustand einer Kupplungseinrichtung zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe, gewählt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsmoment M_G den Offset-Wert M_Offset für ein Zeitintervall von maximal 2s, maximal 5s, maximal 10s oder maximal 30s, vorzugsweise maximal 60s aufweist und dass der Offset-Wert anschließend wieder abgebaut wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Schaltpause t_s bei einem Hochschaltvorgang einer Getriebe-Gangschaltung bei einer vollständig oder teilweise geöffneten Kupplungsvorrichtung das Bremsmoment M_G dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung des Wertes M_G in Abhängigkeit von der Drehzahl n_Mot und der Getriebe-Eingangswelle n_G zur Drehzahlsynchronisation erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bremsmoment M_G ein Wert < 0 gewählt wird, falls die Drehzahl n_Mot geringer als die Drehzahl n_G ist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Handschaltgetriebe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung des Bremsmoments M_G zur Drehzahlsynchronisation gemäß einer vorgegebenen Funktion erfolgt.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein automatisches Getriebe, vorzugsweise einen Wandlerautomaten, ein Direktschaltgetriebe oder ein automatisiertes Handschaltgetriebe, aufweist.
Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine dem Bremsmoment M_G entsprechende elektrische Leistung zumindest teilweise einer elektrischen Speichervorrichtung zur Verfügung gestellt wird.