DE102006010223A1

DE102006010223A1 - Verfahren zur Regelung eines Hybridantriebes

Info

Publication number: DE102006010223A1
Application number: DE102006010223A
Authority: DE
Inventors: Peter Vranken; Jong-Nam Park; Hun-Seob Lim
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG; Ssangyong Motor Co Ltd
Current assignee: FEV Europe GmbH; KG Mobility Corp
Priority date: 2006-03-02
Filing date: 2006-03-02
Publication date: 2007-09-06
Also published as: CN101045452A; KR20070090846A; CN101045452B; KR100886738B1

Abstract

Verfahren zur Regelung einer Drehmomentverteilung eines Hybridantriebes (1) sowie Hybridantrieb (1) für ein Hybridfahrzeug, welcher wenigstens einen Elektromotor (EM) und wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (E) umfasst, welche über ein Planetengetriebe (2) miteinander verbunden sind, wobei zur Verbesserung eines Betriebsverhaltens des Hybridantriebes (1) insbesondere bei Lastwechseln zumindest ein Parameter ermittelt wird, der in Zusammenhang mit einer Anforderung, insbesondere einer Solldrehmomentanforderung steht, zumindest anhand des Parameters eine Betriebsart des Hybridantriebes (1) ermittelt wird und entsprechend der Anforderung eine Aufteilung einer Lastanforderung erfolgt, falls eine erste Betriebsart ausgewählt wird, in welcher der Elektromotor (EM) und die Verbrennungskraftmaschine (E) über das Planetengetriebe jeweils variabel drehbar miteinander gekoppelt sind, wobei eine dafür vorgesehene Regelung eine Reaktion des Hybridantriebes (1) auf die Aufteilung berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regelung eines Hybridantriebes für ein Hybridfahrzeug sowie einen Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, welcher wenigstens einen Elektromotor und wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, welche über einen Planetengetriebe miteinander verbindbar sind.

Hybridantriebe werden beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeugantriebe verwendet. Eine Regelung eines Hybridantriebes wird beispielsweise zur Steuerung des Betriebsverhaltens, insbesondere eines Energiemanagements, einer Ausgangsleistung oder dergleichen verwendet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Betriebsverhalten eines Hybridantriebes insbesondere bei Lastwechseln zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Regelung einer Drehmomentverteilung eines Hybridantriebes mit den Merkmalen des Anspruches 1, einen Hybridantrieb mit den Merkmalen des Anspruches 12, eine Motorsteuerung mit den Merkmalen des Anspruches 15 sowie durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruches 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung einer Drehmomentverteilung eines Hybridantriebes für ein Hybridfahrzeug, welcher wenigstens einen Elektromotor und wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine umfasst, welche über ein Planetengetriebe miteinander verbunden sind und miteinander verblockbar sind,

– wird zumindest ein Parameter ermittelt, der in Zusammenhang mit einer Anforderung, insbesondere einer Solldrehmomentanforderung steht,
– zumindest anhand des Parameters eine Betriebsart des Hybridantriebes ermittelt,
– erfolgt entsprechend der Anforderung eine Aufteilung einer Lastanforderung, falls eine erste Betriebsart ausgewählt wird, in welcher der Elektromotor und die Verbrennungskraftmaschine über das Planetengetriebe jeweils variabel drehbar miteinander gekoppelt sind,
– wobei eine dafür vorgesehene Regelung eine Reaktion des Hybridantriebes auf die Aufteilung berücksichtigt wird.

Der Hybridantrieb ist insbesondere so ausgestaltet, dass eine Antriebsleistung des Elektromotors sowie eine Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine zu einer resultierenden Antriebsleistung des Hybridantriebes kombiniert werden können. Vorzugsweise kann eine Energieverteilung zwischen einem rein elektromotorischen Betrieb und einem ausschließlichen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine kontinuierlich variiert werden.

Als Verbrennungskraftmaschine wird vorzugsweise eine nach dem Otto- oder Dieselprinzip arbeitende Hubkolbenverbrennungskraftmaschine verwendet.

Der Elektromotor ist vorzugsweise auch als Generator verwendbar, so dass ein elektrischer Energiespeicher damit aufgeladen werden kann.

Eine mechanische Verknüpfung des ersten Drehmomentes der Verbrennungskraftmaschine und des zweiten Drehmomentes des Elektromotors erfolgt mittels des Planentengetriebes, wobei dem Elektromotor, der Verbrennungskraftmaschine sowie einer Ausgangswelle des Hybridantriebes jeweils ein Element aus der Gruppe des Planentengetriebes umfassend Hohlrad, Sonnenrad und Planententräger zugeordnet sind. Das Planentengetriebe umfasst beispielsweise genau ein Hohlrad, ein Sonnenrad und einen Planetenträger. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, mehrere Planententräger zu verwenden. In einer anderen Ausgestaltung statt eines Planetengetriebes auch vorgesehen sein, den Elektromotor auf einer von der Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Achse anzubringen. Beispielsweise kann bei einem Hybridfahrzeug an jedem Rad jeweils ein Elektromotor auf einer Radachse angeordnet sein, welche von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird.

Als Parameter, welcher in Zusammenhang mit einer Anforderung, insbesondere einer Solldrehmomentanforderung steht, wird beispielsweise eine Position eines Gaspedals ermittelt. Beispielsweise erfolgt eine zumindest in etwa lineare Zuordnung der Gaspedalposition zu einem angeforderten Solldrehmoment. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Leistungsanforderung oder/und eine Drehzahlanforderung als Parameter ermittelt werden. Des Weiteren kann vorgesehen sein, die Anforderung des Parameters zusätzlich aus einer Beschleunigung des Gaspedals zu ermitteln. Insbesondere wird bei einer starken Beschleunigung des Gaspedals bei einem Durchtreten eine Anforderung eines erhöhten Solldrehmomentes ermittelt. Alternativ oder zusätzlich zu einer Position des Gaspe dals kann auch ein Signal einer Steuerung ermittelt werden. Beispielsweise wird als Signal ein Signal einer Traktionsschlupfregelung zur Vorgabe eines Solldrehmomentes verwendet.

Als Betriebsart des Hybridantriebes ist insbesondere eine erste Betriebsart vorgesehen, in welcher Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine jeweils variabel drehbar über das Planetengetriebe miteinander verbunden sind. Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine können beispielsweise voneinander verschiedene Drehzahlen aufweisen. Insbesondere können Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine unterschiedliche Drehrichtungen aufweisen. Durch eine Wahl der entsprechenden Drehzahlen sowie der entsprechend vorgegebenen Übersetzungsverhältnisse des Planetengetriebes kann beispielsweise eine entsprechende Aufteilung der Antriebsenergie zwischen Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine vorgenommen werden.

Des Weiteren ist vorzugsweise eine zweite Betriebsart vorgesehen, in welcher Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine drehfest miteinander verblockt sind.

Zur festen Kopplung von Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine im Parallelbetrieb wird beispielsweise eine entsprechende Kupplung geschaltet, welche insbesondere im oder am Planetengetriebe vorgesehen ist. Beispielsweise werden dazu Sonnenrad und Hohlrad und/oder Planenträger drehfest miteinander verkuppelt.

Vorzugsweise kann das angeforderte Solldrehmoment beliebig auf ein Drehmoment des Elektromotors beziehungsweise ein Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine aufgeteilt werden.

Zur Auswahl der Betriebsart des Hybridantriebes wird beispielsweise das angeforderte Solldrehmoment und/oder die Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, anhand einer Fahrsituation oder anhand eines Energiestatus eines Energiespeichers des Elektromotors eine Auswahl der Betriebsart vorzunehmen.

Die erste Betriebsart wird insbesondere dann ausgewählt, wenn die Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Der vorgegebene Wert wird beispielsweise so gewählt, dass Anfahrvorgänge oder Betriebsweisen des Hybridfahrzeuges beispielsweise im Stadtverkehr mit entsprechend häufigen Beschleunigungs- und Abbremsphasen in die erste Betriebsart fallen. Als Ausgangsdrehzahl ist insbesondere eine Drehzahl einer Abtriebswelle des Hybridantriebes, welche mit einem Getriebeeingang des Hybridfahrzeuges verbunden ist, zu verstehen. Als vorgegebener Wert wird beispielsweise eine Ausgangsdrehzahl von 2.500 Umdrehungen pro Minute verwendet. Entsprechend können jedoch auch höhere oder niedrigere Werte vorgesehen sein.

Entsprechend wird die zweite Betriebsart vorzugsweise gewählt, wenn die Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes größer als sein vorgegebener Wert ist. Insbesondere wird die zweite Betriebsart bei höheren Geschwindigkeiten des Hybridfahrzeuges angewendet. Als vorgegebener Wert kann beispielsweise ein Wert von 2.500 bis 3.000 Umdrehungen angesetzt werden. Entsprechend können jedoch auch hier größere oder kleinere Werte vorgesehen sein.

Die Reaktion des Hybridantriebes auf die Aufteilung wird vorzugsweise vorermittelt. Eine vorermittelte Reaktion des Hybridantriebes basiert beispielsweise auf zuvor ermittelten kinematischen Kenngrößen des Hybridantriebes. Dazu kann dieses beispielsweise physikalisch modelliert werden oder aber auch mittels eines Expertensystems beschrieben werden. Die vorermittelte Reaktion ist insbesondere eine Abschätzung eines dynamischen Verhaltens des Hybridantriebes innerhalb eines endlichen Zeitschrittes nach einer Veränderung der Drehmomentverteilung. Beispielsweise wird eine derartige Änderung anhand eines Gradienten in einem Betriebspunkt eines Kennfeldes geschätzt. Diese vorermittelte Reaktion wird beispielsweise bei einer Einstellung der Drehzahlen von Elektromotor und/oder Verbrennungskraftmaschine verwendet. Insbesondere ermöglicht eine Berücksichtigung der vorermittelten Reaktion eine Verringerung eines Regelaufwandes der entsprechenden Drehzahlen. Bevorzugt ermöglicht dies eine Verringerung des Regelaufwandes sowie insbesondere eine Verkürzung transienter Betriebszustände. Vorteilhafterweise ermöglicht dies ebenfalls eine schnellere Reaktion der Regelung und insbesondere einen geringeren Regelfehler. Vorzugsweise wird eine schnelle Anpassung der Drehmomentverteilung an verschiedene Betriebszustände des Hybridfahrzeuges ermöglicht.

In einer Ausgestaltung wird als Parameter ein Solldrehmoment ermittelt und ein Drehmoment des Hybridantriebes anhand einer Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer Drehzahländerung des Elektromotors auf das Solldrehmoment geregelt, wobei eine Abweichung von einer vorgegebenen Sollkurve der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verringert wird, wobei die Sollkurve eine Funktion der Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes ist, und wobei eine Änderung der Ausgangsdrehzahl proportional zu einem Quotienten aus dem Solldrehmoment und einem von der Aus gangsdrehzahl abhängigen effektiven Massenträgheitsmomentes, welches sowohl eine Massenträgheit des Hybridfahrzeuges als auch Massenträgheitsmomente drehender Antriebselemente berücksichtigt und welches abtriebseitig am Planentengetriebe anliegt. Mit einer Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine oder des Elektromotors wird beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis zwischen der jeweiligen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine oder des Elektromotors und der Ausgangsdrehzahl eingestellt. Dementsprechend kann eine Drehmomentänderung eingestellt werden. Des Weiteren kann ein Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine oder des Elektromotors von der jeweiligen Drehzahl abhängen. Entsprechend kann vorzugsweise auch damit ein Drehmoment verändert werden. Die Sollkurve ist insbesondere so vorgegeben, dass ein möglichst optimaler Betrieb der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich Drehmoment und/oder Energieabgabe ermöglicht wird. Insbesondere berücksichtigt die Sollkurve, dass die Verbrennungskraftmaschine stets mit einer Drehzahl oberhalb einer Leerlaufdrehzahl betrieben wird. Vorzugsweise ist die Sollkurve eine ausgehend von der Leerlaufdrehzahl monoton ansteigende Funktion.

Als effektives Massenträgheitsmoment ist insbesondere dasjenige Massenträgheitsmoment zu verstehen, welches einem virtuellen drehenden Teil auf der Abtriebsseite des Hybridantriebes zugeordnet werden kann. Dieses effektive Massenträgheitsmoment des virtuellen drehenden Teiles ist dabei so bemessen, dass die abtriebsseitig tatsächlich am Hybridantrieb angeschlossenen mechanischen Elemente, insbesondere die drehenden Antriebselemente, hinsichtlich ihres mechanischen Verhaltens bezüglich eines Massenträgheitsmomentes möglichst exakt wiedergegeben werden. Des Weiteren wird insbesondere die Massenträgheit des Hybridfahrzeuges berücksichtigt. Für eine vorgegebene Drehzahl kann das effektive Massenträgheitsmoment beispielsweise aus einem bei einer Winkelbeschleunigung auftretenden Drehmoment ermittelt werden. Vorzugsweise kann das effektive Massenträgheitsmoment zumindest über einen Drehzahlbereich auf diese Weise mit guter Nährung ermittelt werden. Vorzugsweise kann zumindest in einem vorgegebenen Drehzahlbereich sowohl die Massenträgheit des Hybridfahrzeuges als auch Massenträgheitsmomente drehender Antriebselemente dabei pauschal mit einer einzigen mechanischen Größe berücksichtigt werden.

Als Sollfunktion wird beispielsweise eine Funktion W_ice(w_cvt) verwendet. W_ice ist dabei die Ausgangsdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine. w_cvt ist dabei die Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes. Vorzugsweise wird eine Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine dw_ice/dt zur Eliminierung einer Abweichung der Drehmomentverteilung von der Solldrehmomentverteilung verwendet. Dazu wird beispielsweise der folgende Term betrachtet; er beschreibt die Änderung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine im Zeitraum Δt aufgrund der Fahrzeugbeschleunigung und der Sollkurve W_ice(w_cvt):

Δt ist dabei ein Zeitschritt. In ähnlicher Weise gilt dies für den Elektromotor.

Eine Drehzahländerung ẇ_mg wird insbesondere anhand der Übersetzungsverhältnisse des Planentengetriebes ermittelt.

Gemäß einer Weiterbildung wird das Solldrehmoment anhand einer vorgegebenen Beschleunigung des Hybridfahrzeuges unter Vernachlässigung einer zusätzlich zum effektiven Massenträgheitsmoment vorliegenden planetengetriebe-abtriebsseitigen Last ermittelt. Insbesondere wird das Solldrehmoment als Produkt des effektiven Massenträgheitsmomentes und einer der vorgegebenen Beschleunigung des Hybridfahrzeuges entsprechend der folgenden Gleichung 2 ermittelt werden. ẇcvt = Tcvt/Jveh Gleichung 2

T_cvt ist darin das Solldrehmoment. Des Weiteren ist J_veh das effektive Massenträgheitsmoment.

In einer Variante ist vorgesehen, dass das Solldrehmoment anhand einer vorgegebenen Beschleunigung des Hybridfahrzeuges unter Berücksichtigung einer zusätzlich zum effektiven Massenträgheitsmoment vorliegenden Planentengetriebe abtriebsseitigen Last ermittelt wird. Dies erfolgt beispielsweise gemäß der nachstehenden Gleichung 3.

T_dem ist dabei das Solldrehmoment T_L(w_cvt) ist dabei die drehzahlabhängige Last. Die drehzahlabhängige Last berücksichtigt beispielsweise Reibungswiderstände, welche insbesondere durch einen Luftwiderstand und/oder Abrollwiderstände auftreten können. Insgesamt berücksichtigt die Last beispielsweise beim Hybridantrieb auftretende dissipative Effekte.

Insbesondere ist vorgesehen, dass anhand eines von der Ausgangsdrehzahl abhängigen Lastdrehmomentes sowie anhand des effektiven Massenträgheitsmomentes aus einer vorgegebenen Änderung der Ausgangsdrehzahl das Solldrehmoment ermittelt wird. Hierzu wird vorzugsweise ebenfalls die Gleichung 3 herangezogen, welche entsprechend nach dem Solldrehmoment aufgelöst werden kann.

Gemäß einer Weiterbildung wird anhand eines von der Ausgangsdrehzahl abhängigen Lastdrehmomentes sowie anhand des effektiven Massenträgheitsmomentes und dem Solldrehmoment eine Änderung der Ausgangsdrehzahl vorgegeben. Hierzu kann beispielsweise die Gleichung 3 unmittelbar herangezogen werden. Eine Änderung der entsprechenden Drehzahlen von Verbrennungskraftmaschine und Elektromotor können gemäß den folgenden Gleichungen 4 und 5 ermittelt werden.

Die Funktion W_mg ist dabei eine entsprechende Sollkurve des Elektromotors in Abhängigkeit von der Ausgangsdrehzahl. Diese Sollkurve kann anhand der Übersetzungsverhältnisse aus der Sollkurve der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass eine Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine anhand einer vorgegebenen Änderung der Ausgangsdrehzahl bei einer gegebenen Ausgangsdrehzahl aus einem Produkt der gewünschten Änderung der Ausgangsdrehzahl und einer Steigung S der Sollkurve im Punkt der gegebenen Ausgangsdrehzahl vorgegeben wird. Die Steigung S entspricht dabei beispielsweise dem Differenzialquotienten in Gleichung 4. Es ist entsprechend vorgesehen, dass eine Drehzahländerung A des Elektromotors anhand der gewünschten Änderung C der Ausgangsdrehzahl bei einer gegebenen Ausgangsdrehzahl der gewünschten Änderung C der Ausgangsdrehzahl und einer Steigung S der Sollkurve im Punkt der gegebenen Ausgangsdrehzahl sowie Übersetzungsverhältnisse i₁ und i₂ des Planetengetriebes wie folgt vorgegeben wird: A = (1 – i₂ × S) × A/i₁

In einer entsprechenden Schreibweise unter Verwendung von Differenzialquotienten ist dies in der Gleichung 6 wie folgt wiedergegeben:

Die Übersetzungsverhältnisse i1 und i2 des Planetengetriebes sind wie folgt definiert:

Die Übersetzungsverhältnisse sind dabei jeweils als Übersetzungsverhältnisse zweier Wellen bei festgehaltener dritter Welle definiert. Für die Übersetzungsverhältnisse werden beispielsweise Werte von i₁ = 0,4 und i₂ = 0,6 angegeben. Es können jedoch auch andere Werte vorgesehen sein.

In einer Modifikation der vorstehenden Varianten kann in analoger Weise auch die Rolle von Verbrennungskraftmaschine und Elektromotor vertauscht werden. Entsprechend kann eine Vorsteuerung der Drehzahländerung des Elektromotors vorgenommen werden und daraus eine Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden.

Neben der gewünschten Beschleunigung kann die Regelung auch einen ohne Druckmomentänderungswunsch vorhandenen Fehler, der eine zusätzliche Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine erfordert, kompensieren. Die erforderliche Beschleunigung der Verbrennungskraftmaschine wird dabei beispielsweise wie folgt geschätzt: ẇice = ẇice-pi + ẇice-dem Gleichung 8

Der Term dw_ice-pi/dt entspricht dabei einem Reglerausgang, welcher vorgesehen ist, um die Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine auf die Sollkurve zurückzuführen. Vorzugsweise ist dieser Term dw_ice-pi/dt eine sehr kleine Größe. Dies wird beispielsweise durch eine optimierte Vorsteuerung ermöglicht.

Um einen Fehler bei der Drehmomentverteilung zu kompensieren, wird dem Elektromotor beispielsweise eine entsprechende Beschleunigung aufgeprägt. Um bei einer konstanten Ausgangsgeschwindigkeit lediglich die Balance zu behalten, wird eine Änderung der Drehzahl des Elektromotors insbesondere wie folgt bestimmt:

Entsprechung kann eine Beschleunigung des Elektromotors insbesondere gemäß dem folgenden Zusammenhang ermittelt werden:

Aus Gleichung 8 und Gleichung 10 lassen sich die Drehmomente von Verbrennungskraftmaschine und Elektromotor gemäß der folgenden Gleichungen 11 ermitteln:

Damit können die Verbrennungskraftmaschine und der Elektromotor bei einer gegebenen Drehmomentanforderung T_L im jeweils nächsten Zeitschritt entsprechend gesteuert werden.

Für eine Regelung der vorgegebenen Drehzahländerung des Elektromotors ist insbesondere vorgesehen, dass die vorgegebene Drehzahländerung mittels eines Proportional-Integral-Reglers erfolgt. Anstelle eines Proportional-Integral-Reglers können jedoch auch andere geläufige Regler verwendet werden.

Die Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine wird gemäß einer Ausgestaltung mittels eines Proportional-Integral-Reglers eingeregelt. Auch hier können jedoch andere Regelalgorithmen verwendet werden.

Die Sollkurve kann verschiedene Merkmale aufweisen. In einer ersten Ausgestaltung nimmt die Sollkurve bei einer Ausgangsdrehzahl 0 eine 0 verschiedene Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine ein. Dies trägt insbesondere der Randbedingung Rechnung, dass eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine nicht beliebig klein eingestellt werden kann.

Alternativ oder zusätzlich weist die Sollkurve für Ausgangsdrehzahlen oberhalb eines Drehzahlwertes W1, welcher größer als die Leerlaufdrehzahl ist, in zumindest einem Abschnitt eine konstante Steigung größer als 0 auf. Zwischen der Drehzahl 0 und dem Drehzahlwert W1 steigt die Sollkurve vorzugsweise monoton ausgehend von der Leerlaufdrehzahl an.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Sollkurve an der Stelle des Drehzahlwertes W1 stetig differenzierbar verläuft. Insbesondere sind unmittelbar ober- und unterhalb des Drehzahlwertes W1 die Steigungen der Sollkurve identisch. Vorzugsweise wird eine glatte Regelung ermöglicht.

Die Erfindung betrifft weiterhin einen Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, umfassend wenigstens einen Elektromotor, wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine und wenigstens ein Planetengetriebe, mit welchem ein erstes Drehmoment des Elektromotors und ein zweites Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine zu einem dritten Drehmoment an einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs verknüpfbar sind, sowie wenigstens eine Steuerung mittels derer insbesondere gemäß einem Verfahren gemäß zumindest einer der vorstehenden Ausgestaltungen

– zumindest ein Parameter ermittelbar ist, der in Zusammenhang mit einer Anforderung, insbesondere einer Solldrehmomentanforderung steht,
– zumindest anhand des Parameters eine Betriebart des Hybridantriebes ermittelbar ist,
– falls eine erste Betriebsart ausgewählt ist, in welcher der Elektromotor und die Verbrennungskraftmaschine über das Planetengetriebe jeweils variabel dreh bar miteinander gekoppelt sind, entsprechend der Anforderung eine Lastanforderung aufteilbar ist,
– wobei zur Regelung eine Reaktion des Hybridantriebes auf die Aufteilung berücksichtigbar ist.

Als Steuerung wird beispielsweise eine an sich bekannte Motorsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine verwendet, welche auch eine Steuerung des Elektromotors ermöglicht. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, verschiedene Steuerungen für Elektromotor und Verbrennungskraftmaschine getrennt vorzusehen. Des Weiteren kann vorgesehen sein, getrennte Steuerungen für den Hybridantrieb, den Elektromotor und die Verbrennungskraftmaschine vorzusehen.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Steuerung wenigstens eine erste Steuerung einer Drehmomentaufteilung sowie wenigstens eine zweite Steuerung einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Elektromotors umfasst. Insbesondere kann jeweils zumindest eine Steuerung einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise des Elektromotors vorgesehen sein.

Gemäß einer Variante ist die erste Steuerung eine Master-Steuerung, welcher die zweite Steuerung als Slave-Steuerung zugeordnet ist. Insbesondere ist die Slave-Steuerung als autarke Steuerung einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Elektromotors ausgestaltet. Vorzugsweise gibt die Master-Steuerung lediglich eine Drehzahl beziehungsweise eine Drehzahländerung des Elektromotors und/oder der Verbrennungskraftmaschine vor. Vorzugsweise kann eine Slave-Steuerung eine geringere Rechenleistung aufweisen, als diese beispielsweise für eine einzige Steuerung, welche sowohl Aufgaben der Master-Steuerung als auch der Slave-Steuerung vornimmt, erforderlich ist.

Für eine Verbindung von Elektromotor, Verbrennungskraftmaschine und Antriebsstrang ist insbesondere vorgesehen, dass der Elektromotor mit einem Planetenträger des Planetengetriebes verbunden ist. Des Weiteren ist beispielsweise vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine mit einem Sonnenrad des Planentengetriebes verbunden ist. Insbesondere sind der Verbrennungsmotor und der Elektromotor über ein Sonnenrad und einen Planetenträger des Planetengetriebes miteinander verbunden. Dabei kann beispielsweise der Elektromotor mit dem Planententräger verbunden sein, wohingegen der Verbrennungsmotor mit dem Sonnenrad verbunden ist. Entsprechend der vorstehenden Ausführungen ist jedoch auch eine umgekehrte Anordnung möglich.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Motorsteuerung eines Hybridantriebes gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen für ein Hybridfahrzeug.

Ein Hybridfahrzeug ist dabei insbesondere ein straßen- oder schienengebundenes Kraftfahrzeug.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit auf einem computerlesbaren Speichermedium vorgesehenen Programmcodemitteln zur Ausführung eines Verfahrens gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, wenn ein die Programmcodemittel umfassendes Programm auf einem Computer ausgeführt wird. Als computerlesbares Speichermedium ist insbesondere ein Speicherchip ein optischer, magnetischer, magneto-optischer Datenträger oder dergleichen vorgesehen. Insbesondere ist das Speichermedium ein Speicherchip einer Steuerung. Der Computer ist beispielsweise ein Mikrocontroller einer Steuerung, insbesondere einer Motorsteuerung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort dargestellten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr sind jeweils in der Beschreibung einschließlich der Figurenbeschreibung sowie in den Figuren angegebene Merkmale zu Weiterbildungen miteinander kombinierbar.
Es zeigen:
1: eine schematische Anordnung eines Hybridantriebes,
2: ein Schema eines kinematischen Modells,
3: eine Sollkurve,
4: eine Sprungantwort einer Drehmomentanforderung in einem konventionellen System,
5: zu 4 zugehörige geregelte Drehzahlverläufe,
6: eine Sprungantwort einer Drehmomentanforderung in einem System gemäß der Erfindung, und
7: zu 6 zugehörige geregelte Drehzahlverläufe.
1 zeigt eine schematische Anordnung eines Hybridantriebes 1. Dieser umfasst einen Elektromotor EM sowie eine Verbrennungskraftmaschine E. Diese sind über ein Planetengetriebe 2 miteinander verbunden. Das Planetengetriebe 2 umfasst ein Sonnenrad 3, ein Hohlrad 4 sowie einen ersten 5 und einen zweiten Planetenträger 6. Des Weiteren ist das Planentengetriebe 2 mit einer Kupplung C versehen, mittels derer eine Verbindung zwischen dem Hohlrad 4 und einer Eingangswelle 7 eines Getriebes AT herstellbar ist. Weiterhin umfasst der Hybridantrieb 1 eine erste Motorsteuerung 8, welche mit dem Elektromotor EM verbunden ist, sowie eine zweite Motorsteuerung 9, welche mit der Verbrennungskraftmaschine E verbunden ist. Die erste und die zweite Motorsteuerung 8; 9 sind wiederum mit einer Master-Steuerung 10 des Hybridantriebes 1 verbunden, welche an die jeweiligen Motorsteuerungen 8; 9 Drehzahlanforderungen beziehungsweise Anforderungen einer Drehzahländerung übergeben kann. Die Motorsteuerungen 8; 9 dienen zumindest einer Regelung einer Drehzahl des Elektromotors EM beziehungsweise der Verbrennungskraftmaschine E.
Die Master-Steuerung 10 berücksichtigt bei einer Ausgabe von Stellsignaien an die Motorsteuerungen 8; 9 eine Anforderung eines Drehmomentes an der Eingangswelle 7 des Getriebes AT.
Im Folgenden werden gleichwirkende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
2 zeigt ein Schema eines kinematischen Modelles 11 eines Hybridantriebes gemäß 1. Mittels eines Planetengetriebes 2 werden ein Drehmoment T_mg eines Elektromotors und ein Drehmoment T_ice einer Verbrennungskraftmaschine zu einem resultierenden Drehmoment T_cvd des Hybridantriebes verknüpft. Dem nicht dargestellten Elektromotor ist dabei ein Massenträgheitsmoment J_mg bei einer Drehgeschwindigkeit w_mg zugeordnet. Entsprechend ist der nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine ein Massenträgheitsmoment J_ice bei einer Drehzahl w_ice zugeordnet. Entsprechend eines ersten Übersetzungsverhältnisses i₁ und eines zweiten Übersetzungsverhältnisses i₂ des Planetengetriebes 2 wirkt dabei am Planetengetriebe 2 ein erstes Drehmoment T_pgs1 und ein zweites Drehmoment T_pgs2, welches zu dem resultierenden Drehmoment T_cvt verknüpft wird. Abtriebsseitig, das heißt an einer Eingangswelle eines Getriebes gemäß einer Ausgestaltung in 1, wird ein effektives Massenträgheitsmoment J_veh bei einer Drehzahl w_cvt der Eingangswelle angenommen. Des Weiteren wird abtriebsseitig ein Lastdrehmoment T_L an genommen, welches beispielsweise infolge eines Luftwiderstandes resultiert. Dieses Lastdrehmoment T_L ist insbesondere von der Drehzahl w_cvt der Eingangswelle, welche insbesondere eine Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes ist, abhängig. Für die Übersetzungsverhältnisse werden beispielsweise Werte von i₁ = 0,4 und i₂ = 0,6 angegeben. Es können jedoch auch andere Werte vorgesehen sein.
Eine Abschätzung des effektiven Massenträgheitsmomentes erfolgt beispielsweise gemäß einer der vorstehend dargelegten Ausführungen.
Insbesondere ist das dargestellte Lastdrehmoment T_L mit dem Drehmoment T_cvt bei einer Drehzahl w_cvt gemäß Gleichung 4 über das effektive Massenträgheitsmoment J_veh mit einer Drehzahländerung ẇ_cvt. verknüpft.
3 zeigt eine Sollkurve 12. Die Sollkurve 12 beschreibt einen gewünschten Verlauf einer Drehzahl W_ice der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von einer Drehzahl w_cvt, welche eine Ausgangsdrehzahl des Hybridantriebes ist. Ein Verlauf der Sollkurve 12 ist dabei so ausgestaltet, dass bei einer Ausgangsdrehzahl 0 des Hybridantriebes eine Leerlaufdrehzahl w₀ der Verbrennungskraftmaschine vorliegt. Des Weiteren zeigt die Sollkurve 12 für Ausgangsdrehzahlen oberhalb eines Wertes w₁ einen linear ansteigenden Verlauf. Unterhalb der Ausgangsdrehzahl w₁ verläuft die Kurve monoton ansteigend ausgehend von der Leerlaufdrehzahl w₀ der Verbrennungskraftmaschine. Im Punkt (w₁, w₁) ist die Sollkurve 12 stetig differenzierbar. Die Sollkurve 12 wird insbesondere dafür verwendet, gemäß der Gleichung 5 eine erforderliche Beschleunigung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine anhand der gewünschten Beschleunigung der Ausgangsdrehzahl zu ermitteln. Letztere wird gemäß Gleichung 4 ermittelt.
4 zeigt eine Sprungantwort einer Drehmomentanforderung in einem konventionellen System. Auf der Abszisse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen. Auf der Ordinate ist ein Drehmoment in Newtonmetern aufgetragen. Bei einer Zeit von etwa vier Sekunden wird eine Drehmomentanforderung registriert.
5 zeigt zu 4 zugehörige geregelte Drehzahlverläufe. Dargestellt ist auf der Abszisse eine Zeit und auf der Ordinate eine Drehzahl. Ein Drehzahlverlauf einer Verbrennungskraftmaschine 13 und ein Drehzahlverlauf eines Elektromotors 14 werden jeweils so geregelt, dass ein Drehzahlverlauf 15 als Ausgangsdrehzahlverlauf des Hybridantriebes resultiert. Dargestellt sind die Verläufe für einen Anfahrvorgang. Der Ausgangsdrehzahlverlauf des Hybridantriebes 15 steigt dabei linear an.
6 zeigt eine Sprungantwort einer Drehmomentanforderung in einem System gemäß der Erfindung. Auf der Abszisse ist eine Zeit und auf der Ordinate ein Drehmoment dargestellt. Der dargestellte Drehmomentverlauf 16 steigt dabei gemäß einer Drehmomentanforderung bei etwa vier Sekunden nahezu schlagartig auf etwa 100 Newtonmeter an. Im Gegensatz zu dem in 4 gezeigten Verlauf ist nahezu kein Überschwingen sichtbar.
7 zeigt zu 6 zugehörige geregelte Drehzahlverläufe. Auf der Abszisse ist eine Zeit dargestellt und auf der Ordinate wiederum eine Drehzahl. Dargestellt sind ein Drehzahlverlauf 13 einer Verbrennungskraftmaschine, ein Drehzahlverlauf 14 eines Elektromotors sowie ein Ausgangsdrehzahlverlauf 15 eines Hybridantriebes. Der Ausgangsdrehzahlverlauf 15 steigt wiederum ab einer Zeit von etwa vier Sekunden linear an. Dargestellt ist wiederum ein Anfahrvorgang. Im Unterschied zu den in 5 dargestellten Verläufen ist ein deutlich glatteres Regelverhalten erkennbar.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Drehmomentverteilung eines Hybridantriebes (1) für ein Hybridfahrzeug, welcher wenigstens einen Elektromotor (EM) und wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (E) umfasst, welche über ein Planetengetriebe (2) miteinander verbunden sind und miteinander verblockbar sind, wobei – zumindest ein Parameter ermittelt wird, der in Zusammenhang mit einer Anforderung, insbesondere einer Solldrehmomentanforderung steht, – zumindest anhand des Parameters eine Betriebsart des Hybridantriebes (1) ermittelt wird, – falls eine erste Betriebsart ausgewählt wird, in welcher der Elektromotor (EM) und die Verbrennungskraftmaschine (E) über das Planetengetriebe (2) jeweils variabel drehbar miteinander gekoppelt sind, entsprechend der Anforderung eine Aufteilung einer Lastanforderung erfolgt, – wobei eine dafür vorgesehene Regelung eine Reaktion des Hybridantriebes (1) auf die Aufteilung berücksichtigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter ein Solldrehmoment ermittelt wird und dass ein Drehmoment des Hybridantriebes (1) auf das Solldrehmoment anhand einer Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine (E) und/oder einer Drehzahländerung des Elektromotors (EM) geregelt wird, wobei eine Abweichung von einer vorgegebenen Sollkurve (12) der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (E) verringert wird, wobei die Sollkurve (12) eine Funktion der Ausgangsdrehzahl (15) des Hybridantriebes ist, und wobei eine Änderung der Ausgangsdrehzahl proportional zu einem Quotienten aus dem Solldrehmoment und einem von der Ausgangsdrehzahl abhängigen effektiven Massenträgheitsmoment ist, welches sowohl eine Massenträgheit des Hybridfahrzeuges als auch Massenträgheitsmomente drehender Antriebselemente berücksichtigt und welches abtriebsseitig am Planetengetriebe (2) anliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment anhand einer vorgegebenen Beschleunigung des Hybridfahrzeuges unter Vernachlässi gung einer zusätzlich zum effektiven Massenträgheitsmoment vorliegenden planetengetriebeabtriebsseitigen Last ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment anhand einer vorgegebenen Beschleunigung des Hybridfahrzeuges unter Berücksichtigung einer zusätzlich zum effektiven Massenträgheitsmoment vorliegenden planetengetriebeabtriebsseitigen Last ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines von der Ausgangsdrehzahl abhängigen Lastdrehmomentes sowie anhand des effektiven Massenträgheitsmomentes aus einer vorgegebenen Änderung der Ausgangsdrehzahl das Solldrehmoment ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines von der Ausgangsdrehzahl abhängigen Lastdrehmomentes sowie anhand des effektiven Massenträgheitsmomentes und dem Solldrehmoment eine Änderung der Ausgangsdrehzahl vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahländerung der Verbrennungskraftmaschine (E) anhand einer vorgegebenen Änderung der Ausgangsdrehzahl bei einer gegebenen Ausgangsdrehzahl aus einem Produkt der vorgegebenen Änderung der Ausgangsdrehzahl und einer Steigung S der Sollkurve (12) im Punkt der gegebenen Ausgangsdrehzahl vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahländerung A des Elektromotors (EM) anhand der gewünschten Änderung C der Ausgangsdrehzahl bei einer gegebenen Ausgangsdrehzahl aus der gewünschten Änderung C der Ausgangsdrehzahl und einer Steigung S der Sollkurve im Punkt der gegebenen Ausgangsdrehzahl sowie Übersetzungsverhältnissen i1 und i2 des Planetengetriebes (2) wie folgt vorgegeben wird: A = (1 – i2·S)A/i1.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollkurve (12) bei einer Ausgangsdrehzahl Null eine von Null verschiedene Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine (E) einnimmt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollkurve (12) für Ausgangsdrehzahlen oberhalb eines Drehzahlwertes W1, welcher größer als die Leerlaufdrehzahl ist, in zumindest einem Abschnitt mit einer konstanten Steigung ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollkurve an der Stelle des Drehzahlwertes W1 stetig differenzierbar verläuft.
Hybridantrieb für ein Hybridfahrzeug, umfassend wenigstens einen Elektromotor (EM), wenigstens eine Verbrennungskraftmaschine (E) und wenigstens ein Planetengetriebe (2), mit welchem ein erstes Drehmoment des Elektromotors (EM) und ein zweites Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (E) zu einem dritten Drehmoment an einem Antriebsstrang (7) eines Kraftfahrzeugs verknüpfbar sind, sowie wenigstens eine Steuerung (10) mittels derer – zumindest ein Parameter ermittelbar ist, der in Zusammenhang mit einer Anforderung, insbesondere einer Solldrehmomentanforderung steht, – zumindest anhand des Parameters eine Betriebart des Hybridantriebes (1) ermittelbar ist, – falls eine erste Betriebsart ausgewählt ist, in welcher der Elektromotor (EM) und die Verbrennungskraftmaschine (E) über das Planetengetriebe (2) jeweils variabel drehbar miteinander gekoppelt sind, entsprechend der Anforderung eine Lastanforderung aufteilbar ist, – wobei zur Regelung eine Reaktion des Hybridantriebes (1) auf die Aufteilung berücksichtbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (10) wenigstens eine erste Steuerung (10) einer Drehmomentaufteilung sowie wenigstens eine zweite Steuerung (8; 9) einer Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (E) und/oder des Elektromotors (EM) umfasst.
Hybridantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Steuerung eine Master-Steuerung (10) ist, der die zweite Steuerung (8; 9) als Slave-Steuerung zugeordnet ist.
Motorsteuerung eines Hybridantriebes (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14 für ein Hybridfahrzeug.
Computerprogrammprodukt mit auf einem computerlesbaren Speichermedium vorgesehenen Programmcodemitteln zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wenn ein die Programmcodemittel umfassendes Programm auf einem Computer ausgeführt wird.