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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Koordination
des Triebstranges eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Patentanspruches
1.
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Aus
der
DE 10255724 A1 ist
es vorbekannt, zur Koordination des Triebstranges eines Kraftfahrzeuges
eine Sollbeschleunigung für das Kraftfahrzeug vorzugeben
und in Abhängigkeit dieser Sollbeschleunigung das Antriebsaggregat
des Kraftfahrzeuges zu regeln, so dass eine bestimmte Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeuges eingestellt wird. Die Sollbeschleunigung wird
dabei auf Grundlage der Stellung beziehungsweise der Dynamik der
Verstellung eines Fahrpedals bestimmt. Praktisch ergeben sich jedoch
Einflüsse auf die Sollbeschleunigung beziehungsweise auf
die Geschwindigkeit auch aus anderen Funktionskomplexen des Kraftfahrzeuges.
Beispielsweise kann eine Funktion zur Begrenzung oder zur Regelung
der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges Einfluss auf die Geschwindigkeit
des Fahrzeuges nehmen. Außerdem können sich aus
einer Koordination/Regelung der Drehzahl des zu Grunde liegenden
Antriebsaggregates Einflüsse auf die Geschwindigkeit des
Fahrzeuges ergeben. Verfügt das jeweilige Fahrzeug ferner über
mehrere Antriebsaggregate, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine
und eine elektrische Maschine, ergeben sich weitere Freiheitsgrade
beziehungsweise Anforderungen an die Koordination des Triebstranges,
die gemäß diesem Stand der Technik keine Berücksichtigung
finden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Koordination des Triebstranges eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen,
das möglichst alle einzelnen Einflüsse auf die
Beschleunigung beziehungsweise auf die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges
berücksichtigt und dass auch Kraftfahrzeuge mit mehreren
Antriebsaggregaten umfassend in die Koordination eingebunden werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass mehrere Sollbeschleunigungen vorgegeben werden, wobei den einzelnen
Sollbeschleunigungen Prioritätsinformationen zugeordnet sind,
wobei die einzelnen Sollbeschleunigungen in Abhän gigkeit
der Prioritätsinformationen in eine Sollbeschleunigung
des Kraftfahrzeuges umgeformt werden, wobei in Abhängigkeit
der Sollbeschleunigung und in Abhängigkeit einer Istbeschleunigung
ein Sollraddrehmoment bestimmt wird, wobei in Abhängigkeit
des Sollraddrehmomentes Anforderungen an das Drehmoment der Antriebs-
und/oder Verzögerungsaggregate gestellt werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft
wird dadurch, dass einzelne Sollbeschleunigungen vorgegeben werden,
die den einzelnen Funktionen, die Einfluss auf die Beschleunigung
beziehungsweise die einzustellende Geschwindigkeit und somit Einfluss
auf die Anforderungen an das Drehmoment der Antriebs- und/oder Verzögerungsaggregate
haben, eine sehr übersichtliche und genaue Koordination
ermöglichen, was sich sowohl im Rahmen der Abstimmung der
Steuerung/Reglung des Triebstranges als auch beim eigentlichen Betrieb des
Kraftfahrzeuges positiv auswirkt. Durch die Zuordnung von Prioritätsinformationen
zu den einzelnen Sollbeschleunigungen ist es weiterhin erfindungsgemäß vorteilhaft
möglich, die Sollbeschleunigung mit der jeweils höchsten
Priorität zu identifizieren und in eine zentrale Sollbeschleunigung
umzuformen. Insbesondere ist es erfindungsgemäß vorteilhaft
möglich, sicherheitsrelevante Beschränkungen in
Bezug auf die Drehmoment- und Drehzahlanforderungen bei der Koordination
des Triebstranges zu berücksichtigen.
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Außerdem
erfolgt erfindungsgemäß die Bestimmung des Sollraddrehmomentes
zunächst auf Grundlage einer Vorsteuerung in Abhängigkeit
von Fahrzeugparametern, wobei ein Grundwert für das Sollraddrehmoment
bestimmt wird und im weiteren Verlauf auf Grundlage einer Abweichung
zwischen der Sollbeschleunigung und der Istbeschleunigung der Grundwert
für das Sollraddrehmoment korrigiert wird, so dass das
Sollraddrehmoment vorliegt. Erfindungsgemäß vorteilhaft
arbeitet ein Regler auf diese Weise in Verbindung mit einer Vorsteuerung,
die mit Hilfe vorhandener Fahrzeugparameter einen Grundwert der
Stellgröße berechnet, so dass zur Eliminierung
der Regelabweichung nur geringe Korrektureingriffe erforderlich
sind. Durch Deaktivierung des Reglers ist auch ein rein gesteuerter
Betrieb möglich, wenn gewünscht ist, dass der
beispielsweise als Moment ermittelte Fahrerwunsch direkt von den
Antriebsaggregaten umgesetzt wird.
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Ferner
ist es erfindungsgemäß vorgesehen, für
den Fall, dass das Kraftfahrzeug mehrere durch verschiedene Antriebsaggregate
angetriebene Achsen umfasst, das Sollraddrehmoment auf die angetriebenen
Achsen aufzuteilen, wobei die Aufteilung dadurch erfolgt, dass eine
Anforderung an das Drehmoment eines ersten Antriebsaggregates vorgegeben
wird, welches eine erste Achse antreibt, wobei aus der Differenz
zwischen dem Sollraddrehmoment und der Anforderung an das Drehmoment
des ersten Antriebsaggregates eine Anforderung an das Drehmoment
zum Antrieb einer zweiten Achse mittels mindestens eines weiteren
Antriebsaggregates abgeleitet wird. Da die Anforderung an das Drehmoment
eines ersten Antriebsaggregates in Abhängigkeit vom Bordnetzbedarf
und vom Batterieladezustand erfolgt, kann eine strategische Aufteilung
der Drehmomentanteile beispielsweise der Verbrennungskraftmaschine
und elektrischen Maschinen erfolgen. So kann über diesen
Pfad beispielsweise eine Lastpunktverschiebung der Verbrennungskraftmaschine
angefordert und umgesetzt werden. Ebenfalls kann, wenn eine kurzzeitige
starke Beschleunigungsanforderung vorliegt, ein gleichzeitiger Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine und der elektrischen Maschinen erfolgen,
oder aber ein alleiniger Betrieb der elektrischen Maschinen. Außerdem
kann ein Management eines Start-Stopp-Betriebes der Verbrennungskraftmaschine
umgesetzt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind den
Unteransprüchen und dem folgenden Ausführungsbeispiel
zu entnehmen.
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Dabei
zeigt
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1 eine
schematische Darstellung eines Blockschaltbildes zur Beschreibung
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gemäß 1 werden
die Fahrpedalstellungen von einer Fahrerwunschinterpretation (DrvReq) in
eine gewünschte Beschleunigung (a_Fahrer) umgesetzt. In
dem Modul (DrvReq) wird aus den Fahrervorgaben, also insbesondere
den Gas- und Bremspedalstellungen ein Beschleunigungs- beziehungsweise
Verzögerungswunsch (a_Fahrer) ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise über
Kennfelder, die als auf das jeweilige Fahrzeug abgestimmte Datensätze hinterlegt
sind. Für die Interpretation der Gaspedalstellung bei geschlossenem
Triebstrang, also nicht betätigter Kupplung, werden vier
Möglichkeiten zur Verfügung gestellt, die sich
durch die aus dem jeweiligen Kennfeld ermittelte physikalische,
Führungsgröße unterscheiden. 1. Gewünschte Beschleunigung: Mit
der Gaspedalstellung wird direkt eine gewünschte Beschleunigung
(a_Fahrer) vorgegeben. In diesem Fall kann ein im Triebstrangkoordinator
nachgeschalteter Beschleunigungsregler für eine exakte Einhaltung
des Sollwertes (a_Fahrer) sorgen. Über das Kennfeld kann
der Beschleunigungswunsch zusätzlich an die Fahrgeschwindigkeit
(v_Ist) gekoppelt werden. 2. Gewünschtes Radmoment: Mit
der Gaspedalstellung wird ein gewünschtes Radmoment, also
die Summe aller Räder, vorgegeben, das unter Berücksichtigung
der aktuellen Fahrwiderstände und der Fahrzeugmasse in
eine gewünschte Beschleunigung (a_Fahrer) umgerechnet wird. Über
das Kennfeld kann der Radmomentenwunsch zusätzlich an die
Fahrgeschwindigkeit (v_Ist) gekoppelt werden. 3. Gewünschte
Kupplungsleistung: Mit der Gaspedalstellung wird ein Wunsch für
die von der Kupplung übertragene Leistung vorgegeben. Unter
Berücksichtigung der Motordrehzahl (n_Ist) und der Getriebeübersetzung
(i) ergibt sich ein gewünschtes Radmoment und wie unter
2. eine gewünschte Beschleunigung (a_Fahrer). Über
das Kennfeld kann die gewünschte Kupplungsleistung beliebig
an die Kupplungsdrehzahl gekoppelt werden. 4. Gewünschtes
indiziertes Motormoment: Mit der Gaspedalstellung wird das gewünschte
indizierte Moment des Verbrennungsmotors vorgegeben, das unter Berücksichtigung
der Ladungswechselverluste und der Getriebeübersetzung
(i) in ein gewünschtes Radmoment und wie unter 2. in eine
gewünschte Beschleunigung (a_Fahrer) umgerechnet wird. Über
das Kennfeld kann das gewünschte indizierte Moment zusätzlich an
die Motordrehzahl (n_Ist) gekoppelt werden. Im Fall eines geöffneten
Triebstrangs, also wenn die Kupplung betätigt ist, wird
durch das Gaspedal kein Beschleunigungswunsch (a_Fahrer), sondern
eine gewünschte Kupplungsdrehzahl vorgegeben. Auch dies
erfolgt über ein Kennfeld, in das neben der Pedalstellung
der Umgebungsluftdruck eingeht. Bei der im Kennfeld ermittelten
Drehzahl handelt es sich um einen additiven Wert, der nachfolgend
einer bereits angeforderten Leerlaufdrehzahl zugeschlagen wird. Im Übergang
vom offenen zum geschlossenen Zustand des Triebstrags kann der resultierende
Wert als Drehzahlsollwert für einen Anfahrregler verwendet werden.
Die Interpretation der Bremspedalstellung erfolgt über
ein Kennfeld, dessen Ausgangsgröße ein negativer
Beschleunigungswunsch (a_Fahrer) ist. Über das Kennfeld
kann dieser Wunsch zusätzlich an die Fahrgeschwindigkeit
(v_Ist) gekoppelt werden. Um bei gleichzeitiger Betätigung
von Brems- und Gaspedal der Bremse den Vorrang zu geben, kann in diesem
Fall für die Interpretation des Gaspedals der Pedalwert
null angesetzt werden. Dies führt bei einer üblichen
Beda tung der Fahrpedal-Kennfelder (Fahrwiderstand und Schleppmoment
berücksichtigt) zu einem zusätzlichen negativen
Beschleunigungswunsch (a_Fahrer), der dem durch die Bremsbetätigung
gestellten Wunsch hinzuaddiert wird. Hinsichtlich der Priorität
des Fahrerwunschsignals (P_Fahrer) ist defaultmäßig
der Fahrerwunsch für die Koordination im Triebstrangkoordinator
mit der niedrigsten Priorität versehen. Für den
Einbezug der Fahrerassistenzsysteme, insbesondere ACC (Active/Adaptive
Cruise Control; Abstandsregeltempomat) mit Bremseneinbezug, kann
es jedoch notwendig sein, dem Fahrerwunsch wechselnde Prioritäten
zuzuordnen. Diese können im Modul (DrvReq) applikativ in Abhängigkeit
von Gas- und Bremspedalstellung festgelegt werden. Somit kann beispielsweise
bei Nichtbetätigung der Fahrpedale die Kontrolle an ACC übergeben
werden und bei Betätigung die ACC-Vorgabe wieder vom Fahrer übersteuert
werden.
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Wie
weiterhin in 1 dargestellt, resultiert aus
einer Geschwindigkeitsregelung (CrCtl) eine weitere Beschleunigungsanforderung
beziehungsweise -beschränkung (a_CrCtl). Die Funktion (CrCtl)
beinhaltet eine Geschwindigkeitsregelanlage sowie die ACC-Schnittstelle
und -Statemachine. Diese schließen sich gegenseitig aus
und hängen von der Fahrzeugausstattung ab. Die ACC-Schnittstelle
und -Statemachine (ACClf) lesen die Anforderungen vom ACC-Steuergerät
und koordinieren die Abschaltbedingungen. Nachfolgend werden einheitlich
für Geschwindigkeitsregelanlage- und ACC-Fall die Informationen
CrCtl-Sollbeschleunigung (a_CrCtl), ein Sollbeschleunigungsgradient
und eine Sollbeschleunigungstoleranz generiert, welche im weiteren
Verlauf, insbesondere in der später beschriebenen Funktion
(AxTqDstr) für die Bremsfreigabe und -ansteuerung genutzt
werden. Hinzu kommt die Information, ob ein aktives Bremssystem
verfügbar ist/eingesetzt werden darf. Dadurch ergibt sich
zwischen dem Geschwindigkeitsregelanlagen- und dem ACC-Fall für
alle nachfolgenden Teile des Triebstrangkoordinators kein Unterschied.
Für die Betriebsart ACC-Stop-and-Go muss eine Anfahrsolldrehzahl (n_Anfahr)
zum Drehzahlkoordinator (SpdCord) gesendet werden. Außerdem
wird der CrCtl-Sollbeschleunigung (a_CrCtl) eine Prioritätsinformation (P_CrCtl)
zugeordnet.
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Gemäß 1 resultiert
aus einer Geschwindigkeitsbegrenzung (VLim) eine weitere Beschleunigungsanforderung
beziehungsweise -beschränkung (a_VLim). Die Funktion (VLim)
dient zur Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit (v_Ist). Dazu werden die
Anforderungen von fester Maximalgeschwindigkeitsbegrenzung (v_Grenz)
koordiniert mit den Begrenzungsanforderungen beispielsweise in Bezug auf
Begrenzungen im Rückwärtsgang und vom Fahrer durch
einen variablen Limiter vorgegebener Maximalgeschwindigkeit. Basierend
auf der resultierenden Maximalgeschwindigkeitsbegrenzung (v_Grenz) wird
durch einen von der aktuellen Istbeschleunigung (a_Ist) abhängigen
Regler eine Begrenzungsbeschleunigung (a_VLim) generiert. Außerdem
wird der Begrenzungsbeschleunigung (a_VLim) eine Prioritätsinformation
(P_VLim) zugeordnet.
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Weiterhin
resultiert aus einer Drehzahlbegrenzung (SpdCord, SpdLim) eine weitere
Beschleunigungsanforderung beziehungsweise -beschränkung
(a_Drz_Min/Max). Der Drehzahlkoordinator (SpdCord) hat die Aufgabe,
von externen Modulen geforderte minimale und maximale Drehzahlen (n_Anforderungen)
zu koordinieren, um damit bei geschlossenem Triebstrang den erlaubten
Drehzahlbereich festzulegen und bei geöffnetem Triebstrang
die Leerlaufdrehzahlen der jeweils abgekoppelten Antriebsaggregate
(VKM, EM1, EM2) vorzugeben. Im ersten Fall ergeben sich die unteren
Bereichsgrenzen aus der größten geforderten minimalen
Drehzahl und die oberen Bereichsgrenzen aus der kleinsten geforderten
maximalen Drehzahl. Beispielsweise kann eine untere Grenze die Leerlaufdrehzahl
der VKM oder eine fahrerwunschabhängige Anfahrdrehzahl
sein, während eine obere Grenze allgemein dem Bauteilschutz
dient. Bei der Koordinierung müssen zudem eventuell unterschiedliche
Drehzahlniveaus der verschiedenen Aggregate (EM1, EM2) beachtet und
auf das Niveau der Verbrennungskraftmaschine (VKM) umgerechnet werden,
weshalb alle vorhandenen (festen und variablen) Übersetzungen
mit in die Berechnung einfließen. Damit wird die Kopplung
der Aggregate durch die Kupplung oder die Kupplungen beziehungsweise
dem geschlossenen Triebstrang und die Koppung der Drehzahlen der
einzelnen Achsen über die Strasse berücksichtigt.
Je nachdem, welche dieser Grenzen dann die beiden Bereichsgrenzen
bilden, werden die entsprechenden Prioritäten den Bereichsgrenzen
zugewiesen. Somit erhalten die folgenden Komponenten der Triebstrangkoordination
zusätzlich eine Information über die Wichtigkeit,
mit der die ermittelten Bereichsgrenzen eingehalten werden müssen.
Der Drehzahlkoordinator (SpdCord) hat ferner die Aufgabe, anhand
der Kupplungszustände festzulegen, welche Aggregate (VKM, EM1,
EM2) drehmoment- und welche drehzahlgeregelt werden sollen, was
durch Setzen entsprechender Bits erfolgt. Für alle drehzahlgeregelten
Aggregate (VKM, EM1, EM2) gibt der Drehzahlkoordinator (SpdCord)
zusätzlich eine Solldrehzahl (n_Soll) vor, wobei eine vom
jeweiligen Aggregat (VKM, EM1, EM2) selbst vorgeschlagene Drehzahl
zugrundegelegt wird, die auf die koordinierten Bereichsgrenzen limitiert
wird. Die Funktion (SpdLim) dient der Erzeugung von Fahrzeugsollbeschleunigungen (a_Drz_Min/Max)
zur Einhaltung von oberen oder unteren Drehzahlgrenzen.
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Hierzu
werden aus den in der Funktion (SpdCord) koordinierten Drehzahlanforderungen
in Abhängigkeit der aktuellen Kupplungsdrehzahl und des aktuell
gewählten Gangs jeweils eine Sollbeschleunigung für
eine obere und untere Grenzdrehzahl berechnet. Diese Sollbeschleunigungen
erhalten als Zusatz die der jeweils einzuhaltenden Grenzdrehzahl entsprechende
Prioritätsinformation (P_Drz_Min/Max), die zur Koordination
mit den weiteren Beschleunigungsanforderungen (a_VLim, a_CrCtl,
a_Fahrer) des Systems in (Acord) dient.
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Um
alle Anforderungen unter Beachtung der Beschränkungen in
einen einzigen gültigen Beschleunigungs-Sollwert (a_Soll)
umzuformen, ist ein nachgeschalteter Koordinator (ACord) vorgesehen. Dieser
trifft seine Entscheidungen anhand von Prioritätsinformationen
(P_VLim, P_CrCtl, P_Fahrer, P_Drz_Min/Max) der Einzelanforderungen
(a_CrCtl, a_VLim, a_Drz_Min/Max). Grundsätzlich sind in
diesem Triebstrangkoordinator alle zu koordinierenden Signale mit
einer Prioritätsinformation (P_VLim, P_CrCtl, P_Fahrer,
P_Drz_Min/Max) versehen, die entweder bereits vom jeweiligen Anforderer
vergeben wurde oder in den Koordinationsfunktionen des Triebstrangkoordinators
applikativ festgelegt werden kann. Diese Information wird mit dem
entsprechenden Signal an nachfolgende Funktionen übertragen. Der
Beschleunigungskoordinator (ACord) nimmt die begrenzenden Beschleunigungsanforderungen (a_CrCtl,
a_VLim, a_Drz_Min/Max) aus den Funktionen (SpdLim), (VLim) und (CrCtl)
mit den entsprechenden gesendeten Prioritäten (P_VLim,
P_CrCtl, P_Fahrer, P_Drz_Min/Max) und den Beschleunigungswunsch
des Fahrers (a_Fahrer) auf. Anhand der Prioritäten (P_VLim,
P_CrCtl, P_Fahrer, P_Drz_Min/Max) der einzelnen Anforderungen soll gewährleistet
werden, dass hochpriore Anforderungen, wie beispielsweise die einer
gesetzlichen Höchstgeschwindigkeitsbegrenzung, nicht durch
niederpriore Anforderungen überboten werden. Aus den Kombinationen
der geforderten Beschleunigungen (a_CrCtl, a_VLim, a_Drz_Min/Max)
und Prioritäten (P_VLim, P_CrCtl, P_Fahrer, P_Drz_Min/Max)
wird eine koordinierte Fahrzeugsoll beschleunigung (a_Soll) sowie
je eine obere und untere Begrenzung mit korrespondierenden Prioritäten
bereitgestellt.
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Der
auf den Beschleunigungskoordinator (Acord) folgende Beschleunigungsregler
(ACtl) hat die Aufgabe, das zum Erreichen der gewünschten Beschleunigung
(a_Soll) erforderliche Radmoment (M_Soll), also die Stellgröße,
zu ermitteln. Der Regler arbeitet mit einer Vorsteuerung, die mit
Hilfe vorhandener Fahrzeugparameter (m_Fzg, FW_fzg) einen Grundwert
der Stellgröße berechnet, so dass zur Eliminierung
der Regelabweichung (a_Soll – a_Ist) nur geringe Korrektureingriffe
erforderlich sind. Somit ist auch ein rein gesteuerter Betrieb möglich,
der beispielsweise gewünscht ist, wenn sich die Sollbeschleunigung
aus einem vom Fahrer gewünschten Motormoment ergibt (Option
in DrvReq). Damit lässt sich ein rein momentengeführtes
Fahrverhalten ohne Regelung darstellen. Die Stellgröße
des Beschleunigungsreglers wird mit der in (Acord) ermittelten Prioritätsinformation
(P_VLim, P_CrCtl, P_Fahrer, P_Drz_Min/Max) der einzuregelnden Sollbeschleunigung
(a_Soll) versehen und dementsprechend in den folgenden Funktionen
weiterverarbeitet. Der Beschleunigungsregler soll ein Radmoment
(M_Soll) berechnen, mit dem die geforderte Sollbeschleunigung (a_Soll)
erreicht wird. Der Regler teilt sich in eine Vorsteuerung und einen
PI-Regier. Die Vorsteuerung berechnet anhand der Sollbeschleunigung (a_Soll),
der Fahrzeugmasse (m_Fzg) und der Fahrwiderstände (FW_Fzg)
ein Vorsteuerungsmoment, das den folgenden Funktionen als langfristig
zu erreichendes Zielmoment zur Verfügung gestellt werden kann.
Der PI-Regler berücksichtigt die Abweichung zwischen Soll-
und Ist-Beschleunigung (a_Soll, a_Ist) und erzeugt ein Moment (M_Soll)
zur Einhaltung der geforderten Beschleunigung (a_Soll). An dieser
Stelle soll berücksichtigt werden, dass im Fall einer Begrenzung
des geforderten Moments, beispielsweise durch aggregatespezifische
Grenzen, auf eine geeignete Weise auf den I-Anteil des Reglers Einfluss
genommen wird. Die Ausgangssignale sind unbegrenzt. Bei der Auswahl
eines momentengeführten Fahrverhaltens wird prinzipiell
nur die Vorsteuerung genutzt und der Regler deaktiviert. Es ist
aber auch möglich, dass unter bestimmten Umständen,
wie zur Abregelung bei einer aktiven Beschleunigungsüberwachung,
der Regler situationsabhängig aktiviert wird.
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Das
gewünschte Radmoment (M_Soll) ist Eingangsgröße
für die Funktion Achsaufteilung (AxTqDstr), in der das
Moment (M_Achse_1, M_Achse_2) gemäß der Vorgaben
eines Drehmoment-Koordinators (TqCord) und – bei Hybrid-Konzepten – einer Betriebsstrategie
(HybOpmCtl) auf die angetriebenen Achsen (Achse_1, Achse_2) verteilt
wird. Zusätzlich wird ein Sollmoment für die Bremsanlage (M_Bremse)
erzeugt, sofern eine Verzögerung des Fahrzeugs gewünscht
ist, die nicht durch bremsend betriebene Motoren erreicht werden
kann. In der Funktion der (AxTqDstr) wird also das vom Beschleunigungsregler
(ACtl) geforderte Moment (M_Soll) auf die beiden Antriebsachsen
(Achse_1, Achse_2) aufgeteilt. Für die Aufteilung des Antriebsmoments
ist die Betriebsstrategie gemäß (HybOpmCtl) maßgebend.
Sie gibt vor wieviel Moment von der zweiten Antriebsachse (M_EM2)
umgesetzt werden soll, woraus sich dann das Moment ergibt, dass
von der ersten Achse umgesetzt werden muss (M_Achse_1). Die Funktion
(AxTqDstr) muss außerdem sicherstellen, dass sich die auf
die Achsen verteilten Momente (M_EM2, M_Achse_1) innerhalb der jeweiligen
Begrenzungen der Achsen (Achse_1, Achse_2) befinden. Zusätzlich
wird an dieser Stelle, sofern ein aktiver Bremszugriff zugelassen
ist, der Bremseneingriff koordiniert. Dazu wird in Abhängigkeit
der unteren Achs-Begrenzungsmomente, des Vergleichs von Beschleunigungsregelabweichung
und zulässiger Toleranz die aktive Bremsung freigegeben
und ein entsprechendes Radbremsmoment (M_Bremse) erzeugt, falls
der negative Beschleunigungswunsch so groß ist, dass er
nicht durch die vorhandenen Aggregate (VKM, EM1, EM2) allein gestellt
werden kann. Die daraus resultierenden lang- und kurzfristigen Bremsmomentenbegrenzungen
werden der Funktion (TqCord) zur Verfügung gestellt, um
den Beschleunigungsregler (Actl) entsprechend begrenzen zu können.
Außerdem wird ein Rohbremsmoment als Differenz, also die
Summe aller unteren Begrenzungsmomente, generiert.
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Im
Drehmomentkoordinator (TqCord) werden die Grenzen (M_Grenz_Max/Min_kurzfristig, M_Grenz_Max/Min_langfristig)
für das an jeder Achse kurz- und langfristig darstellbare
Drehmoment ermittelt und von dort an die Funktion (AxTqDstr) übergeben.
Der Koordinator verarbeitet von externen Modulen geforderte Drehmomentgrenzen,
beispielsweise zum Getriebeschutz und entscheidet anhand vorab vergebener
Prioritäten, welche Begrenzungen an der jeweiligen Achse
eingehalten werden müssen. Neben den langfristig wirksamen
Begrenzungen werden auf diesem Weg auch kurzzeitige Regeleingriffe, wie
beispielsweise Getriebeschalteingriffe oder Antriebsschlupfregelung,
einkoordiniert. Durch die Berücksichtigung der Prioritäten
der einzelnen Signale wird hier sichergestellt, dass sich externe
Eingriffe gegenüber dem Fahrerwunsch durchsetzen können und
nicht vom Be schleunigungsregler (Actl) ausgeregelt werden können,
andererseits hochpriore Wunschmomente, wie beispielsweise durch
Einhalten einer Drehzahluntergrenze oder Geschwindigkeitsbegrenzung
mit hoher Priorität aus (ACord) versehen, nicht von externen
Eingriffen überstimmt werden. In der Funktion (TqCord)
werden also Informationen über Momentenbegrenzungen gesammelt,
koordiniert, notwendige Begrenzungen berechnet und an andere Funktion
weitergegeben. Die langfristigen Aggregatebegrenzungen sowie langfristige
Begrenzungen durch das Getriebe werden entsprechend ihrer momentenerhöhenden
oder -erniedrigenden Wirkung sortiert und unter Berücksichtigung
der Getriebeübersetzung (i) zu einer langfristigen oberen
oder unteren Momentenbegrenzung summiert, insbesondere erfolgt dies
achsweise und als Summenmoment für das gesamte Fahrzeug,
welches als Stellgrössenbegrenzung des Beschleunigungsreglers
(ACtl) wirkt. Außerdem werden kurzfristige Begrenzungen für
jede einzelne Achse berechnet. Hierbei wird berücksichtigt,
dass elektrische Maschinen (EM1, EM2) kurzfristig ein höheres
Drehmoment zur Verfügung stellen können und VKM,
wie beispielsweise Ottomotoren, eine geringere Dynamik aufweisen.
Ebenso berücksichtigt werden an dieser Stelle momentenerhöhende
oder -erniedrigende Eingriffe des Getriebes, ASR- und MSR-Eingriffe
und ein eventuell bereits begrenzter Fahrerwunsch. Anhand von Prioritäten
der einzelnen Begrenzungen wird sichergestellt, dass hochpriore
Begrenzungen nicht durch weniger priore Begrenzungen beziehungsweise
Anforderungen überboten werden können. Auf diese
Weise werden kurzfristige Begrenzungen der Achsen (Achse_1, Achse_2)
für nachfolgende Funktionen bereitgestellt.
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Die
Funktion Betriebsstrategie (HybOpmCtl) bestimmt maßgeblich
die Aufteilung des gewünschten Drehmomentes (M_Soll) auf
die vorhandenen Antriebsmotoren (VKM, EM1, EM2), indem sie anhand
verschiedener Vorgaben, wie Momentengrenzen, Bordnetzbedarf (BNB)
und Batterieladezustand (SOC), geeignete Drehmomentanforderungen
an die vorhandenen Elektromotoren (EM1, EM2) stellt, die über
die Funktion (AxTqDstr und/oder AggTqDstr) eine Lastpunktverschiebung
der Verbrennungskraftmaschine (VKM) bewirken. Ferner sollen mit
der Betriebsstrategie auch ein Boost-Betrieb, ein rein elektrischer
Fahrbetrieb sowie ein Start/Stopp-Management der Verbrennungskraftmaschine
(VKM) ermöglicht werden. Die Funktion Betriebsstrategie
(HybOpmCtl) dient also der Berechnung der strategischen Momentenaufteilung
zwischen der Verbrennungskraftmaschine (VKM) und den elektri schen
Maschinen (EM1, EM2) innerhalb der von der Funktion (TqCord) vorgegebenen
Grenzen. Neben den strategischen Sollmomenten für die elektrischen
Maschinen stellt die Funktion (HybOpmCtl) dem System die Informationen über
die langfristigen und kurzfristigen Momentengrenzen der elektrischen
Maschinen zur Verfügung. Außerdem koordiniert
sie die Start/Stopp-Anforderungen für die Verbrennungskraftmaschine
(VKM) und betreibt die Ablaufsteuerung. Zudem koordiniert sie die
Betriebsmodi von Batterie, der elektrischen Maschinen (EM1, EM2) und
dem DC/DC-Wandler zwischen Hoch- und Niedervoltbatterie, um den
Bordnetzbedarf (BNB) zu decken und den Ladezustand der Hochvoltbatterie (SOC)
zu regeln. Die Betriebsstrategie steuert die Kupplungen zwischen
den Motoren und kommuniziert mit dem Getriebe, um die Start/Stopp-Übergänge
zu realisieren. Folgende Betriebsarten können damit von
der Betriebsstrategie koordiniert beziehungsweise ermöglicht
werden: 1. Start/Stopp, 2. Elektrisches Fahren, 3. Rekuperation,
4. Lastpunktverschiebung, 5. Instationärausgleich und Boosten.
Somit ist beispielsweise in Kombination der Punkte 2. und 4. der
Betrieb eines seriellen Hybridkonzepts darstellbar.
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Die
Funktion (AggTqDstr) dient dazu, das der ersten Achse zugewiesene
Antriebsmoment (M_Achse_1) auf die an der Achse (Achse_1) vorhandenen
Antriebsaggregate (VKM, EM1) aufzuteilen. Maßgeblich wird
diese Aufteilung durch die Betriebsstrategie gemäß (HybOpmCtl)
bestimmt, da diese das stationäre Moment (M_EM1) festlegt,
das durch die elektrische Maschine dieser Achse (EM1) gestellt werden
soll. Somit ergibt sich das von der Verbrennungskraftmaschine (VKM)
zu stellende Drehmoment (M_VKM) als Differenz zwischen (M_Achse_1)
und (M_EM1).
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Die
nach Achsaufteilung (AxTqDstr) und Aggregateaufteilung (AggTqDstr)
geforderten Drehmomente (M_VKM, M_EM1) können noch kurzzeitig durch
Ruckeldämpfer-Funktionen (JerkDamp) modifiziert werden.
In diesen wird mittels eines Torsionsschwinger-Modells ein zu erwartendes
Schwingverhalten prädiziert, so dass vorab durch entsprechende Drehmomenteingriffe
gegengesteuert werden kann. Der Ruckeldämpfer (JerkDamp)
hat also die Aufgabe, Schwingungen des Antriebsstrangs zu dämpfen. Mit
Hilfe eines modellbasierten prädiktiven Ansatzes lassen
sich die Schwingungen des Antriebsstrangs vorhersagen und somit
kompensieren, bevor der Antriebsstrang überhaupt zu Schwingungen
angeregt wird. Für jede angetriebene Achse ist ein eigener
Ruckeldämpfer (JerkDamp Ax1, JerkDamp Ax2) vorzusehen.
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Der
Ruckeldämpfer wird beispielsweise als prädiktiver
Optimalregler ausgeführt, der aus drei Teilbereichen besteht:
1. Mit Hilfe eines Modells des Antriebsstrangs wird auf Basis der
geforderten Momente für die Aggregate der zu regelnden
Achse (M_VKM, M_EM1, M_EM2) das zukünftige Verhalten der
Antriebsstrangdynamik vorhergesagt. Als Modell dient ein Zweimassen-Torsionsschwinger-Modell.
2. Parallel wird mit Hilfe eines Referenzmodells ein Sollverlauf
der zukünftigen Antriebsstrangdynamik vorgegeben. Beim
Referenzmodell handelt es sich um ein Zweimassen-Torsionsschwinger-Modell
mit modifiziertem Dämpfungsmaß. 3. Der Fehler
der beiden Prädiktionen wird mit einem optimalen Verstärkungsfaktor
gewichtet und es ergibt sich auf diese Weise ein Korrekturmoment,
um welches das geforderte Gesamtmoment der Achse verändert
wird. Der optimale Verstärkungsfaktor ist offline über
ein Gütefunktional bestimmt worden. Als Ausgang ergibt
sich jeweils ein Vektor mit den Soll-Momenten (M_VKM_Soll, M_EM1_Soll,
M_EM2_Soll) für die nächsten Abtastschritte. Zudem
werden die geforderten Momente für die Aggregate der zu
regelnden Achse (M_VKM, M_EM1, M_EM2) an nachgelagerte Funktionen
weitergereicht, um diesen eine Vorabinformation über die
zukünftig zu erwartenden Soll-Momente (M_VKM_Soll, M_EM1_Soll,
M_EM2_Soll) zu liefern. Als Zusatzinformation könnte beispielsweise noch
ein binäres Signal benötigt werden, das vorgibt, ob
das jeweilige Soll-Moment (M_VKM_Soll, M_EM1_Soll, M_EM2_Soll) hart,
also mit hoher dynamischer Genauigkeit, umzusetzen ist. Dies ist
beispielsweise bei einem Lastschlag der Fall, wohingegen bei konstanter
Fahrt die Exaktheit der Umsetzung nicht erste Priorität
hat und die Aggregate wirkungsgradoptimal betrieben werden können.
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Abschließend
ist gemäß 1 eine Bremsenschnittstelle
(Brklf) vorgesehen. Diese dient dazu, die für die Bremsenansteuerung
notwendigen Signale zu generieren. Dazu wird das aus der (AxTqDstr) angeforderte
Rohbremsmoment (M_Bremse) für eine applizierbare Zeit in
die Zukunft extrapoliert, um daraus eine Standby-Anforderung (Bremsen-Prefill) an
die Bremse zu generieren. Sofern das von der (AxTqDstr) angeforderte
koordinierte Bremsmoment (M_Bremse) ungleich 0 ist, wird daraus
die Bremsfreigabe generiert. Das Sollbremsmoment (M_Bremse_Soll)
kann über eine Kennlinie an die Bremscharakteristik angepasst
werden. Der Betrag des resultierenden Bremsmoments (M_Brems_Soll), das
Standby- und das Freigabe-Bit werden ans CAN-Interface zur Versendung übergeben.
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Es
ergeben sich somit die endgültig geforderten Sollmomente
(M_VKM_Soll, M_EM1 Soll, M_EM2_Soll, M_Bremse_Soll) als Ausgangsgrößen des
Triebstrangkoordinators. Die eigentlich gewünschten Momente
(M_VKM, M_EM1, M_EM2) werden als Zusatzinformation mit ausgegeben,
was beispielsweise dazu genutzt werden kann, Stellgrößen
der Verbrennungskraftmaschine (VKM) geeignet zu optimieren. Ebenso
werden den Aggregaten Momentenbegrenzungen, die in der Funktion
(TqCord) ermittelt wurden, mitgeteilt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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