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Die Erfindung betrifft die Steuerung eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug im Schiebebetrieb.
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Ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine kann zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verwendet werden, beispielsweise um eine möglichst starke Beschleunigung des Kraftfahrzeugs zu bewirken. Dabei wird die elektrische Maschine aus einem aufladbaren elektrischen Energiespeicher gespeist. Um den elektrischen Energiespeicher wieder aufzuladen, kann die elektrische Maschine auch als Generator verwendet werden, wobei sie Drehmoment des Antriebsstrangs in elektrische Energie umwandelt.
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Für eine sportliche Fahrweise, bei der die Beschleunigung des Kraftfahrzeugs durch den Einsatz der elektrischen Maschine gesteigert werden kann, muss darauf geachtet werden, dass der elektrische Energiespeicher möglichst jederzeit ausreichend gefüllt ist. Zum Aufladen des Energiespeichers werden üblicherweise Phasen des Schiebebetriebs verwendet, in denen das mittels des Antriebsstrangs bereitgestellte Drehmoment größer als ein gewünschtes Drehmoment ist. Anders als in einem verbrauchsorientierten Modus kann die Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor dann nicht unterbrochen, sondern fortgeführt werden, um das durch den Verbrennungsmotor bereitgestellte Drehmoment nicht auf null abzusenken. Gleichzeitig wird die elektrische Maschine dazu angesteuert, das überschüssige Drehmoment in elektrische Energie umzuwandeln, die dann im elektrischen Energiespeicher gespeichert werden kann.
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Für einen sportlichen Betrieb des Antriebsstrangs werden andererseits gelegentlich Maßnahmen zur Beeinflussung akustischer Emissionen eingesetzt. Für diese auch Emotionalisierung genannte Maßnahme kann insbesondere ein Zündwinkel des Verbrennungsmotors in Richtung spät verschoben werden, sodass Kraftstoff, der in den Verbrennungsmotor eingespritzt wird, wenigstens teilweise in einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors verbrennt. Gleichzeitig kann ein sogenanntes Ausblendmuster aktiviert werden, das einen vorbestimmten Rhythmus darstellt, in welchem Zündungen in einzelnen Zylindern des Verbrennungsmotors unterbunden werden. Auf diese Weise kann beispielsweise bei einem Übergang von einem Zugbetrieb des Antriebsstrangs in einen Schiebebetrieb in der Abgasanlage ein Geräusch erzeugt werden, das als Brabbeln bekannt ist. Dieses Brabbeln erfolgt üblicherweise beim Übergang des Verbrennungsmotors von einem befeuerten in einen unbefeuerten Schiebebetrieb.
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DE 10 2012 014 476 A1 betrifft eine Schubabschaltung bei gleichzeitiger Veränderung des Zündwinkels an einem Verbrennungsmotor.
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Während für die Aufladung des elektrischen Energiespeichers eine Schubabschaltung des Verbrennungsmotors im Schiebebetrieb verhindert werden soll, ist sie gleichzeitig für die Steuerung der akustischen Emissionen zu erlauben. Insofern schließen sich die beiden Maßnahmen gegenseitig aus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik bereitzustellen, die sowohl die Steuerung der akustischen Emissionen als auch die Aufladung eines elektrischen Energiespeichers ermöglicht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Ein Antriebsstrang, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst einen Verbrennungsmotor und eine elektrische Maschine. Ein Verfahren zum Steuern des Antriebsstrangs umfasst Schritte des Erfassens einer Anforderung, vom Zugbetrieb in den Schiebebetrieb überzugehen; des Steuerns einer vorbestimmten akustischen Emission des Verbrennungsmotors, indem ein Teil des in den Verbrennungsmotor eingespritzten Kraftstoffs in einem Abgastrakt verbrannt wird; und des gleichzeitigen Erhöhens eines Bremsmoments der elektrischen Maschine, um die Drehzahl des Verbrennungsmotors abzusenken.
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Dadurch kann der Widerspruch, dass eine Schubabschaltung aus Gründen der akustischen Steuerung ermöglicht werden soll, während sie aus Gründen der Aufladung eines elektrischen Energiespeichers verhindert sein soll, aufgelöst werden. Die Schubabschaltung bleibt deaktiviert, während die akustische Emission des Verbrennungsmotors gesteuert wird. Anschließend kann das Moment der E-Maschine abgesenkt werden, um den Energiespeicher aufzuladen.
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Das vorbestimmte Bremsmoment entspricht bevorzugt einem Lademoment, das gefordert ist um einen elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Das geforderte Lademoment kann insbesondere in Abhängigkeit eines Füllgrads des elektrischen Energiespeichers variabel sein. Üblicherweise wird der Energiespeicher sukzessive gefüllt, sodass das geforderte Lademoment über die Zeit absinkt. Die Geschwindigkeit des Anfüllens des Energiespeichers kann von dessen Kapazität und diese von der verwendeten Technologie abhängig sein.
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Hat der elektrische Energiespeicher einen ausreichenden Füllstand erreicht, so entspricht das Lademoment null und eine Schubabschaltung des Verbrennungsmotors kann ermöglicht werden. Ist die Schubabschaltung vollständig aktiv, so wird das Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsmotor gänzlich unterbunden.
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Eine Vorrichtung zur Steuerung des oben beschriebenen Antriebsstrangs umfasst eine erste Schnittstelle zur Erfassung einer Drehmomentvorgabe; eine zweite Schnittstelle zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsverhaltens des Verbrennungsmotors; eine dritte Schnittstelle zur Verbindung mit einer Steuervorrichtung zur Steuerung der elektrischen Maschine; und eine Verarbeitungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, auf der Basis der Drehmomentvorgabe eine Anforderung für einen Übergang von einem Zugbetrieb in einen Schiebebetrieb zu erfassen, eine vorbestimmte akustische Emission des Verbrennungsmotors zu steuern, wobei anschließend das Lademoment gesteigert werden kann.
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Anders ausgedrückt ist die Verarbeitungseinrichtung bevorzugt dazu eingerichtet, das oben beschriebene Verfahren durchzuführen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, wobei
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1 einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Antriebsstrangs von 1; und
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3 Verläufe am Antriebsstrang von 1 bei der Durchführung des Verfahrens von 2 darstellt.
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1 zeigt einen Antriebsstrang 100 für ein Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere einen Personenkraftwagen umfassen, der dazu eingerichtet ist, auf sportliche Weise gefahren zu werden. Der Antriebsstrang 100 umfasst einen Verbrennungsmotor 105 und eine elektrische Maschine 110. Optionale weitere Komponenten des Antriebsstrangs 100, beispielsweise eine Kupplung, ein Getriebe oder ein Antriebsrad, sind in 1 nicht dargestellt.
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Der Verbrennungsmotor 105 ist mittels einer Steuervorrichtung 115 steuerbar. Insbesondere können Parameter einer Verbrennung von Kraftstoff im Verbrennungsmotor 105 durch die Steuervorrichtung 115 beeinflusst werden. Bevorzugt ist die Steuervorrichtung 115 dazu eingerichtet, einen Zündzeitpunkt und eine Menge eingespritzten Kraftstoffs in den Verbrennungsmotor 105 zu steuern.
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Der Kraftstoff wird üblicherweise in einem Brennraum 120 des Verbrennungsmotors 105 verbrannt und entstehendes Abgas wird über einen Abgastrakt 125 in eine Umgebung entlassen. Die Steuervorrichtung 115 ist bevorzugt zusätzlich dazu eingerichtet, eine akustische Emission des Verbrennungsmotors 105 zu steuern, die als Soundtuning bekannt ist. Dabei wird ein Zündzeitpunkt einer Zündvorrichtung des Brennraums 120 so weit in Richtung spät verschoben, dass zumindest ein Teil des in den Brennraum 120 eingespritzten Kraftstoffs im Abgastrakt 125 verbrennt. Zusätzlich können Zündungen im Brennraum 120 in einem vorbestimmten Rhythmus, der auch Ausblendmuster wird, unterbrochen werden. Durch diese Maßnahmen kann sich ein vorbestimmter Klang des Verbrennungsmotors 105 einstellen, der als sportlich und angenehm empfunden werden kann.
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Eine Steuervorrichtung 130 ist dazu eingerichtet, einen Austausch von elektrischer Energie zwischen der elektrischen Maschine 110 und einem elektrischen Energiespeicher 135 zu steuern. In einer ersten Betriebsart wirkt die elektrische Maschine 110 als Antriebsmotor, wobei elektrische Energie aus dem Energiespeicher 135 entnommen und in mechanische Energie umgewandelt wird. In einer zweiten Betriebsart wird umgekehrt mechanische Energie mittels der elektrischen Maschine 110 in elektrische Energie umgewandelt, die im Energiespeicher 135 gespeichert werden kann. Die beiden Betriebsarten und die jeweils umgesetzte Leistung können mittels der Steuervorrichtung 130 gesteuert werden.
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Eine Vorrichtung 140 ist dazu eingerichtet, einen Betriebszustand der Steuervorrichtung 115 für den Verbrennungsmotor 105 oder der Steuervorrichtung 130 für die elektrische Maschine 110 zu beeinflussen. Insbesondere kann die Vorrichtung 140 eine vorübergehende Beeinflussung steuern, wenn der Antriebsstrang 100 vom Zugbetrieb in den Schiebebetrieb übergeht. Dazu ist die Vorrichtung 110 bevorzugt mittels einer ersten Schnittstelle 145 ausgestattet, über die sie eine Drehmomentvorgabe für den Antriebsstrang 100 entgegennehmen kann.
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Die Drehmomentvorgabe kann durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs gesteuert werden, in dem der Antriebsstrang 100 angeordnet ist und beispielsweise ein Gaspedal 150 umfassen. Eine andere Quelle für die Drehmomentvorgabe für den Antriebsstrang 100 ist ebenfalls möglich, beispielsweise ein Steuergerät zur Steuerung einer Fahrfunktion wie einer automatischen Geschwindigkeitssteuerung oder eines automatischen Bremssystems. Die Vorrichtung 140 ist ferner bevorzugt mittels einer zweiten Schnittstelle 155 mit der Steuervorrichtung 115 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 105 und weiter bevorzugt mittels einer dritten Schnittstelle 160 mit der Steuervorrichtung 130 zur Steuerung der elektrischen Maschine 110 verbunden. Dabei kann die Vorrichtung 140 die mit ihr verbundenen Komponenten auf eine vorbestimmte Weise steuern, die im Folgenden mit Bezug auf 2 genauer erläutert werden soll.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern des Antriebsstrangs 100 aus 1. Das Verfahren 200 kann insbesondere mittels der Vorrichtung 140 durchgeführt werden. In einer Ausführungsform ist das Verfahren 200 als Computerprogrammprodukt ausgebildet und die Vorrichtung 140 umfasst einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikrocontroller zur Durchführung des Computerprogrammprodukts.
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In einem Schritt 205 wird ein Übergang oder eine Anforderung zum Übergang des Antriebsstrangs 100 vom Zugbetrieb in den Schiebebetrieb erfasst. Im Zugbetrieb wird durch die Kombination aus Verbrennungsmotor 105 und elektrischer Maschine 110 ein positives Drehmoment zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Im Schiebebetrieb hingegen kann die Kombination aus Verbrennungsmotor 105 und elektrischer Maschine 110 ein zusätzliches negatives Drehmoment ausüben, um den Energiespeicher zu laden.
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Es ist bevorzugt, die Anforderung vom Zugbetrieb in den Schiebebetrieb anhand einer Drehmomentvorgabe zu bestimmen, die beispielsweise mittels des Gaspedals 150 abgetastet werden kann. Die Drehmomentvorgabe kann mit dem bereitgestellten Drehmoment verglichen werden.
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Wurde eine Anforderung zum Übergang in den Schiebebetrieb erfasst, so werden ein Schritt 210 und ein Schritt 215 nebenläufig ausgeführt. Im Schritt 210 werden die akustischen Emissionen des Verbrennungsmotors 105 gesteuert, indem das oben beschriebene Soundtuning ausgelöst wird, das ein Verbrennen von Kraftstoff im Abgastrakt 125 umfassen kann. Eine Schubabschaltung des Verbrennungsmotors 105 erfolgt dabei zunächst nicht. Anschließend wird in einem Schritt 215 ein Lademoment der elektrischen Maschine 110 erhöht, wobei die elektrische Maschine 110 als Generator betrieben wird. Der Teil des Kraftstoffs, der nicht im Abgastrakt 125, sondern im Brennraum 120 verbrennt.
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Der Schritt 210 wird üblicherweise nur kurz durchgeführt, beispielsweise kann er weniger als 1 s nach dem Übergang vom Zugbetrieb in den Schiebebetrieb beendet sein. Die akustische Emission des Verbrennungsmotors 105 kann dabei insbesondere einen nur kurz eingesetzten akustischen Akzent umfassen, beispielsweise das oben erwähnte Brabbeln.
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Anschließend kann in einem Schritt 220 das Bremsmoment der elektrischen Maschine 110 an ein vorbestimmtes Lademoment angeglichen werden. Dabei ist bevorzugt, dass das Angleichen allmählich, nach Art einer Annäherung erfolgt. Dabei gibt das Lademoment vor, welche Leistung mittels der elektrischen Maschine 110 in den elektrischen Energiespeicher 135 umgesetzt werden soll. Das geforderte Lademoment ist üblicherweise abhängig von einem Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 135. Ist der elektrische Energiespeicher 135 vollständig – oder auch nur ausreichend – geladen, so kann das geforderte Lademoment auf null absinken.
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In diesem Fall kann ein optionaler weiterer Schritt 225 durchgeführt werden, in welchem eine Schubabschaltung des Verbrennungsmotors 105 ermöglicht wird. In einer Ausführungsform wird die Schubabschaltung unmittelbar bewirkt, in einer anderen Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Durchführung der Schubabschaltung aktiviert, sodass die tatsächliche Schubabschaltung in Abhängigkeit noch weiterer Parameter durchgeführt werden kann. Anders ausgedrückt kann das Verhindern der Schubabschaltung während des Ablaufs der Verfahrensschritte 205 bis 220 aufgehoben werden.
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3 zeigt Verläufe am Antriebsstrang 100 von 1 bei der Durchführung des Verfahrens 200 von 2. Dargestellt ist eine exemplarische Situation des Antriebsstrangs 100 mit einer Anforderung zum Übergang von einem Zugbetrieb in einen Schiebebetrieb. In horizontaler Richtung ist eine Zeit angetragen, in vertikaler Richtung sind unterschiedliche Größen angetragen. Ein erster Verlauf 305 betrifft eine Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, in dem der Antriebsstrang 100 eingebaut ist. Unter Voraussetzung von konstanten Übersetzungsfaktoren im Antriebsstrang 100 ist dieser Verlauf direkt proportional zu einer Drehzahl des Verbrennungsmotors 105 und der elektrischen Maschine 110. Ein zweiter Verlauf 310 betrifft die Ansteuerung der oben als Soundtuning beschriebenen akustischen Emissionen.
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Nimmt der zweite Verlauf 310 einen hohen Wert ein, so wird die akustische Emission des Verbrennungsmotors 105 aktiv gesteuert, bei einem niedrigen Wert erfolgt keine intentionale Nachverbrennung von Kraftstoff im Abgastrakt 125.
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Ein dritter Verlauf 315 zeigt eine Drehmomentvorgabe an, die beispielsweise von einem Fahrer mittels des Gaspedals 150 bereitgestellt sein kann. Ein vierter Verlauf 320 reflektiert ein gefordertes Lademoment. Ein fünfter Verlauf 325 zeigt ein aktuelles Moment der elektrischen Maschine 110 an. Je geringer der dargestellte Wert ist, desto stärker bremst die elektrische Maschine 110 und desto größer ist die Leistung, die von mechanischer in elektrische Energie umgewandelt wird.
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Ungefähr zu einem Zeitpunkt T1 wird die Drehmomentvorgabe 315 stark zurückgenommen, was als Anforderung des Übergangs vom Zugbetrieb in den Schiebebetrieb bestimmt werden kann. Kurz darauf wird, wie sich am zweiten Verlauf 310 ablesen lässt, eine Soundtuning-Maßnahme durchgeführt, die zu einem Zeitpunkt T2 beendet ist. Während dieser Zeit kann das Moment der E-Maschine 325 konstant gehalten werden oder mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit abfallen.
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Es ist bevorzugt, dass nach dem Zeitpunkt T2, wenn die Beeinflussung der akustischen Emissionen des Verbrennungsmotors 105 beendet ist, das Moment der E-Maschine 325 allmählich, beispielsweise in einem linearen Verlauf, abgesenkt wird, bis es das geforderte Lademoment 320 erreicht. In der dargestellten Situation erfolgt dieses Erreichen zu einem Zeitpunkt T3. Anschließend bleibt das Moment der E-Maschine 325 im Wesentlichen gleich dem geforderten Lademoment 320. Im zeitlichen Verlauf sinkt das geforderte Lademoment 320 ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012014476 A1 [0005]