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DE102019213082A1 - Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs Download PDF

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DE102019213082A1
DE102019213082A1 DE102019213082.8A DE102019213082A DE102019213082A1 DE 102019213082 A1 DE102019213082 A1 DE 102019213082A1 DE 102019213082 A DE102019213082 A DE 102019213082A DE 102019213082 A1 DE102019213082 A1 DE 102019213082A1
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DE
Germany
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internal combustion
combustion engine
diagnosis
electrical machine
torque
Prior art date
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Application number
DE102019213082.8A
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English (en)
Inventor
Frank Meier
Jan Kappa
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to CN202010885262.6A priority patent/CN112440978A/zh
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (100) mit einer Brennkraftmaschine (110) und einer damit drehmomentgekoppelten elektrischen Maschine (120), bei dem während eines Betriebs eine Diagnose hinsichtlich einer Komponente (140, 141) durchführbar ist, wobei vor und/oder während einer Durchführung der Diagnose während eines vorgegebenen Zeitraums die Brennkraftmaschine (110) und die elektrische Maschine (120) zusammen derart betrieben werden, dass wenigstens eine für die Durchführung der Diagnose (D) relevante Zielgröße (T) der Brennkraftmaschine (110) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bleibt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer damit drehmomentgekoppelten elektrischen Maschine, bei dem während eines Betriebs eine Diagnose hinsichtlich einer Komponente durchführbar ist, sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
  • Stand der Technik
  • In einem Fahrzeug, insbesondere einem solchen mit einer Brennkraftmaschine, müssen heutzutage während einer Fahrt, also während des Betriebs, emissionsrelevante Komponenten bzw. Bauteile oder Systeme durch das Fahrzeug selbst bzw. eine entsprechende Recheneinheit oder ein entsprechendes Steuergerät, geprüft bzw. überwacht werden. Dies ist unter dem Begriff der On-Board-Diagnose bzw. OBD (hierzu gibt es auch eine entsprechende Gesetzgebung) bekannt.
  • Die sich daraus ergebenden Diagnosen müssen sowohl in einem Referenzabgastest als auch im normalen Fahrbetrieb laufen (dann nachgewiesen durch ein sogenanntes IUMPR bzw. „In Use Monitor Performance Ratio“). Die Diagnosen sollten dabei neben dem normalen Fahrbetrieb ablaufen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einer damit drehmomentgekoppelten elektrischen Maschine, bei dem während eines Betriebs eine Diagnose hinsichtlich einer Komponente durchführbar ist. Bei einer solchen Diagnose handelt es sich insbesondere um eine Diagnose im Rahmen der vorstehend schon erwähnte On-Board-Diagnose, wie sie für verschiedene Komponenten vorgenommen wird. Besonders relevant sind hierbei Komponenten, die Abgase bzw. Emissionen des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine betreffen oder beeinflussen, wie beispielsweise ein Katalysator oder eine Lambdasonde. Im Zuge einer solchen Diagnose wird insbesondere überprüft, ob bestimmte Messwerte innerhalb zulässiger Bereiche liegen.
  • Es hat sich nun gezeigt, dass es insbesondere bei einem sich auf Grund kurzfristiger Änderungen äußerer Bedingungen oder eines Fahrerwunsches sehr schnell ändernden Betriebszustand zu unerwünschten Abbrüchen und/ oder Neuanläufen der (einmal gestarteten) Diagnose kommen kann.
  • Wenn eine solche Diagnose beispielsweise mit einer aktiven Verstellung des sog. Lambda-Werts relativ zu einem Wert von Eins verbunden ist, kann die Diagnose sogar selbst unerwünschte Emissionen zur Folge haben. Beispielsweise kann es bei der Katalysator- oder Lambdasonden-Diagnose infolge schneller und starker Lasterhöhung zu einer Emissionserhöhung kommen, wenn das Katalysatorsystem dabei komplett mit einem vom Lambda Eins abweichenden Abgas durchströmt wird.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren werden nun vor und/oder während einer Durchführung der Diagnose (während eines Betriebs des Hybridfahrzeugs) während eines vorgegebenen Zeitraums, also insbesondere für eine gewisse Mindestdauer, die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine zusammen derart betrieben, dass wenigstens eine für die Durchführung der Diagnose relevante Zielgröße innerhalb eines vorgegebenen Bereichs, insbesondere zumindest im Wesentlichen konstant, bleibt.
  • Auf diese Weise können möglichst gleichbleibende Bedingungen beim Betrieb der Brennkraftmaschine geschaffen werden. Damit wird dem Erfordernis Rechnung getragen, wonach verschiedene Diagnosen in der Regel relativ stabile und mitunter eingeschränkte Betriebsbedingungen benötigen, um durchgeführt werden zu können. So müssen beispielsweise der Abgasmassenstrom und die Katalysatortemperatur in einem bestimmten Bereich liegen und stabil sein bzw. diese dürfen sich nicht zu stark ändern, um eine Katalysatordiagnose durchführen zu können. Insbesondere bei dynamischer Fahrt oder sich aus anderen Gründen stark ändernder Betriebspunkte sind solche Betriebspunkte häufig nicht gegeben. Es kommt daher bisher zu vielen Abbrüchen sowie auch zu stark streuenden Diagnoseergebnissen.
  • Hier setzt die Erfindung nun an und bindet die elektrische Maschine in einem Hybridfahrzeug mit ein, um den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine möglichst konstant zu halten. Etwaige Änderungen in einer Drehmomentanforderung und dergleichen werden einfach mittels der elektrischen Maschine - die keinen oder zumindest kaum Einfluss auf eine solche Diagnose hat - übernommen. Die elektrische Maschine kann dabei je nach Bedarf unterstützend (also durch Abgabe von Drehmoment in einem motorischen Betrieb) oder belastend (also durch Aufnahme von Drehmoment in einem generatorischen Betrieb) betrieben werden. Damit können insgesamt bessere Diagnoseergebnisse erzielt werden, die Anzahl von Abbrüchen oder Neuanläufen von Diagnose wird mitunter deutlich reduziert und auch können Emissionen verringert werden.
  • Hierzu sei angemerkt, dass unter einem Hybridfahrzeug jedes Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine und einer elektrischen Maschine verstanden werden kann, bei dem die elektrische Maschine zumindest in gewissem Maße unterstützend und/oder belastend auf die Brennkraftmaschine wirken kann. Insofern kann auch ein sog. Startergenerator schon als entsprechende elektrische Maschine in Betracht kommen.
  • Als solche Zielgrößen - die also während des vorgegebenen Zeitraums möglichst auf einem bestimmten Wert oder in einem bestimmten Wertebereich bleiben sollen - kommen insbesondere ein (vorzugsweise relatives) Lastmoment an der Brennkraftmaschine, eine durchgesetzte Luftmasse, ein Kraftstoffmassestrom, ein Abgasmassestrom, eine Abgastemperatur (insbesondere im Bereich des Katalysators), eine Drehzahl der Brennkraftmaschine und ein von der Brennkraftmaschine erzeugtes Drehmoment in Betracht.
  • Generell kann es, je nach Art der Diagnose, nötig sein, dass die Zielgröße vor, während oder aber vor und während der Diagnose möglichst konstant bleibt. Insofern kann der betreffende, vorgegebene Zeitraum entsprechend vor und/oder während der Diagnose gewählt werden. Die Länge des Zeitraums kann ebenfalls entsprechend der Art der Diagnose gewählt werden und kann von einer zeitlichen Dauer einer Durchführung der Diagnose abhängen, ebenso aber auch von einer Dauer, bis die für die Diagnose relevanten Bedingungen vorliegen.
  • Bevorzugt ist es auch, wenn während des vorgegebenen Zeitraums die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine zusammen weiterhin derart betrieben werden, dass eine Summe der von der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine abgegebenen Drehmomente einer Drehmomentanforderung an das Hybridfahrzeug, die beispielsweise durch einen Fahrerwunsch vorgegeben wird, entspricht. Dies bedeutet letztlich, dass in erster Linie etwaige Drehmomentänderungen durch die elektrische Maschine gestellt werden. Auf diese Weise kann weiterhin ein - zumindest in gewissen Grenzen - dynamischer Betrieb des Hybridfahrzeugs ermöglicht werden, während die Diagnose sicher durchgeführt werden kann. Denkbar ist natürlich auch, dass die Drehmomentanforderung einem konstanten Drehmoment entspricht, d.h. dass die Summe der von der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine abgegebenen Drehmomente während des vorgegebenen Zeitraums konstant oder zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
  • Vorteilhafterweise wird vor der Durchführung der Diagnose - und insbesondere auch vor dem vorstehend erwähnten Betrieb von Brennkraftmaschine und elektrischer Maschine - geprüft, welches maximale Drehmoment die elektrische Maschine aufnehmen und/oder abgeben kann, wobei die Diagnose nur dann durchgeführt wird, wenn unter Berücksichtigung des maximal von der elektrischen Maschine aufnehmbaren bzw. abgebbaren Drehmoments die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine während des vorgegebenen Zeitraums zusammen derart betrieben werden können, dass die Zielgröße der Brennkraftmaschine innerhalb des vorgegebenen Bereichs bleibt. Mit anderen Worten kann also zunächst geprüft werden, ob die elektrische Maschine überhaupt in der Lage ist, den Betrieb der Brennkraftmaschine soweit auszugleichen, dass letztere wie gefordert betrieben werden kann.
  • Falls dem nicht so ist, kann diese Prüfung beispielsweise zu einem späteren Zeitpunkt erneut vorgenommen werden. Dann können sich nämlich die Bedingungen sowohl für die Brennkraftmaschine als auch die elektrische Maschine geändert haben. Das maximale Drehmoment, das die elektrische Maschine aufnehmen und/oder abgeben kann, hängt dabei beispielsweise auch von einem aktuellen Zustand einer Batterie, einem verwendeten Inverter oder sonstigen Betriebsgrenzen, die ggf. auch von der Temperatur oder anderen Umgebungsbedingungen beeinflusst werden können, ab. Auf diese Weise können etwaige Abbrüche von Diagnosen noch effektiver verhindert werden.
  • Denkbar ist auch, dass eine Diagnose nur dann durchgeführt wird, wenn von der elektrischen Maschine ein bestimmtes Mindestdrehmoment abgegeben und/oder aufgenommen werden kann. Damit kann sichergestellt werden, dass hinreichend Drehmoment der Brennkraftmaschine ausgeglichen werden kann, um diese in dem betreffenden Betriebspunkt zu betreiben.
  • Wenn der Brennkraftmaschine ein Automatik-Getriebe (mit einer Anzahl an Gängen) zugeordnet ist, ist es auch bevorzugt, wenn während des vorgegebenen Zeitraums die Brennkraftmaschine weiterhin derart betrieben wird, dass durch Wahl eines geeigneten Ganges eine Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt. Damit kann beispielsweise ein für eine bestimmte Art von Diagnose bevorzugter Drehzahlbereich gewählt werden. Zum Beispiel kann es sinnvoll sein, die Drehzahl anzuheben, um höhere Abgastemperaturen zu erreichen. Diese sind oftmals vorteilhaft für die Katalysatordiagnose.
  • Wenn der Brennkraftmaschine ein stufenloses Automatik-Getriebe zugeordnet ist, wird vorzugsweise während des vorgegebenen Zeitraums die Brennkraftmaschine weiterhin derart betrieben, dass eine Drehzahl der Brennkraftmaschine zumindest im Wesentlichen konstant bleibt. Damit kann eine Diagnose noch effizienter gestaltet werden, da die Bedingungen noch stabiler sind.
  • Der Betriebspunkt eines Verbrennungsmotors ist durch seine Drehzahl und sein Drehmoment definiert. Werden vorzugsweise beide im Wesentlichen konstant bzw. innerhalb eines zulässigen Toleranzbereichs gehalten, werden also die Brennkraftmaschine und die elektrische Maschine vorzugsweise zusammen so betrieben, dass der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine im Rahmen einer Betriebspunkttoleranz konstant bleibt. In der Folge können gleichzeitig auch zahlreiche für Diagnosen relevante Zielgrößen im Wesentlichen konstant gehalten werden.
  • Besonders bevorzugt bzw. ein bevorzugtes Ziel ist, dass -je nach Eingriffsmöglichkeiten - der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, also Drehzahl und Drehmoment, als Zielgröße konstant oder zumindest möglichst konstant oder zumindest in dem erwähnten Bereich gehalten werden. Sofern dies nicht oder nicht hinreichend möglich ist, beispielsweise aufgrund fehlender Möglichkeit, die Drehzahl entsprechend konstant zu halten oder aber gezielt zu variieren, ist es bevorzugt bzw. ein bevorzugtes Ziel, den Abgasmassestrom und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine -je nach konkretem Anwendungsfall - konstant oder zumindest möglichst konstant oder zumindest in dem erwähnten Bereich zu halten. Weitere bevorzugte Zielgrößen wie durchgesetzte Luftmasse, Kraftstoffmassestrom, Abgasmassestrom und Abgastemperatur werden bei konstantem Betriebspunkt beispielsweise und in der Regel auch konstant bleiben.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch ein Hybridfahrzeug, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
    • 2 zeigt schematisch einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist schematisch ein Hybridfahrzeug 100 dargestellt, bei dem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist. Das Hybridfahrzeug 100 weist eine Brennkraftmaschine 110 sowie eine damit drehmomentgekoppelte elektrische Maschine 120 auf. Die elektrische Maschine kann dabei derart betrieben werden, dass sie die Brennkraftmaschine unterstützt, d.h. zusätzlich Drehmoment abgibt, oder aber auch Drehmoment aufnimmt, also generatorisch betrieben wird. Der Brennkraftmaschine 110 ist zudem beispielhaft ein stufenloses Automatik-Getriebe 150 zugeordnet.
  • Weiterhin ist eine als Motorsteuergerät ausgebildete Recheneinheit 130 dargestellt, mittels welcher die Brennkraftmaschine 110 und die elektrische Maschine angesteuert und damit betrieben werden können. Zudem kann damit eine Diagnose durchgeführt werden, beispielsweise eine Diagnose eines Katalysators 140 oder einer Lambda-Sonde 141, die jeweils nur schematisch angedeutet sind.
  • In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wie es beispielsweise bei dem Hybridfahrzeug bzw. auf dessen Motorsteuergerät gemäß 1 durchgeführt werden kann.
  • In einem Schritt 200 wird zunächst festgestellt, dass eine bestimmte Diagnose D durchgeführt werden soll. Dann wird in einem Schritt 210 geprüft, ob die elektrische Maschine - derzeit - ein gewisses Mindestdrehmoment Mmin abgeben bzw. aufnehmen kann und welches maximale Drehmoment Mmax diese abgeben bzw. aufnehmen kann.
  • Anschließend wird in einem Schritt 220 ein Betriebspunkt B (und damit das Drehmoment und, sofern mit dem vorhandenen Getriebe bzw. Getriebe- Konzept her möglich, die Drehzahl) der Brennkraftmaschine so auf einen vorgegebenen Wert innerhalb eines vorgegebenen Bereichs W eingestellt, dass wenigstens eine für die Durchführung der Diagnose D relevante Zielgröße, wie z.B. eine Abgastemperatur T, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bleibt. Innerhalb dieses Bereichs W wird der Betriebspunkt B dann für einen vorgegebenen Zeitraum Δt gehalten. Anschließend wird dann in einem Schritt 230 die Diagnose gestartet.
  • Während des Zeitraums Δt wird die elektrische Maschine derart betrieben bzw. angesteuert, dass eine etwaige Drehmomentanforderung MF an das Hybridfahrzeug durch eine Summer der aktuell von der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmomente eingehalten wird. Nach Beendigung der Diagnose kann in einem Schritt 240 dann wieder in den regulären Betrieb des Hybridfahrzeugs übergegangen werden.
  • Auf diese Weise können Diagnose in einem Hybridfahrzeug deutlich effizienter durchgeführt werden, da eine Anzahl an Abbrüchen bzw. Neuanläufen von Diagnose deutlich reduziert werden kann.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Hybridfahrzeugs (100) mit einer Brennkraftmaschine (110) und einer damit drehmomentgekoppelten elektrischen Maschine (120), bei dem während eines Betriebs eine Diagnose hinsichtlich einer Komponente (140, 141) durchführbar ist, wobei vor und/oder während einer Durchführung der Diagnose (D) während eines vorgegebenen Zeitraums (Δt) die Brennkraftmaschine (110) und die elektrische Maschine (120) zusammen derart betrieben werden, dass wenigstens eine für die Durchführung der Diagnose (D) relevante Zielgröße (T) der Brennkraftmaschine (110) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs bleibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine für die Durchführung der Diagnose relevante Zielgröße ausgewählt ist aus: einem Lastmoment, einem erzeugten Drehmoment, einer Drehzahl, einer durchgesetzten Luftmasse, einem Kraftstoffmassestrom, einem Abgasmassestrom und einer Abgastemperatur (T).
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während des vorgegebenen Zeitraums (Δt) die Brennkraftmaschine (110) und die elektrische Maschine (120) zusammen weiterhin derart betrieben werden, dass eine Summe der von der Brennkraftmaschine und der elektrischen Maschine abgegebenen Drehmomente einer Drehmomentanforderung (MF) an das Hybridfahrzeug (100) entspricht.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei vor der Durchführung der Diagnose (D) geprüft wird, welches maximale Drehmoment (Mmax) die elektrische Maschine aufnehmen und/oder abgeben kann, und wobei die Diagnose (D) nur dann durchgeführt wird, wenn unter Berücksichtigung des maximal von der elektrischen Maschine aufnehmbaren und/oder abgebbaren Drehmoments (Mmax) die Brennkraftmaschine (110) und die elektrische Maschine (120) während des vorgegebenen Zeitraums (Δt) zusammen derart betrieben werden können, dass die wenigstens eine für die Durchführung der Diagnose (D) relevante Zielgröße (T) innerhalb des vorgegebenen Bereichs bleibt.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn der Brennkraftmaschine (110) ein Automatik-Getriebe zugeordnet ist, während des vorgegebenen Zeitraums (Δt) die Brennkraftmaschine weiterhin derart betrieben wird, dass durch Wahl eines geeigneten Ganges eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (110) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei, wenn der Brennkraftmaschine (110) ein stufenloses Automatik-Getriebe (150) zugeordnet ist, während des vorgegebenen Zeitraums die Brennkraftmaschine weiterhin derart betrieben wird, dass eine Drehzahl der Brennkraftmaschine (110) zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei während des vorgegebenen Zeitraums (Δt) die Brennkraftmaschine (110) und die elektrische Maschine (120) zusammen derart betrieben werden, dass ein Betriebspunkt (B) der Brennkraftmaschine (110) innerhalb eines vorgegebenen Bereichs (W) bleibt.
  8. Recheneinheit (130), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
  9. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (130) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (130) ausgeführt wird.
  10. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.
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