DE10324573A1

DE10324573A1 - Kraftfahrzeug und elektronische Steuereinrichtung dafür

Info

Publication number: DE10324573A1
Application number: DE10324573A
Authority: DE
Inventors: Harald Dr.-Ing. Braun; Norbert Dipl.-Ing. Ebner; Heiko Dipl.-Ing. Mayer (BA)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2004-12-16
Also published as: US20070294016A1; WO2004106104A1; JP2007501000A

Abstract

Kraftfahrzeug (2) und elektronische Steuereinrichtung (4) dafür zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (6) und mindestens einer elektrischen Maschine (8). Mit Hilfe von Kennfeldern und Algorithmen werden Verlustmomente der elektrischen Maschine (8) berücksichtigt und unabhängig vom Betriebszustand des gesamten Antriebsstranges (10) des Kraftfahrzeuges (2) werden der elektrischen Maschine (8) Drehmomente vorgegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug und eine elektronische Steuereinrichtung dafür. Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektronische Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors und mindestens einer elektrischen Maschine, welche beide mit einem Fahrantriebsstrang des Kraftfahrzeuges antriebsmäßig verbunden oder verbindbar sind, wobei die elektrische Maschine mindestens als Generator, vorzugsweise jedoch auch als Elektromotor betreibbar ist.
Eine Kraftfahrezug-Antriebsvorrichtung dieser Art ist aus der DE 100 46 631 A1 bekannt. Sie offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Generators in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Generator ein Bordnetz mit Verbrauchern und mindestens einer Batterie speist. In einem Rekuperationsbereitschaftsmodus wird der Sollwert der Generatorausgangsspannung in Abhängigkeit von Fahrzustandsgrößen so vorgegeben, dass beim Abbremsen oder im Schubbetrieb des Fahrzeugs elektrische Energie in das Bordnetz eingespeist wird. Die Generatorspannung bestimmt die Richtung und die Größe des elektrischen Ladungsflusses an der Batterie, so dass sich Ladezyklen und Entladezyklen ergeben. Ferner wird in der DE 43 07 907 A1 vorgeschlagen, die Generatorspannung beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges zu erniedrigen, um den Verbrennungsmotor zu entlasten, und beim Abbremsen des Kraftfahrzeuges die Generatorspannung zu erhöhen, damit der Generator zur Aufladung der Batterie durch Rekuperation von Bremsenergie mehr Leistung aufnehmen kann.
Durch die an den Fahrzustand des Kraftfahrzeuges angepasste Sollwertvorgabe der Generatorspannung wird der Leistungsfluss zwischen Batterie, Generator und Verbraucher gesteuert.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, mit einer elektrischen Maschine, insbesondere in ihrem Generatorbetrieb erzeugbare Drehmomente mit besserem Wirkungsgrad auszunutzen.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit Hilfe von mindestens einem Kennfeld und mit Hilfe von Algorithmen gelöst, welche in der elektronischen Steuereinrichtung gespeichert sind und die Berechnung und Erzeugung von Signalen durch die elektronische Steuereinrichtung ermöglichen.
Mit Hilfe der beiden Funktionen (Kennfelder und Algorithmen) können Verlustmomente des Generators in die Verlustmomente des gesamten Antriebsstranges mit eingerechnet werden und es kann der Bereich der möglichen Drehmomente des Generators für die Momentensteuerung im Antriebsstrang berücksichtigt werden.
Außerdem ist es möglich, abhängig vom Betriebszustand des gesamten Antriebsstranges definierte Drehmomente an den Generator vorzugeben als Sollwert und einzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, im Folgenden Ausführungsform "A" genannt, wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Steuereinrichtung mindestens ein Diagramm gespeichert ist, welches den Zusammenhang zwischen je einer Vielzahl von Drehzahlwerten, Erregerstromwerten und Drehmomentwerten der elektrischen Maschine als Generator bei mindestens einem bestimmten Bordspannungswert repräsentiert, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um aus den Diagrammdaten anhand von je einem Drehzahlwert und einem Erregerstromwert den zugehörigen aktuellen Schlepp-Drehmoment-Istwert der elektrischen Maschine als Generator zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um hierfür den jeweils aktuellen Drehzahl-Istwert und aktuellen Erregerstrom-Istwert der elektrischen Maschine zu verwenden.
Vorteil der Ausführungsform A:
In einem Kraftfahrzeug-Antriebsstrang werden Schleppmomente insbesondere von der als Generator betriebenen elektrischen Maschine und von einer gegebenenfalls vorhandenen Klimaanlage des Kraftfahrzeuges erzeugt. Die vom Hersteller der elektrischen Maschine angegebenen Momente sind sehr ungenau, so dass selbst Maschinen des gleichen Typs, auf welchen die gleichen Momente angegeben sind, große Momentenabweichungen von den angegebenen Daten haben. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Drehmomente, insbesondere die Schleppmomente, der elektrischen Maschine genau berechnet werden anhand von jeweils aktuellen Betriebs-Istwerten. Damit können Momentenvorhalte des Verbrennungsmotors (vom Verbrennungsmotor erzeugtes Drehmoment zur Deckung einer externen Drehmomentanforderung an das Kraftfahrzeug durch den Fahrer oder einen automatischen Geschwindigkeitsgeber) eliminiert oder kleiner gemacht werden.
Weiter Merkmale der Erfindung zur Ausführungsform A sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 enthalten.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, im Folgenden Ausführungsform "B" genannt, wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass in der Steuereinrichtung mindestens ein Diagramm gespeichert ist, welches den Zusammenhang zwischen je einer Vielzahl von Drehzahlwerten, Erregerstromwerten und Drehmomentwerten der elektrischen Maschine als Generator bei mindestens einem bestimmten Bordspannungswert repräsentiert, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um aus dem Diagramm Daten anhand von je einem Drehzahlwert und einem Drehmomentwert den zugehörigen Erregerstromwert zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um hierfür einen Wert zu verwenden, welcher dem jeweils aktuellen Drehzahl-Istwert der elektrischen Maschine entspricht, und gleichzeitig einen Drehmomentwert zu verwenden, welcher von einer externen Drehmoment-Anforderung an das Fahrzeug abhängig ist, wobei die Steuereinrichtung dann einen dem Drehmomentwert entsprechenden Erregerstromwert an die elektrische Maschine gibt, um die externe Momentenanforderung mindestens teilweise durch die elektrische Maschine zu erfüllen.
Besondere Varianten der Ausführungsform B sind in den Unteransprüchen 9 bis 16 enthalten.
Vorteile der Ausführungsform B:
Im Rekuperationsbetrieb der elektrischen Maschine (elektrische Maschine als Generator zum Bremsen des Kraftfahrzeuges und Stromerzeugung aus der Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges) und bei Entlastung des Verbrennungsmotors durch Reduzierung des Schleppmomentes der elektrischen Maschine, wenn diese als Generator betrieben wird, oder durch Verwendung der elektrischen Maschine als Elektromotor, beispielsweise unmittelbar nach dem Starten des Verbrennungsmotors oder beim Beschleunigen des Kraftfahrzeuges, geht es immer nur um Drehmomentwünsche und nicht um Spannungswünsche. Wenn das Drehmoment der elektrischen Maschine durch Vorgabe von elektrischen Spannungswerten gesteuert oder geregelt wird, dann sind die tatsächlichen Ist-Drehmomentwerte der elektrischen Maschine sehr stark und nicht vorhersehbar von dem jeweiligen Ladezustand der elektrischen Batterie abhängig, an welche die elektrische Maschine und das Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen sind. Die Erfindung hat den Vorteil, dass die elektrische Maschine durch Drehmoment-Vorgaben gesteuert oder geregelt werden kann. Dadurch ergibt sich ein stets gleiches, und damit reproduzierbares, Verhalten der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Drehmoment; und das Verhalten des Kraftfahrzeuges ist für bestimmte Momentenwünsche immer das gleiche, so dass der Fahrer sich an das Verhalten des Kraftfahrzeuges gewöhnen kann und keinen unvorhergesehenen Fahrzeugreaktionen ausgesetzt ist.
Die beiden Ausführungsformen A und B können unabhängig voneinander oder in Kombination miteinander verwendet werden. Wenn die Ausführungsform A auch bei der Ausführungsform B verwendet wird, dann ergibt sich der weitere Vorteil, dass für die Ausführungsform B genauere Werte für die Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine und des Verbrennungsmotors von der Ausführungsform A zur Verfügung gestellt werden.
Die Steuereinrichtungen von beiden Ausführungsformen A und B sind zum taktweisen Abfragen und Berechnen der betreffenden Werte ausgebildet und enthalten einen elektronischen Taktgeber hierfür.
Die elektrische Maschine ist mit dem Fahrantriebsstrang des Kraftfahrzeuges antriebsmäßig verbunden oder verbindbar. Diese Antriebsverbindung bildet normalerweise eine Übersetzung nicht 1:1, sondern derart, dass die elektrische Maschine eine höhere Drehzahl als der Fahrantriebsstrang hat, beispielsweise eine dreimal höhere Drehzahl. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine mit dem Fahrantriebsstrang an jeder beliebigen Stelle verbunden sein, beispielsweise zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Schaltgetriebe des Fahrantriebsstranges. Die Übersetzung dieser Antriebsverbindung der elektrischen Maschine wird von der Steuereinrichtung bei der Berechnung der Drehzahl der elektrischen Maschine durch einen entsprechenden Übersetzungsfaktor berücksichtigt. Wenn die elektrische Maschine durch die Antriebsverbindung zwischen dem Schaltgetriebe und angetriebenen Rädern mit dem Fahrantriebsstrang verbunden ist, dann muss auch ein Übersetzungsfaktor des Schaltgetriebes von der Steuereinrichtung berücksichtigt werden.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinrichtung der beschriebenen Art und auch damit ausgerüstete Fahrantriebsstränge sowie damit ausgerüstete Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen
1 schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Steuereinrichtung nach der Erfindung,
2 ein Diagramm von Daten, die in der elektronischen Steuereinrichtung gespeichert und durch einen Algorithmus als Diagramm lesbar oder berechenbar sind,
3 ein weiteres Diagramm mit Daten, welche in der elektronischen Steuereinrichtung gespeichert und durch einen Algorithmus als Diagramm lesbar oder berechenbar sind.
1 zeigt schematisch Teile eines Kraftfahrzeuges 2 und eine elektronische Steuereinrichtung 4 zur Steuerung eines Verbrennungsmotors 6 und mindestens einer elektrischen Maschine 8. Der Verbrennungsmotor 6 ist über einen Fahrantriebsstrang 10, welcher vorzugsweise ein übersetzungsvariables Getriebe 12 enthält, mit mindestens einer antreibbaren Fahrzeugachse 14 zum Antrieb von Fahrzeugrädern 16 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar. Vorzugsweise ist eine schaltbare Kupplung 18 im Strangabschnitt 20 zwischen dem Verbrennungsmotor 6 und dem Getriebe 12 vorgesehen.
Die elektrische Maschine 8 ist über eine Antriebsverbindung 22, z. B. eine Getriebestufe, mit dem Fahrantriebsstrang 10 antriebsmäßig verbunden oder verbindbar, vorzugsweise an einer zwischen dem Verbrennungsmotor 6 und der schaltbaren Kupplung 18 gelegenen Stelle 24. Gemäß anderer Ausführungsform könnte diese Stelle 24 auch zwischen der Kupplung 18 und dem Getriebe 12 oder zwischen dem Getriebe 12 und der antreibbaren Fahrzeugachse 14 liegen. In diesem Falle ist für die Drehzahl der elektrischen Maschine 8 relativ zur Drehzahl der Kurbelwelle 26 des Verbrennungsmotors 6 nicht nur das Übersetzungsverhältnis der Antriebsverbindung 22 zu berücksichtigen, sondern auch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 12 zwischen seinem Getriebeeingang und Getriebeausgang. Bei einer Ausführungsform der in 1 dargestellten Art beträgt das Übersetzungsverhältnis der Antriebsverbindung 22 vorzugsweise ungefähr 1:3, so dass die elektrische Maschine ungefähr dreimal so schnell dreht, wie die Kurbelwelle 26 des Verbrennungsmotors 6. Gemäß bevorzugter Ausführungsform erkennt die Steuereinrichtung 4 die jeweils aktuelle Drehzahl der elektrischen Maschine 8 an den Zündfolgen oder der Kurbelwellendrehzahl des Verbrennungsmotors 6
Die elektronische Steuereinrichtung 4 kann in Form eines einzigen Gerätes oder in Form von mehreren Geräten ausgebildet sein. Die Steuereinrichtung beinhaltet, wie nur schematisch angedeutet, ein Motorsteuergerät 4-1 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 6, ein Bordnetzsteuergerät 4-2 zur Steuerung eines Bordnetzes 28, insbesondere des Ladezustandes von einer oder mehreren Batterien 30 und einen Koordinator 4-3 zur Steuerung oder Regelung des Verbrennungsmotors 6 und der elektrischen Maschine 8 in Abhängigkeit von einerseits dem elektrischen Zustand des Bordnetzes 28 bzw. dessen Batterie 30 und andererseits von externen Drehmomentanforderungen an das Fahrzeug. Externe Drehmomentanforderungen können dem Fahrzeug z. B. durch einen Fahrer über ein Gaspedal 32 und ein Bremspedal 34 oder durch eine automatische Fahrgeschwindigkeits-Regeleinrichtung 36 gegeben werden, die über Steuerleitungen mit der Steuereinrichtung 4 verbunden sind. Die Fahrgeschwindigkeits-Regeleinrichtung kann beispielsweise ausgebildet sein, um eine konstante Fahrzeuggeschwindigkeit einzuhalten, unabhängig von wechselnden Fahrwiderständen durch z. B. Bergauffahrt und Bergabfahrt. Eine solche Fahrgeschwindigkeitsregelung ist unter dem Namen "Tempomat" bekannt. Ferner kann die Fahrgeschwindigkeits-Regeleinrichtung 36 ausgebildet sein, um das Fahrzeug in Abhängigkeit vom Abstand von Hindernissen vor dem Fahrzeug abzubremsen oder bei Wegfall des Hin dernisses wieder zu beschleunigen. Die Erfindung ist jedoch auch dann mit Vorteil anwendbar, wenn keine automatische Fahrzeuggeschwindigkeits-Regeleinrichtung 36 vorgesehen ist.
Die elektrische Maschine 8 hat einen Stromerzeugerausgang 38, welcher einphasig oder mehrphasig sein kann und mit dem Bordnetz 28 elektrisch verbunden ist. Ferner hat die elektrische Maschine 8 einen Erregerwicklungsanschluss 40, welcher mit der elektronischen Steuereinrichtung 4, vorzugsweise mit dessen Koordinator 4-3, elektrisch verbunden ist.
Das Bordnetz 28 beinhalten beispielsweise eine Innenbeleuchtung und eine Außenbeleuchtung, welche schematisch bei 42 dargestellt sind. Ferner kann es eine Klimaanlage haben, welche schematisch bei 44 gezeigt ist. Außerdem können Elektromotoren 46 vorgesehen sein, beispielsweise als Fensterheber oder Schiebedachantrieb. Diese Aufzählung ist nur beispielhaft und schließt andere Stromverbraucher an Bord eines Kraftfahrzeuges nicht aus.
Ausführungsform A der Erfindung:
In der elektronischen Steuereinrichtung 4 ist mindestens ein Diagramm gespeichert, welches den Zusammenhang zwischen je einer Vielzahl von Drehzahlwerten "n", Erregerstromwerten "IE" und Drehmomentwerten "M" der elektrischen Maschine 8 als Generator bei mindestens einem bestimmten Bordspannungswert repräsentiert. Die Steuereinrichtung 4 ist auch ausgebildet, um aus den Diagrammdaten anhand von je einem Drehzahlwert "n" und einem Erregerstromwert "IE" den zugehörigen aktuellen Schlepp-Drehmoment-Istwert der elektrischen Maschine 8 als Generator zu ermitteln. Die Steuereinrichtung 4 ist ausgebildet, um hierfür den jeweils aktuellen Drehzahl-Istwert und aktuellen Erregerstrom-Istwert "IE" der elektrischen Maschine 8 zu verwenden. Das Diagramm kann jeweils nur für eine bestimmte Bordspannung des Bordnetzes 28 durch Tests erstellt werden, weil sich die Diagrammwerte mit der Bordspannung ändern.
Deshalb ist in der Steuereinrichtung 4 vorzugsweise eine Vielzahl von den genannten Diagrammen gespeichert, wobei jedes Diagramm die genannten Werte für einen anderen Bordspannungswert enthält, und wobei die Steuereinrichtung 4 ausgebildet ist, um jeweils das Diagramm auszuwählen, welches bei dem Bordspannungswert erstellt wurde, welcher dem aktuellen Bordspannungs-Istwert näher kommt als der Bordspannungswert von anderen Diagrammen.
Die Steuereinrichtung 4 ist gemäß bevorzugter Ausführungsform ausgebildet, um Zwischenwerte in den Fällen durch Interpolieren zu berechnen, in denen der aktuelle Bordspannungs-Istwert mit keinem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Steuereinrichtung 4 ein Algorithmus gespeichert, welcher für die elektrische Maschine 8 den Zusammenhang von Drehzahl "n" und elektrischer Bordspannung definiert, und die Steuereinrichtung 4 ist ausgebildet, um mittels dieses Algorithmus Zwischenwerte zu berechnen in den Fällen, in denen der aktuelle Bordspannungs-Istwert mit keinem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Häufig erstellt der Hersteller der elektrischen Maschine 8 die Diagramme nur für einen begrenzten Bereich von Betriebswerten, beispielsweise nur für Erregerströme von 2 Ampere und mehr, aber nicht für niedrigere Erregerströme und damit auch nicht für kleine Drehmomente. Deshalb ist gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung für die Fälle, in denen die Diagrammwerte nur für bestimmte Wertebereiche gespeichert sind, in der Steuereinrichtung 4 ein Algorithmus gespeichert, mittels welchem die Steuereinrichtung über die gespeicherten Wertebereiche hinaus einen aktuellen Erregerstrom-Istwert be rechnen kann, in Situationen, in denen aktuelle Werte außerhalb der gespeicherten Wertebereiche liegen.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform von Diagrammen für die elektrische Maschine 8 als Generator, in welchen die Drehzahlwerte "n" auf einer Diagrammachse "n", die Drehmomentwerte "M" auf einer anderen Diagrammachse "M", und die Erregerströme "IE" als Kurven IE1, IE2, IE3, bis zu einer beliebigen Anzahl IEn im Feld zwischen den Diagrammachsen gespeichert sind. In der Steuereinrichtung 4 ist ein Algorithmus gespeichert, durch welchen jeweils aus zwei verschiedenen dieser Werte der jeweils zugehörige dritte Wert bestimmbar, z. B. herauslesbar oder berechenbar ist.
Die Steuereinrichtung 4 ist für eine beliebige der vorgenannten Varianten vorzugsweise ausgebildet, um in Abhängigkeit von dem jeweils ermittelten aktuellen Schlepp-Drehmoment-Istwert "M" der elektrischen Maschine 8 den Verbrennungsmotor 6 zu steuern oder zu regeln, zusätzlich zur Steuerung des Verbrennungsmotors 6 durch die Steuereinrichtung 4 in Abhängigkeit von einer externen Antriebs-Drehmomentanforderung 32, 34, 36 an das Kraftfahrzeug 2, so dass durch die Steuereinrichtung 4 von dem Verbrennungsmotor ein resultierendes Drehmoment gefordert wird, welches sich aus der externen Antriebs-Drehmomentforderung 32, 34, 36 und mindestens einem Teil des Schlepp-Drehmoment-Istwertes der elektrischen Maschine 8 im Generatorbetrieb zusammensetzt.
Ausführungsform B der Erfindung:
Bei der Ausführungsform B der Erfindung ist in der Steuereinrichtung 4 mindestens ein Diagramm gespeichert, welches den Zusammenhang zwischen je einer Vielzahl von Drehzahlwerten "n", Erregerstromwerten IE und Drehmomentwerten "M" der elektrischen Maschine 8 als Generator bei mindestens einem bestimmten Bordspannungswert repräsentiert. Die Steuereinrichtung 4 ist ausgebildet, um aus dem Diagramm Daten anhand von je einem Drehzahlwert "n" und einem Drehmomentwert "M" den zugehörigen Erregerstromwert "IE" zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um hierfür einen Wert zu verwenden, welcher dem jeweils aktuellen Drehzahl-Istwert "n" der elektrischen Maschine 8 entspricht, und gleichzeitig einen Drehmomentwert "M" zu verwenden, welcher von einer externen Drehmoment-Anforderung 32, 34, 36 an das Fahrzeug abhängig ist. Die Steuereinrichtung 4 gibt dann einen dem Drehmomentwert "M" entsprechenden Erregerstromwert "IE" an die elektrische Maschine 8, um die externe Momentenanforderung 32, 34, 36 mindestens teilweise durch die elektrische Maschine 8 zu erfüllen.
Das Diagramm kann jeweils nur für eine bestimmte Bordspannung des Bordnetzes 28 durch Tests erstellt werden, weil sich die Diagrammwerte der Bordspannung ändern. Deshalb ist in der Steuereinrichtung 4 vorzugsweise eine Vielzahl von den genannten Diagrammen gespeichert, wobei jedes Diagramm die genannten Werte für einen anderen Bordspannungswert enthält, und wobwi die Steuereinrichtung 4 ausgebildet ist, um jeweils das Diagramm auszuwählen, welches bei dem Bordspannungswert erstellt wurde, welcher dem aktuellen Bordspannungs-Istwert näher kommt als der Bordspannungswert von anderen Diagrammen.
Die Steuereinrichtung 4 ist gemäß bevorzugter Ausführungsform ausgebildet, um Zwischenwerte in den Fällen durch Interpolieren zu berechnen, in denen der aktuelle Bordspannuns-Istwert mit keinem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in der Steuereinrichtung 4 ein Algorithmus gespeichert, welcher für die elektrische Maschine 8 den Zusammenhang von ihrer Drehzahl "n" und elektrischer Bordspannung definiert, und die Steuereinrichtung 4 ist ausgebildet, um mittels dieses Algorithmus Zwischenwerte zu berechnen in den Fällen, in denen der aktuelle Bordspannungs-Istwert mit keinem der Bord spannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Häufig erstellt der Hersteller der elektrischen Maschine 8 die Diagramme nur für einen begrenzten Bereich von Betriebswerten, beispielsweise nur für Erregerströme von 2 Ampere und mehr, aber nicht für niedrigere Erregerströme und damit auch nicht für kleine Drehmomente. Deshalb ist gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung für die Fälle, in denen die Diagrammwerte nur für bestimmte Wertebereiche gespeichert sind, in der Steuereinrichtung 4 ein Algorithmus gespeichert ist, mittels welchem die Steuereinrichtung über die gespeicherten Wertebereiche hinaus einen aktuellen Erregerstrom-Istwert berechnen kann, in Situationen, in denen aktuelle Werte außerhalb der gespeicherten Wertebereiche liegen.
2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform von Diagrammen für die elektrische Maschine 8 als Generator, in welchen die Drehzahlwerte "n" auf einer Diagrammachse "n", die Drehmomentwerte "M" auf einer anderen Diagrammachse "M", und die Erregerströme "IE" als Kurven IE1, IE2, IE3 bis zu einer beliebigen Anzahl IEn im Feld zwischen den Diagrammachsen gespeichert sind. In der Steuereinrichtung 4 ist ein Algorithmus gespeichert, durch welchen jeweils aus zwei verschiedenen dieser Werte der jeweils zugehörige dritte Wert bestimmbar, z. B. herauslesbar oder berechenbar ist.
3 zeit ein Diagramm für die elektrische Maschine als Generator, in welchem die Drehzahlwerte "n" auf einer Diagrammachse "n", die Erregerstromwerte "IE" auf einer anderen Diagrammachse "IE", und die Drehmomentwerte "M" als Kurven M1, M2, M3, ... Mn im Feld zwischen den Diagrammachsen n, M gespeichert sind. In der Steuereinrichtung 4 ist ein Algorithmus gespeichert, durch welchen aus jeweils zwei verschiedenen dieser Werte der jeweils zugehörige Dritte dieser Werte berechenbar ist.
Jede der beiden Arten von Diagrammen der 2 und 3 ist für beide Ausführungsformen A und B verwendbar. Die Diagrammart von 2 ergibt jedoch weniger Rechenarbeit der Steuereinrichtung 4 für A, und die Diagrammart von 3 ergibt weniger Rechenarbeit der Steuereinrichtung 4 für B und damit jeweils kürzere Reaktionszeiten. A und B können gemeinsame oder je eigene Diagramme haben.
Die Steuereinrichtung 4 der Ausführungsform B ist vorzugsweise ausgebildet, um mittels des Erregerstromwertes an der elektrischen Maschine 8 ein Rekuperations-Bremsmoment in Abhängigkeit von der externen Drehmomentanforderung 32, 34, 36 einzustellen zur Umwandlung von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges in elektrischen Strom.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung enthält die Steuereinrichtung 4 die Funktionen von beiden Ausführungsformen A und B in Kombination.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die Vorausberechnung der Drehmomente der elektrischen Maschine. Dadurch kann als elektrische Maschine nicht nur ein üblicher Starter/Generator verwendet werden, sondern eine elektrische Maschine, z. B. als Generator, auch über eine LIN-Schnittstelle (LIN: local interconnect network) angeschlossen werden, welche Bestandteil der elektronischen Steuereinrichtung 4 ist.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform C der Erfindung beschrieben, deren Merkmale auch auf die Ausführungsformen A und B anwendbar sind.
Die elektronische Steuereinrichtung 4 enthält hierfür Funktionen bzw. Algorithmen, durch welche aus den Ausgangssignalen eines LIN-Generators (elektrische Maschine 8 im Generatorbetrieb) fehlende Eingangssignale des Koordinators der Steuereinrichtung 4 berechenbar sind. Unter anderen Berechnungen werden auch die Momentengrößen für den Koordinator vorausberechnet (Momentenvorausbrechnung).
Die Funktionszykluszeit beträgt beispielsweise 50ms. Alle Ausgangssignale werden vorzugsweise mit dem wert 0 initialisiert.
Wenn anstelle eines Starter/Generators ein LIN-Generator verwendet wird, dann kann der LIN-Generator nicht alle Signale wie ein Starter/Generator liefern. Da diese Signale in den nachfolgend beschriebenen Funktionen des Koordinators der Steuereinrichtung 4 benötigt werden, ist in der Steuereinrichtung eine bestimmte Funktion vorgesehen, durch welche die fehlenden Signale aus LIN-Generatorgrößen berechnet werden. Die Ausgangssignale dieser Funktion sind:

a) Generator-Strom. Der aktuelle Wert des Generator-Stroms wird aus einem der genannten Kennfelder über der Drehzahl und dem Erregerstrom des Generators ermittelt. Über eine in der Steuereinrichtung 4 gespeicherte Generator-Identifikation wird automatisch erkannt, welcher Generator verwendet wird, und welches Kennfeld zu verwenden ist. Falls die aktuelle Spannung des Bordnetzes von der Spannung des Kennfeldes abweicht, wird der Generator-Strom entsprechend korrigiert. Wenn sich die elektrische Maschine 8 (Generator) im Bereich der Vollregelung befindet, so wird ein Korrekturstrom aus dem Kennfeld über Drehzahl und Spannung ermittelt und mit dem Generatorstrom verrechnet.
b) Generator-Wirkungsgrad. Der aktuelle Wert des Generator-Wirkungsgrads wird aus dem Kennfeld über der Drehzahl und der Leistung des Generators ermittelt. Über die Generator-Identifikation wird erkannt, welcher Generator verbaut ist und welches Kennfeld zu verwenden ist.
c) Generator-Drehmoment. Der aktuelle Wert des Generator-Drehmoments wird aus dem aktuellen Wert von Strom, Spannung, Wirkungsgrad und Drehzahl durch die Steuereinrichtung 4 berechnet.
d) Generator-Lademoment. Der aktuelle Wert des Generator-Lademoments wird aus den Bordnetzgrößen Ladespannung, Ladestrom, Generator-Wirkungsgrad und Generator-Drehzahl von der Steuereinrichtung 4 berechnet. Wenn man sich im Lade-Modus (Batterie-Ladebetrieb) befindet, wird auf den aktuellen Wert des Generator-Drehmoments umgeschaltet.
e) Maximal statisch mögliches Drehmoment. Aus den Bordnetzgrößen Rekuperationsspannung und Rekuperationsstrom wird die maximal aufnehmbare Leistung des Bordnetzes von der Steuereinrichtung 4 berechnet. Aus einer Kennlinie der Drehzahl des Diagramms wird die maximale Leistung des LIN-Generators ermittelt (über die Generator-Identifikationsdaten wird erkannt, welcher Generator verbaut ist und welche Kennlinie zu verwenden ist). Von diesen beiden Größen wird die kleinere verwendet, welche die engere Begrenzung für das System darstellt. Aus dieser Größe wird mit Hilfe des aktuellen Wirkungsgrads und der Drehzahl das aktuell maximal mögliche Moment des LIN-Generaots berechnet.
f) Maximal dynamisch mögliches Drehmoment ist gleich dem maximal statisch möglichen Drehmoment.
g) Minimal statisch mögliches Drehmoment. Aus den Bordnetzgrößen Minimalspannung und Maximalstrom wird die maximal abgebbare Leistung des Bordnetzes berechnet. Aus einem applizierbaren Festwert wird mit Hilfe der Generator-Drehzahl die minimale Schlepp-Leistung des LIN-Generators von der Steuereinrichtung 4 ermittelt (über die gespeicherten Generators-Identifikationsdaten wird erkannt, welcher Generator verbaut ist und welcher Festwert zu verwenden ist). Von diesen beiden Größen wird die größere verwendet, welche die engere Begrenzung für das System darstellt. Aus dieser Größe wird mit Hilfe des aktuellen Wirkungsgrades und der Drehzahl das aktuell minimal mögliche Moment des LIN-Generators berechnet.
h) Minimal dynamisch mögliches Drehmoment ist gleich minimal statisch mögliches Drehmoment.

Claims

Elektronische Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors und mindestens einer elektrischen Maschine (8), welche beide mit einem Fahrantriebsstrang (10) des Kraftfahrzeuges (2) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar sind, wobei die elektrische Maschine (8) mindestens als Generator, vorzugsweise jedoch auch als Elektromotor betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (4) mindestens ein Diagramm gespeichert ist, welches den Zusammenhang zwischen je einer Vielzahl von Drehzahlwerten, Erregerstromwerten und Drehmomentwerten der elektrischen Maschine (8) als Generator bei mindestens einem bestimmten Bordspannungswert repräsentiert, und dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um aus den Diagrammdaten anhand von je einem Drehzahlwert und einem Erregerstromwert den zugehörigen aktuellen Schlepp-Drehmoment-Istwert der elektrischen Maschine als Generator zu ermitteln, wobei die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um hierfür den jeweils aktuellen Drehzahl-Istwert und aktuellen Erregerstrom-Istwert der elektrischen Maschine (8) zu verwenden.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von den genannten Diagrammen gespeichert ist, wobei jedes Diagramm die genannten Werte für einen anderen Bordspannungswert enthält, und dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um jeweils das Diagramm auszuwählen, welches bei dem Bordspannungswert erstellt wurde, welcher dem aktuellen Bordspannungs-Istwert näher kommt als der Bordspannungswert von anderen Diagrammen.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um Zwischenwerte in den Fällen durch Interpolieren zu berechnen, in denen der aktuelle Bordspannungs-Istwert mit keinem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, welcher für die elektrische Maschine (8) den Zusammenhang von Drehzahl und Spannung definiert, und dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, um mittels dieses Algorithmus Zwischenwerte zu berechnen in den Fällen, in denen der aktuelle Bordspannungs-Istwert mit keinem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagrammwerte nur für bestimmte Wertebereiche gespeichert sind und dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, mittels welchem die Steuereinrichtung über die gespeicherten Wertebereiche hinaus einen aktuellen Erregerstrom-Istwert berechnen kann, in Situationen, in denen Werte außerhalb der gespeicherten Wertebereiche liegen.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Diagrammen, für die elektrische Maschine (8) als Generator, die Drehzahlwerte auf einer Diagrammachse, die Drehmomentwerte auf einer anderen Diagrammachse, und die Erregerströme als Kurven im Feld zwischen den Diagrammachsen gespeichert sind, und dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, durch welchen jeweils aus zwei verschiedenen dieser Werte der jeweils zugehörige dritte Wert berechenbar ist.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um in Abhängigkeit von dem jeweils ermittelten aktuellen Schlepp-Drehmoment-Istwert der elektrischen Maschine (8) den Verbrennungsmotor (6) zu steuern oder zu regeln, zusätzlich zur Steuerung des Verbrennungsmotors durch die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer externen Antriebs-Drehmomentanforderung (32, 34, 36) an das Kraftfahrzeug (2), so dass durch die Steuereinrichtung (4) von dem Verbrennungsmotor (6) ein resultierendes Drehmoment gefordert werden kann, welches sich aus der externen Antriebs-Drehmomentforderung (32, 34, 36) und mindestens einem Teil des Schlepp-Drehmoment-Istwertes der elektrischen Maschine (8) im Generatorbetrieb zusammensetzt.
Elektronische Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors und mindestens einer elektrischen Maschine (8), welche beide mit einem Fahrantriebsstrang (10) des Kraftfahrzeuges (2) antriebsmäßig verbunden oder verbindbar sind, wobei die elektrische Maschine (8) mindestens als Generator, vorzugsweise jedoch auch als Elektromotor betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (4) mindestens ein Diagramm gespeichert ist, welches den Zusammenhang zwischen je einer Vielzahl von Drehzahlwerten, Erregerstromwerten und Drehmomentwerten der elektrischen Maschine (8) als Generator bei mindestens einem bestimmten Bordspannungswert repräsentiert, und dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um aus dem Diagramm Daten anhand von je einem Drehzahlwert und einem Drehmomentwert den zugehörigen Regelstromwert zu bestimmen, wobei die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um hierfür einen Wert zu verwenden, welcher dem jeweils aktuellen Drehzahl-Istwert der elektrischen Maschine (8) entspricht, und gleichzeitig einen Drehmomentwert zu verwenden, welcher von einer externen Drehmoment-Anforderung (32, 34, 36) an das Fahrzeug abhängig ist, wobei die Steuereinrichtung (4) dann einen dem Drehmomentwert entsprechenden Erregerstromwert an die elektrische Maschine (8) gibt, um die externe Momentenanforderung mindestens teilweise durch die elektrische Maschine (8) zu erfüllen.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von den genannten Diagrammen gespeichert ist, wobei jedes Diagramm die genannten Werte für einen anderen Bordspannungswert enthält, und dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um jeweils das Diagramm auszuwählen, welches bei dem Bordspannungswert erstellt wurde, welcher dem aktuellen Bordspannungs-Istwert näher kommt als der Bordspannungswert von anderen Diagrammen.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um Zwischenwerte in den Fällen durch Interpolieren zu berechnen, in denen der aktuelle Bordspannuns-Istwert mit kei nem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, welcher für die elektrische Maschine (8) den Zusammenhang von Drehzahl und Spannung definiert, und dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um mittels dieses Algorithmus Zwischenwerte zu berechnen in den Fällen, in denen der aktuelle Bordspannungs-Istwert mit keinem der Bordspannungswerte übereinstimmt, für welche die Diagramme erstellt wurden.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagrammwerte nur für bestimmte Wertebereiche gespeichert sind und dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, mittels welchem die Steuereinrichtung (4) über die gespeicherten Wertebereiche hinaus einen aktuellen Erregerstrom-Istwert berechnen kann, in Situationen, in denen aktuelle Werte außerhalb der gespeicherten Wertebereiche liegen.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den Diagrammen, für die elektrische Maschine (8) als Generator, die Drehzahlwerte auf einer Diagrammachse, die Drehmomentwerte auf einer anderen Diagrammachse, und die Erregerströme als Kurven im Feld zwischen den Diagrammachsen gespeichert sind, und dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, durch welchen jeweils aus zwei verschiedenen dieser Werte der jeweils zugehörige dritte Wert berechenbar ist.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12 oder 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Diagramm, für die elektrische Maschine (8) als Generator, die Drehzahlwerte auf einer Diagrammachse, die Erregerstromwerte auf einer anderen Diagrammachse, und die Drehmomentwerte als Kurven im Feld zwischen den Diagrammachsen gespeichert sind, und dass in der Steuereinrichtung (4) ein Algorithmus gespeichert ist, durch welchen aus jeweils zwei verschiedenen dieser Werte der jeweils zugehörige Dritte dieser Werte bestimmbar ist.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) ausgebildet ist, um mittels des Erregerstromwertes an der elektrischen Maschine (8) ein Rekuperations-Bremsmoment in Abhängigkeit von einer externen Drehmomentanforderung (32, 34, 36) einzustellen zur Umwandlung von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges (2) in elektrischen Strom.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 15 in Kombination mit mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) zum taktweisen Abfragen und Berechnen der genannten Werte ausgebildet ist und einen Taktgeber hierfür aufweist.
Kraftfahrzeug-Steuereinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (4) die jeweils aktuelle Drehzahl der elektrischen Maschine (8) in Abhängigkeit von Motorsteuersignalen des Verbrennungsmotors (6) und in Abhängigkeit von einem mechanischen Übersetzungsverhältnis bestimmt, welches eine Antriebsverbindung (22) zwischen dem Fahrantriebsstrang (10) und der elektrischen Maschine (8) hat.
Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinrichtung (4) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche.