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EP2613991A1 - Verfahren zur steuerung eines antriebssystems - Google Patents

Verfahren zur steuerung eines antriebssystems

Info

Publication number
EP2613991A1
EP2613991A1 EP11749100.1A EP11749100A EP2613991A1 EP 2613991 A1 EP2613991 A1 EP 2613991A1 EP 11749100 A EP11749100 A EP 11749100A EP 2613991 A1 EP2613991 A1 EP 2613991A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
motor
combustion engine
internal combustion
engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11749100.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Simon Beau
Michael Müller
York STÖRMER
Sabine Muntz
Knut Winde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of EP2613991A1 publication Critical patent/EP2613991A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

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    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
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    • B60W10/18—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of braking systems
    • B60W10/198—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of braking systems with exhaust brakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/442—Series-parallel switching type
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    • B60W2510/244—Charge state
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    • B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2510/246—Temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60W2710/06—Combustion engines, Gas turbines
    • B60W2710/0644—Engine speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/24—Energy storage means
    • B60W2710/242—Energy storage means for electrical energy
    • B60W2710/244—Charge state
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling a drive system of a
  • drive systems of hybrid vehicles usually have brake systems, by means of which drive energy can be converted in a deceleration process into electrical energy.
  • an electric traction machine which is connected to one or more wheels of the hybrid vehicle for the purpose of torque transmission, is driven by the wheel or the wheels as a generator. A current generated thereby is usually fed back into a high-voltage battery, whereby an electrical energy thus obtained is then in turn for generating a propulsion available.
  • recuperation operation Regenerative operation of an electric traction machine is often referred to as a recuperation operation.
  • a brake system designed for recuperation operation is often referred to as a recuperative brake system.
  • DE 102007032726 A1 describes a method for controlling a drive train of a hybrid vehicle, in which excess electrical energy, which is generated in the course of a recuperation operation, is converted into heat via a heating resistor. In this case, there is excess electrical energy in the moment in which a storage capacity of a traction battery is exhausted, so that the
  • Traction battery can no longer absorb additional electrical energy. By the method overcharging or damage to the traction battery is avoided.
  • This method has the disadvantage that an additional component, namely the heating resistor, is required in the drive system, moreover according to the amount of heat generated in the heating resistor via an additional component
  • Cooling system connection must be dissipated.
  • Combustion engine connected motor generator used.
  • the engine operation of the motor-generator, the internal combustion engine is towed, whereby heat is generated and thus the excess electrical energy is released to the environment.
  • this document proposes to provide the internal combustion engine with a braking device and connect this braking device in the motor operation of the motor-generator.
  • DE 102007005240 A1 describes a method for starting a
  • comfort-affecting fluctuations in a rotational speed of the internal combustion engine can be reduced by compensating for such fluctuations by virtue of positive or negative torques impressed by the electric machine.
  • the method for controlling a drive system of a hybrid vehicle is applicable to drive systems comprising the following devices:
  • an electric traction machine operatively connected to a wheel of the hybrid vehicle for transmitting drive power
  • a motor-generator which is operatively connected to a crankshaft of the internal combustion engine
  • Motor generator is electrically connected.
  • the drive system has a braking function for braking the
  • braking function is meant a system which
  • At least one brake actuation device for actuation by a driver
  • a braking device for transmitting a braking torque on at least one of the wheels of the motor vehicle
  • a brake control system for controlling and / or regulating the brake device or a plurality of brake devices as a function of an activation level of the brake actuation device and possibly as a function of further parameters
  • the braking function additionally has a generator operating function of the electric traction machine.
  • the electric traction machine has beside her
  • the electric traction machine is one
  • Power electronics is power controlled.
  • An electric recuperation energy generated in the generator operation function is input to the high-voltage battery or may be used for operation of an electrical load.
  • the motor generator In the presence of the generator operating function and in the case of a simultaneously present charge-limiting state of the high-voltage battery, the motor generator is supplied with electrical energy, by means of which the motor generator drives the internal combustion engine in the form of a towing operation.
  • a charge-limiting state of the high-voltage battery is present when the high-voltage battery due to their state of charge and / or due to their temperature and / or due to an integral of a current in and out of the
  • the recuperation energy the is generated during a charge-limiting state in the course of a braking function and can not be sensibly used by an electrical consumer, is converted by the towing operation into heat.
  • Hybrid drive system Use in which the engine is not coupled to the wheel and also can not be coupled.
  • Such a system is particularly useful in bus vehicles or other commercial vehicles, in which due to very frequent start-up and holding a predominantly electric drive on
  • the method provides that, during towing operation, a first and a second engine braking device acts in a braking manner as a function of parameters on a movement of the internal combustion engine. Due to the braking effect of the first and / or the second internal combustion engine braking device, the convertible into heat electrical energy increases as the motor-generator towed against a stronger Resistance must work.
  • An activation of the internal combustion engine braking devices takes place in each case depending on parameters such as, for example, a rotational speed of the crankshaft or a magnitude of the recuperation energy or a temperature of the internal combustion engine.
  • Internal combustion engine braking device is operated from the beginning of the towing operation and the second engine brake device is activated only at a later time during towing operation. In this way it is possible, on the one hand to dissipate a large amount of energy from the beginning of the towing operation and at the same time to eliminate comfort-causing speed fluctuations of the internal combustion engine to a minimum.
  • the time-staggered use of the two engine brake devices causes a greater reduction in speed fluctuations than can be achieved alone by the method mentioned in the above-mentioned DE 102007005240 A1.
  • a decompression brake is a constant throttle or a so-called Jake brake or else a device for variable valve adjustment, in which an exhaust valve is opened within a second and / or third stroke of the internal combustion engine to increase a braking effect.
  • a turbo brake is a turbocharger with a variable
  • Boost pressure is increased by a corresponding adjustment of the turbine geometry.
  • Combustion engine acts, experiences a bearing of the exhaust flap a high load.
  • An oil pressure in the bearing of the exhaust valve is built up only at slowly increasing speed of the engine, it is better in terms of wear of the bearing of the exhaust valve when it is activated only at higher speeds, for example, higher than 200 U / min.
  • Such a staggered activation of different engine braking devices has, in comparison to a simultaneous activation of the beginning of towing operation, thus reducing wear on bearings of the internal combustion engine.
  • a further advantageous development is that the towing operation during an initial phase has a steady increase in a speed, in particular a linear increase in the speed of the crankshaft with positive gradients.
  • Initial phase that is, at the beginning of the towing operation, a low-speed region is traversed, in which vibrations and non-uniform movements of the internal combustion engine in an unpleasant for a driver or passenger of the vehicle transmitted to an interior of the vehicle.
  • a further advantageous development consists in that, during towing operation, the rotational speed of the crankshaft and / or the drive power of the motor generator is regulated as a function of an electrical recuperation power of the generator operation of the electric traction machine.
  • High-voltage battery and / or depending on a temperature of the high-voltage battery is set.
  • the high-voltage battery of the motor vehicle is at least one
  • Control unit for controlling and regulating electrical loading and unloading Discharge operations of the high-voltage battery connected.
  • the high-voltage battery is provided with devices for measuring state variables such as the temperature or a charge content, these devices are connected to the at least one control unit, so that the information about the state variables can be evaluated and further processed in the control unit.
  • state variables such as the temperature or a charge content
  • Further processing of the information determines depending on the temperature and / or as a function of the electrical state of charge and / or as a function of an integral of a current in or out of the high-voltage battery states in which a load of the high-voltage battery is limited or prevented, for example because a load at the conditions thus defined would damage the high-voltage battery.
  • the temperature as well as the state of charge or other state variables of the high-voltage battery determining the charge limitation can also be calculated or estimated from other information.
  • a further advantageous development of the method according to the invention provides that the drive system between the internal combustion engine and the wheel has a coupling, by means of which the internal combustion engine and / or the motor generator can be coupled to the wheel for transmitting a drive torque.
  • the excess recuperation energy is electrically introduced into the motor generator and converted into heat in the form of the towing operation of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a hybrid vehicle, suitable for the
  • Fig. 4 is a schematic representation of an alternative hybrid vehicle, suitable for the application of an alternative of the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a hybrid vehicle 2, suitable for the application of the method according to the invention.
  • the hybrid vehicle 2 has
  • the drive system 1 on.
  • the drive system 1 comprises the following components:
  • Hybrid vehicle 2 is operatively connected
  • an internal combustion engine 5 having a first engine braking device 8 and a second internal combustion engine braking device 81,
  • a high-voltage battery 7 which is electrically connected to the electric traction machine 3 and to the motor generator 6,
  • the drive system 1 further includes a drive control system 13.
  • Drive control system controls and / or controls all electrical sensors and actuators of the drive system 1 via signal lines 14. Of the sensors of the drive system 1, only a speed sensor 15 of the crankshaft 10 is shown in FIG. Of the actuators of the drive system 1, only the first engine brake device 8 and the second engine brake device 81 are shown in FIG. 1.
  • the drive control system 13 has a plurality of control devices, which are interconnected via a drive communication network 16. To the control units of the
  • control unit comprehensive drive functions, which via a
  • Vehicle communication network 19 is connected to a vehicle control unit system 20 and is connected via the drive communication network 16 to the control units of the drive control system 13 and which acts as a gateway between the vehicle communication network 19 and the drive communication network 16,
  • the motor generator 6 is operable both by motor and by generator.
  • the motor-generator 6 is driven by the engine 5 via the crankshaft 10, and it is thereby generated power, which is fed via power lines 24 in the high-voltage battery 7.
  • the motor generator 6 and the engine 5 connected to the motor generator 6 via the crankshaft 10 are replaced by current from the high-voltage battery 7 and / or directly by the generator
  • a deceleration state of the vehicle 2 can be set.
  • Information about the deceleration state is about
  • Vehicle communication network 19 to the coordination control unit 18 transferable. From the battery control device 21, state data of the high-voltage battery 7 can be transmitted to the coordination control device 18 via the drive communication network 16. Depending on the information about the deceleration state of the vehicle 2 and the state data of the high-voltage battery 7, the coordination controller may send command information via the drive communication network 16 to the engine control unit 17 and the first power electronics 22 and the second power electronics 23.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method according to the invention on the basis of a functional diagram.
  • functions software modules are referred to, which are stored within a control unit or distributed to a control unit network and which in an electronic operation of the control unit or the
  • FIG. 2 shows a possibility of the functional embodiment of the method according to the invention. It is the functions of this embodiment with the functions that include these functions
  • Braking function 200 having a number of subfunctions, wherein the
  • Control devices are distributed.
  • the Control devices a variety of other, for the inventive method not significantly relevant functions.
  • a deceleration setting function 201 is part of the vehicle control unit system 20.
  • the deceleration setting function 201 determines a deceleration state and forwards a deceleration state information B_decel to the coordination controller 18.
  • the coordination controller 18 includes a brake distribution function 181 which receives the delay state information B_decel via a corresponding interface. Within the brake distribution function 181 it is checked whether the
  • Delay state information B_decel has the value 1. If this is the case, a generator operating information B_TMgen is sent to the first power electronics 22.
  • the first power electronics 22 includes a generator operating function 221 which evaluates the generator operating information B_TMgen and in case the
  • Generator operating information B_TMgen has the value 1, a generator operation GenCtl the electric traction machine 3 initiates. Precise control and regulation of a braking torque of the electronic traction machine 3 is carried out by means of a suitable processing of further parameters in the generator operating function 221.
  • the battery control unit 21 includes a charge-limiting function 211 which outputs a charge-limit state information B_chast when the charge state SOC of the high-voltage battery 7 is too high or when the high-voltage battery 7 is too high or too low.
  • the charge-limit state information B_chast enters the brake distribution function 181 of the coordination control device 18 via an interface.
  • Delay state information B_decel and the charge-limit state information B_chast each have the value 1, so is a
  • Motor operation information B_MGmot of the motor generator 6 is output. Via another interface, the engine operating information B_MGmot is simultaneously transferred to an engine braking function 171, which is part of the engine control unit 17. Returns an evaluation within one engine operating function 231 of the second
  • Engine braking function 171 includes engine brake operation by suitably driving the first engine brake device 8 and / or the second engine brake device 81. Accurate control and regulation of the two internal combustion engine brake devices 8 and 81 is performed by means of an engine brake control function BrkCtl while processing further parameters as a partial function of the engine braking function 171.
  • FIG. 3 shows a representation of progressions of selected process parameters, as they result from the brake function 200, on the basis of six function graphs. All function graphs have a common axis for a time t.
  • a first functional graph 310 shows a profile of the rotational speed n of the crankshaft 10 over the time t.
  • a second functional graph 320 shows a progression of the charge-limit state information B_chast over time t.
  • a third functional graph 330 shows a progression of the engine operating information B_MGmot of the motor generator 6 over time t.
  • a fourth function graph 340 shows a course of generator operating information B_MGgen of the motor generator 6 over time t.
  • a fifth function graph 350 shows a history of activation state information B_cthr of the first one
  • a sixth function graph 360 shows a history of activation state information B_exhfl of the second engine brake device 81.
  • the charge-limit state information B_chast receives the value 1 because, for example, the state of charge SOC of the high-voltage battery 7 is greater than one
  • the course of the rotational speed n of the crankshaft 10 of the internal combustion engine 5 is determined by the engine control function MotCtl.
  • the initial phase 311 is a start phase of the tow operation 111, which is about the
  • Combustion engine 5 as quickly as possible and vibration and smoothly on a
  • both engine braking devices 8, 81 are already activated. And that will be the first
  • Internal combustion engine braking device 8 already activated at time tO, recognizable by the activation state B_cthr.
  • the second engine braking device 81 is activated at a time t1, triggered by reaching a rotational speed n1 which is in the range of 200 rpm.
  • n1 which is in the range of 200 rpm.
  • a torque of the motor-generator 6 is controlled so that a linear increase in the rotational speed n takes place with the time t.
  • a slope of the linear increase becomes dependent on parameters such as a temperature of the
  • a target speed is reached at a value n2.
  • the time t2 is reached after about 0.5 to 2 seconds after the time t0.
  • the current or the torque of the motor generator 6 depends on the recuperation power 91 and on the state variables of the high-voltage battery 7, such as temperature T of the high-voltage battery 7 and / or state of charge SOC of the high-voltage battery 7 and / or current integral in or out of the
  • High-voltage battery 7 and / or other state variables are examples of the High-voltage battery 7 and / or other state variables.
  • Charge-limit state information B_chast receives the value 0. Then, the engine operating information B_MGmot is given the value 0, which causes the termination of the
  • Towing mode 111 means. Between the time t3 and a time t6 there is an outflow phase 312 of the internal combustion engine 5. Between the time t3 and a time t4 an unregulated reduction of the speed n occurs as a result of the internal friction of the internal combustion engine 5 and as a result of the braking effects of the first and second internal combustion engine. Braking devices 8 and 81.
  • the controlled speed reduction is used to reduce the vibration and jerking phenomena that occur in an unregulated operation.
  • the Torque of the motor-generator 6 is controlled so that a linear decrease of the rotational speed n with the time t results.
  • the second engine brake device 81 is deactivated, which is shown in a value 0 for the activation state information B_exhfl.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an alternative hybrid vehicle 1002, suitable for the application of an alternative of the method according to the invention.
  • the hybrid vehicle 1002 differs from the hybrid vehicle 2 of FIG. 1, inter alia, in that a drive system 1001 has a switchable connection with a clutch 12 for transmitting drive power from the engine 5 as compared to the drive system 1 between the engine 5 and the wheel 4 on the wheel 4 has.
  • the hybrid vehicle 1002 also has a transmission which is placed between the engine 5 and the wheel 4, ideally between the traction machine 3 and the wheel 4.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems (1) eines Hybridfahrzeugs (2) vorgestellt, wobei das Antriebssystem (1) umfasst - eine elektrische Traktionsmaschine (3), welche zur Übertragung von Traktionsleistung (9) oder Rekuperationsleistung (91) mit einem Rad (4) des Hybridfahrzeugs (2) wirkverbunden ist, - einen Verbrennungsmotor (5), - einen Motor-Generator (6), welcher mit einer Kurbelwelle (10) des Verbrennungsmotors (5) wirkverbunden ist, - eine Hochvoltbatterie (7), welche mit der elektrischen Traktionsmaschine (3) und mit dem Motor-Generator (6) elektrisch verbunden ist, wobei eine Bremsfunktion zum Bremsen des Kraftfahrzeugs (2) eine Generatorbetriebsfunktion der elektrischen Traktionsmaschine (3) aufweist, und wobei bei der Generatorbetriebsfunktion und bei einem gleichzeitig vorliegenden Ladelimitierungs-Zustand der Hochvoltbatterie (7) dem Motor-Generator (6) elektrische Energie zugeführt wird, mittels derer der Motor-Generator (6) den Verbrennungsmotor (5) in Form eines Schleppbetriebes (111) antreibt, wobei der Verbrennungsmotor (5) und der Motor-Generator (6) jeweils von der elektrischen Traktionsmaschine (3) und dem Rad (4) entkoppelt sind. Erfindungsgemäß werden bei einem Start des Schleppbetriebes (111) nacheinander eine erste und eine zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung aktiviert.

Description

Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines
Hybridfahrzeugs.
Es ist bekannt, dass Antriebssysteme von Hybridfahrzeugen in der Regel Bremssysteme aufweisen, mittels welchen Antriebsenergie bei einem Verzögerungsvorgang in elektrische Energie umgewandelt werden kann. In der Regel wird dabei eine elektrische Traktionsmaschine, welche mit einem oder mehreren Rädern des Hybridfahrzeugs zum Zwecke einer Drehmomentübertragung verbunden ist, durch das Rad oder die Räder generatorisch angetrieben. Ein dadurch erzeugter Strom wird üblicherweise in eine Hochvoltbatterie rückgespeist, wodurch eine so gewonnene elektrische Energie danach wiederum zur Erzeugung eines Vortriebes zur Verfügung steht. Ein derartiger
generatorischer Betrieb einer elektrischen Traktionsmaschine wird oftmals auch als ein Rekuperationsbetrieb bezeichnet. Ein für einen Rekuperationsbetrieb ausgelegtes Bremssystem wird oftmals als rekuperatives Bremssystem bezeichnet.
Die DE 102007032726 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeuges, bei welchem überschüssige elektrische Energie, welche im Zuge eines Rekuperationsbetriebes erzeugt wird, über einen Heizwiderstand in Wärme umgewandelt wird. Dabei liegt in dem Moment überschüssige elektrische Energie vor, in dem eine Speicherkapazität einer Traktionsbatterie erschöpft ist, so dass die
Traktionsbatterie keine zusätzliche elektrische Energie mehr aufnehmen kann. Durch das Verfahren wird ein Überladen beziehungsweise eine Schädigung der Traktionsbatterie vermieden.
Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass eine zusätzliche Komponente, nämlich der Heizwiderstand, in dem Antriebssystem benötigt wird, wobei darüber hinaus die gemäß dem Verfahren im Heizwiderstand erzeugte Wärmemenge über eine zusätzliche
Kühlsystemanbindung abgeführt werden muss.
Die DE 4446485 C2 beschreibt ein anderes Verfahren zur Umwandlung überschüssiger Rekuperationsenergie in Wärme. Dabei wird in einem seriellen Hybrid-System
überschüssige elektrische Energie, welche im Zuge eines Rekuperationsbetriebes erzeugt wird, für einen motorischen Betrieb eines mit einer Kurbelwelle eines
Verbrennungsmotors verbundenen Motor-Generators verwendet. Durch den motorischen Betrieb des Motor-Generators wird der Verbrennungsmotor geschleppt, wodurch Wärme entsteht und somit die überschüssige elektrische Energie an die Umgebung abgegeben wird. Zur Erhöhung der abführbaren elektrischen Energie schlägt diese Schrift vor, den Verbrennungsmotor mit einer Bremsvorrichtung zu versehen und diese Bremsvorrichtung bei dem motorischen Betrieb des Motor-Generators zuzuschalten.
Die DE 19729033 C1 schlägt vor, Bremsenergie generell, nicht nur im Falle
überschüssiger Bremsenergie, durch einen Schleppbetrieb eines Verbrennungsmotors mittels eines motorisch betriebenen Motor-Generators an die Umgebung abzuführen. Dabei wird vorgeschlagen, zur Erhöhung der abführbaren Energie eine oder mehrere Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen einzusetzen.
Die DE 102007005240 A1 beschreibt ein Verfahren zum Starten eines
Verbrennungsmotors mittels einer elektrischen Maschine, bei welchem
komfortbeeinträchtigende Schwankungen einer Drehzahl des Verbrennungsmotors dadurch verringert werden, dass solche Schwankungen durch von der elektrischen Maschine aufgeprägte positive oder negative Drehmomente kompensiert werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Steuerung eines Antriebssystems eines Hybridfahrzeuges vorzustellen, welches das in der DE 4446485 C2 dahingehend weiterentwickelt, dass bei einem Beginn eines Schleppbetriebs eines Verbrennungsmotors zum Zwecke einer Abfuhr von überschüssiger
Rekuperationsenergie möglichst schnell eine hohe Energiemenge abgeführt werden kann, wobei der Beginn des Verbrennungsmotor-Schleppbetriebs dennoch für eine Person innerhalb des Hybridfahrzeugs nicht als unkomfortabel empfunden wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Das Verfahren zur Steuerung eines Antriebssystems eines Hybridfahrzeugs ist für Antriebssysteme anwendbar, welche die folgenden Vorrichtungen umfassen:
eine elektrische Traktionsmaschine, welche zur Übertragung von Antriebsleistung mit einem Rad des Hybridfahrzeugs wirkverbunden ist,
einen Verbrennungsmotor,
einen Motor-Generator, welcher mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors wirkverbunden ist,
eine Hochvoltbatterie, welche mit der elektrischen Traktionsmaschine und mit dem
Motor-Generator elektrisch verbunden ist.
Weiterhin weist das Antriebssystem eine Bremsfunktion zum Bremsen des
Kraftfahrzeugs auf.
Mit der Bremsfunktion ist ein System gemeint, welches
- mindestens eine Bremsbetätigungsvorrichtung zur Betätigung durch einen Fahrer,
- eine Bremsvorrichtung zur Übertragung eines Bremsmomentes auf mindestens eines der Räder des Kraftfahrzeuges sowie
- ein Bremssteuersystem zur Steuerung und/oder Regelung der Bremsvorrichtung oder mehrerer Bremsvorrichtungen in Abhängigkeit von einem Betätigungsgrad der Bremsbetätigungsvorrichtung und eventuell in Abhängigkeit von weiteren Parametern,
aufweist.
Die Bremsfunktion weist zusätzlich eine Generatorbetriebsfunktion der elektrischen Traktionsmaschine auf. Damit hat die elektrische Traktionsmaschine neben ihrer
Eigenschaft als Antriebsmaschine auch die Eigenschaft einer Bremsvorrichtung.
Üblicherweise handelt es sich bei der elektrischen Traktionsmaschine um eine
Hochvoltmaschine, welche in bekannter Weise über eine ebenfalls bekannte
Leistungselektronik leistungsgesteuert wird. Eine bei der Generatorbetriebsfunktion erzeugte elektrische Rekuperationsenergie wird in die Hochvoltbatterie eingespeist oder kann für einen Betrieb eines elektrischen Verbrauchers verwendet werden.
Bei Vorliegen der Generatorbetriebsfunktion und bei einem gleichzeitig vorliegenden Ladelimitierungs-Zustand der Hochvoltbatterie wird dem Motor-Generator elektrische Energie zugeführt, mittels derer der Motor-Generator den Verbrennungsmotor in Form eines Schleppbetriebes antreibt. Ein Ladelimitierungs-Zustand der Hochvoltbatterie liegt dann vor, wenn die Hochvoltbatterie aufgrund ihres Ladezustandes und/oder aufgrund ihrer Temperatur und/oder aufgrund einem Integral eines Stroms in und aus der
Hochvoltbatterie und/oder aufgrund einer anderen Zustandsgröße keine zusätzliche oder eine reduzierte elektrische Energie aufnehmen kann. Die Rekuperationsenergie, die während eines Ladelimitierungs-Zustandes im Zuge einer Bremsfunktion erzeugt wird und die nicht durch einen elektrischen Verbraucher sinnvoll verbraucht werden kann, wird durch den Schleppbetrieb in Wärme umgewandelt.
Dadurch kann die elektrische Traktionsmaschine auch dann als verschleißfreie
Bremsvorrichtung betrieben werden, wenn ein Ladelimitierungs-Zustand der
Hochvoltbatterie vorliegt. Könnte die elektrische Rekuperationsenergie nicht abgeführt werden, so müsste bei einem Ladelimitierungs-Zustand durch die Bremsfunktion auf eine andere Bremsvorrichtung anstelle der elektrischen Traktionsmaschine umgeschaltet werden. Dies hätte zum einen den Nachteil, dass eine derartige Umschaltung nur schwer ohne Komforteinbußen für einen Fahrer zu realisieren wäre. Zum anderen würde bei Fahrzeugen, bei denen die elektrische Traktionsmaschine eine Funktion einer
Dauerbremse aufweist, die Notwendigkeit entstehen, eine zweite Dauerbrems- Vorrichtung zu installieren, zum Beispiel einen mechanischen Retarder, was mit erheblichen Kosten verbunden wäre.
Bei diesem Verfahren sind, zumindest während des Schleppbetriebes, der
Verbrennungsmotor und der Motor-Generator jeweils von der elektrischen
Traktionsmaschine und dem Rad entkoppelt. Das heißt, dass keine Einleitung eines Schleppmomentes auf rein mechanischem Wege vom Rad in den Verbrennungsmotor erfolgt, sondern das Schleppmoment für den Verbrennungsmotors wird vollständig durch einen elektromotorischen Betrieb des Motor-Generators erzeugt.
In besonders vorteilhafter Weise findet das Verfahren bei einem seriellen
Hybridantriebssystem Verwendung, bei welchem der Verbrennungsmotor nicht mit dem Rad gekoppelt ist und auch nicht koppelbar ist. Solch ein System ist insbesondere bei Busfahrzeugen oder anderen Nutzfahrzeugen von Nutzen, bei welchen aufgrund von sehr häufigen Anfahr- und Haltevorgängen ein vorwiegend elektrischer Antrieb am
energieeffizientesten ist, wobei mittels des Verbrennungsmotors durch einen Betrieb in einem optimalen Lastpunkt des Verbrennungsmotors elektrische Energie erzeugt wird.
Zur Erhöhung der abführbaren Rekuperationsenergie sieht das Verfahrens vor, dass während des Schleppbetriebes eine erste und eine zweite Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung in Abhängigkeit von Parametern bremsend auf eine Bewegung des Verbrennungsmotors einwirkt. Durch die bremsende Wirkung der ersten und/oder der zweiten Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung erhöht sich die in Wärme umwandelbare elektrische Energie da der Motor-Generator im Schleppbetrieb gegen einen stärkeren Widerstand arbeiten muss. Eine Aktivierung der Verbrennungsmotorbremsvorrichtungen erfolgt jeweils in Abhängigkeit von Parametern wie zum Beispiel einer Drehzahl der Kurbelwelle oder einer Höhe der Rekuperationsenergie oder einer Temperatur des Verbrennungsmotors.
Erfindungsgemäß wird dabei ein Beginn beziehungsweise ein Starten des
Schleppbetriebes des Verbrennungsmotors so gestaltet, dass die erste
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung von Beginn des Schleppbetriebes an betrieben wird und die zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung erst zu einem späteren Zeitpunkt während des Schleppbetriebes aktiviert wird. Auf diese Weise gelingt es, einerseits von Beginn des Schleppbetriebes an eine hohe Energiemenge abzuführen und gleichzeitig komfortbeeinträchtigende Drehzahlschwankungen des Verbrennungsmotors auf ein Minimum zu eliminieren. Insbesondere bewirkt der zeitversetzte Einsatz der beiden Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen einen stärkere Verringerung der Drehzahlschwankungen als dies durch das in der oben genannten DE 102007005240 A1 genannte Verfahren allein erreichbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, als erste Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung eine Dekompressionsbremse und/oder eine Turbobremse mit einer zweiten
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung in Form einer Abgasklappe zu kombinieren. Bei einer Dekompressionsbremse handelt es sich um eine Konstantdrossel oder eine sogenannten Jake Brake oder auch um eine Vorrichtung zur variablen Ventilverstellung, bei der zur Erhöhung einer bremsenden Wirkung ein Auslassventil innerhalb eines zweiten und/oder dritten Taktes des Verbrennungsmotors geöffnet wird. Bei einer Turbobremse handelt es sich um einen Turbolader mit einer variablen
Turbinengeometrie, bei welchem zur Erzeugung einer bremsenden Wirkung der
Ladedruck durch eine entsprechende Einstellung der Turbinengeometrie erhöht wird. Mit der Kombination der Konstantdrossel mit einer Abgasklappe ist eine hohe
Dauerbremswirkung bei hoher Robustheit und relativ geringen Kosten erzielbar.
Neben der beschrienen vorteilhaften Wirkung des Verfahrens zum Starten des
Schleppbetriebes auf das Komfortempfinden einer Person im Inneren des
Hybridfahrzeuges resultiert, wie sich bei Dauerlaufmessungen ergab, bei der
erfindungsgemäßen sequentiellen Zuschaltung der beiden Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtungen ein verringerter Verschleiß von Komponenten des
Verbrennungsmotors. Da eine Abgasklappe nur jeweils im vierten Takt des
Verbrennungsmotors wirkt, erfährt ein Lager der Abgasklappe eine hohe Belastung. Da ein Öldruck im Lager der Abgasklappe erst bei langsam höher werdender Drehzahl des Verbrennungsmotors aufgebaut wird, ist es bezüglich eines Verschleißes des Lagers der Abgasklappe besser, wenn diese erst bei höheren Drehzahlen aktiviert wird, zum Beispiel höher als 200 U/min. Eine solchermaßen gestaffelte Aktivierung von unterschiedlichen Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen wirkt sich, im Vergleich zu einer gleichzeitigen Aktivierung von Beginn des Schleppbetriebes an, somit auch Verschleiß mindernd auf Lager des Verbrennungsmotors aus. In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine so gestaltete Startphase des Schleppbetriebes, bei welcher die Dekompressionsbremse von Beginn des Schleppbetriebes an und eine zweite Verbrennungsmotorbremsvorrichtung erst ab einer höheren Drehzahl betrieben wird, optimal eine Anforderung nach einem schnellen Erreichen einer hohen Leistungsabfuhr zum Schutz der Hochvoltbatterie sowie nach einem guten Komfortempfinden einerseits und einem geringen Verschleiß an Teilen des Verbrennungsmotors andererseits gewährleistet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Schleppbetrieb während einer Anfangsphase einen stetigen Anstieg einer Drehzahl, insbesondere einen linearen Anstieg der Drehzahl, der Kurbelwelle mit positiven Gradienten aufweist. In der
Anfangsphase, das heißt bei Beginn des Schleppbetriebs, wird ein Bereich niedriger Drehzahl durchlaufen, bei dem sich Schwingungen und ungleichförmige Bewegungen des Verbrennungsmotors in für einen Fahrer oder Passagier des Fahrzeugs unangenehmer Weise auf einen Innenraum des Fahrzeugs übertragen. Je gleichmäßiger und schneller der Drehzahlanstieg gestaltet wird, desto geringer sind die begleitenden Schwingungen und ungleichförmigen Bewegungen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass während des Schleppbetriebes die Drehzahl der Kurbelwelle und/oder die Antriebsleistung des Motor-Generators in Abhängigkeit von einer elektrischen Rekuperationsleistung des Generator-Betriebs der elektrischen Traktionsmaschine geregelt wird. Durch die Regelung der Drehzahl der Kurbelwelle über eine Momenten- beziehungsweise eine Stromverstellung des Motor- Generators ist eine im Wesentlichen stufenlose Einstellung einer elektrischen
Schleppleistung möglich.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass der Ladelimitierungs-Zustand der Hochvoltbatterie in Abhängigkeit von einem elektrischen Ladezustand der
Hochvoltbatterie und/oder in Abhängigkeit von einer Temperatur der Hochvoltbatterie gesetzt wird. Die Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeuges ist mit mindestens einem
Steuergerät zur Steuerung und Regelung von elektrischen Beladungs- und Entladungsvorgängen der Hochvoltbatterie verbunden. Außerdem ist die Hochvoltbatterie mit Vorrichtungen zur Messung von Zustandsgrößen wie zum Beispiel der Temperatur oder eines Ladungsinhaltes versehen, wobei diese Vorrichtungen mit dem mindestens einen Steuergerät verbunden sind, so dass in dem Steuergerät die Informationen über die Zustandsgrößen ausgewertet und weiterverarbeitet werden können. Eine Art der
Weiterverarbeitung der Informationen legt in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder in Abhängigkeit von dem elektrischen Ladezustand und/oder in Abhängigkeit von einem Integral eines Stroms in oder aus der Hochvoltbatterie Zustände fest, bei denen eine Beladung der Hochvoltbatterie limitiert oder unterbunden wird, zum Beispiel weil eine Beladung bei den so festgelegten Zuständen die Hochvoltbatterie schädigen würde. Dabei kann die Temperatur sowie der Ladezustand oder andere die Ladelimitierung bestimmende Zustandsgrößen der Hochvoltbatterie auch aus anderen Informationen berechnet oder abgeschätzt werden.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass das Antriebssystem zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Rad eine Kupplung aufweist, mittels welcher der Verbrennungsmotor und/oder der Motor-Generator zur Übertragung eines Antriebsmomentes mit dem Rad koppelbar sind.
Bei diesem Verfahren wird die überschüssige Rekuperationsenergie auf elektrischem Wege in den Motor-Generator eingeleitet und in der Form des Schleppbetriebes des Verbrennungsmotors in Wärme umgewandelt. Zusätzlich kann, abhängig von
Betriebsparametern, eine Antriebsleistung des Verbrennungsmotors durch Schließen der Kupplung auf das Rad übertragen werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs, geeignet für die
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Funktionsdiagramms,
Fig. 3 eine Darstellung von Verläufen von ausgewählten Verfahrensparametern anhand von sechs Funktionsgraphen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines alternativen Hybridfahrzeugs, geeignet für die Anwendung einer Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Hybridfahrzeugs 2, geeignet für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Hybridfahrzeug 2 weist ein
Antriebssystem 1 auf. Das Antriebssystem 1 umfasst dabei die folgenden Komponenten:
- eine elektrische Traktionsmaschine 3, welche zur Übertragung von
Traktionsleistung 9 oder Rekuperationsleistung 91 mit einem Rad 4 des
Hybridfahrzeugs 2 wirkverbunden ist,
- einen Verbrennungsmotor 5, welcher eine erste Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 8 und eine zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 81 aufweist,
- einen Motor-Generator 6, welcher mit einer Kurbelwelle 10 des
Verbrennungsmotors 5 wirkverbunden ist,
- eine Hochvoltbatterie 7, welche mit der elektrischen Traktionsmaschine 3 und mit dem Motor-Generator 6 elektrisch verbunden ist,
Das Antriebssystem 1 weist ferner ein Antriebssteuersystem 13 auf. Das
Antriebssteuersystem steuert und/oder regelt alle elektrischen Sensoren und Aktoren des Antriebssystems 1 über Signalleitungen 14. Von den Sensoren des Antriebssystems 1 ist in der Fig. 1 nur ein Drehzahlsensor 15 der Kurbelwelle 10 dargestellt. Von den Aktoren des Antriebssystems 1 sind in der Fig. 1 nur die erste Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 8 und die zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 81 dargestetlt. Das Antriebssteuersystem 13 weist mehrere Steuergeräte auf, welche untereinander über ein Antriebskommunikationsnetz 16 verbunden sind. Zu den Steuergeräten des
Antriebssteuersystems 13 zählen
- ein Motorsteuergerät 17 für die Steuerung und Regelung des Verbrennungsmotors 5,
- ein Koordinationssteuergerät 18 für eine Koordination von
steuergeräteübergreifenden Antriebsfunktionen, welches über ein
Fahrzeugkommunikationsnetz 19 mit einem Fahrzeugsteuergerätesystem 20 verbunden ist und über das Antriebskommunikationsnetz 16 mit den Steuergeräten des Antriebssteuersystems 13 verbunden ist und welches als ein Gateway zwischen dem Fahrzeugkommunikationsnetz 19 und dem Antriebskommunikationsnetz 16 fungiert,
- ein Batteriesteuergerät 21 zur Steuerung und Regelung der Hochvoltbatterie 7,
- eine erste Leistungselektronik 22 für die Steuerung und Regelung sowie die
Stromversorgung der elektrischen Traktionsmaschine 3,
- eine zweite Leistungselektronik 23 für die Steuerung und Regelung sowie die
Stromversorgung des Motor-Generators 6. Wie die elektrische Traktionsmaschine 3 ist auch der Motor-Generator 6 sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar. Bei einem Generatorbetrieb 11 wird der Motor-Generator 6 durch den Verbrennungsmotor 5 über die Kurbelwelle 10 angetrieben, und es wird dabei Strom erzeugt, welcher über Stromleitungen 24 in die Hochvoltbatterie 7 eingespeist wird. Bei einem Schleppbetrieb 111 wird der Motor-Generator 6 und der mit dem Motor-Generator 6 über die Kurbelwelle 10 verbundene Verbrennungsmotor 5 durch Strom aus der Hochvoltbatterie 7 und/oder direkt durch von der generatorisch
betriebenen Traktionsmaschine 3 erzeugten Strom angetrieben, ohne dass eine
Einspritzung und Zündung von Kraftstoff in dem Verbrennungsmotor 5 erfolgt.
Durch das Fahrzeugsteuergerätesystem 20 ist ein Verzögerungszustand des Fahrzeugs 2 festlegbar. Eine Information über den Verzögerungszustand ist über das
Fahrzeugkommunikationsnetz 19 an das Koordinationssteuergerät 18 übertragbar. Von Seiten des Batteriesteuergerätes 21 sind Zustandsdaten der Hochvoltbatterie 7 über das Antriebskommunikationsnetz 16 an das Koordinationssteuergerät 18 übertragbar. In Abhängigkeit von der Information über den Verzögerungszustand des Fahrzeugs 2 und von den Zustandsdaten der Hochvoltbatterie 7 kann das Koordinationssteuergerät Befehlsinformationen über das Antriebskommunikationsnetz 16 an das Motorsteuergerät 17 und an die erste Leistungselektronik 22 sowie die zweite Leistungselektronik 23 senden.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Funktionsdiagramms. Als Funktionen werden Softwaremodule bezeichnet, welche innerhalb eines Steuergerätes oder verteilt auf einen Steuergeräteverbund gespeichert sind und welche bei einem elektronischen Betrieb des Steuergerätes oder des
Steuergeräteverbundes sich in Datenverarbeitungsprozessen auswirken. Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit der funktionalen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es sind die Funktionen dieser Ausgestaltung mit den diese Funktionen beinhaltenden
Steuergeräten dargestellt sowie Schnittstellenprozesse unter den Funktionen, soweit die Schnittstellenprozesse für das erfindungsgemäße Verfahren relevant sind.
Kernstück des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine
Bremsfunktion 200 welche eine Anzahl von Unterfunktionen aufweist, wobei die
Unterfunktionen auf die in der Fig. 1 dargestellten Steuergeräte und
Leistungselektroniken verteilt sind. Neben den dargestellten Funktionen enthalten die Steuergeräte eine Vielzahl weiterer, für das erfindungsgemäße Verfahren nicht wesentlich relevante Funktionen.
Eine Verzögerungsfestlegungsfunktion 201 ist Teil des Fahrzeugsteuergerätesystems 20. Die Verzögerungsfestlegungsfunktion 201 legt einen Verzögerungszustand fest und leitet eine Verzögerungszustandsinformation B_decel an das Koordinationssteuergerät 18 weiter.
Das Koordinationssteuergerät 18 enthält eine Bremsverteilungsfunktion 181 , welche über eine entsprechende Schnittstelle die Verzögerungszustandsinformation B_decel erhält. Innerhalb der Bremsverteilungsfunktion 181 wird geprüft, ob die
Verzögerungszustandsinformation B_decel den Wert 1 hat. Ist dies der Fall so wird eine Generatorbetriebsinformation B_TMgen an die erste Leistungselektronik 22 gesandt.
Die erste Leistungselektronik 22 enthält eine Generatorbetriebsfunktion 221 , welche die Generatorbetriebsinformation B_TMgen auswertet und im Falle, dass die
Generatorbetriebsinformation B_TMgen den Wert 1 hat, einen Generatorbetrieb GenCtl der elektrischen Traktionsmaschine 3 einleitet. Eine genaue Steuerung und Regelung eines Bremsmomentes der elektronischen Traktionsmaschine 3 wird mittels einer geeigneten Verarbeitung weiterer Parameter in der Generatorbetriebsfunktion 221 durchgeführt.
Das Batteriesteuergerät 21 enthält eine Ladelimitierungsfunktion 211 , welche bei einem zu hohen Ladezustand SOC der Hochvoltbatterie 7 oder bei einer zu hohen oder zu niedrigen Temperatur T der Hochvoltbatterie 7 eine Ladelimitierungs-Zustandsinformation B_chast ausgibt.
Über eine Schnittstelle geht die Ladelimitierungs-Zustandsinformation B_chast in die Bremsverteilungsfunktion 181 des Koordinationssteuergeräts 18 ein. Wenn eine
Auswertung in der Bremsverteilungsfunktion 181 ergibt, dass sowohl die
Verzögerungszustandsinformation B_decel als auch die Ladelimitierungs- Zustandsinformation B_chast jeweils den Wert 1 haben, so wird eine
Motorbetriebsinformation B_MGmot des Motor-Generators 6 ausgegeben. Über eine weitere Schnittstelle wird die Motorbetriebsinformation B_MGmot gleichzeitig an eine Verbrennungsmotor-Bremsfunktion 171 , welche Teil des Motorsteuergeräts 17 ist, übergeben. Ergibt eine Auswertung innerhalb einer Motorbetriebsfunktion 231 der zweiten
Leistungselektronik 23 für die Motorbetriebsinformation B_MGmot den Wert 1 , so leitet die Motorbetriebsfunktion 231 den Schleppbetrieb 111 des Motor-Generators 6 ein. Eine genaue Steuerung und Regelung eines Antriebsmomentes des Motor-Generators 6 wird mittels einer Motorkontrollfunktion MotCtl unter Verarbeitung weiterer Parameter als Teilfunktion der Motorbetriebsfunktion 231 durchgeführt.
Ergibt eine Auswertung innerhalb der Verbrennungsmotorbremsfunktion 171 für die Motorbetriebsinformation B_MGmot den Wert 1 , so leitet die
Verbrennungsmotorbremsfunktion 171 einen Verbrennungsmotor-Bremsbetrieb durch eine geeignete Ansteuerung der ersten Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 8 und/oder der zweiten Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 81 ein. Eine genaue Steuerung und Regelung der beiden Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen 8 und 81 wird mittels einer Motorbremskontrollfunktion BrkCtl unter Verarbeitung weiterer Parameter als Teilfunktion der Verbrennungsmotorbremsfunktion 171 durchgeführt.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung von Verläufen von ausgewählten Verfahrensparametern, wie sie sich aufgrund der Bremsfunktion 200 ergeben, anhand von sechs Funktionsgraphen. Alle Funktionsgraphen haben eine gemeinsame Achse für eine Zeit t.
Ein erster Funktionsgraph 310 zeigt einen Verlauf der Drehzahl n der Kurbelwelle 10 über der Zeit t. Ein zweiter Funktionsgraph 320 zeigt einen Verlauf der Ladelimitierungs- Zustandsinformation B_chast über der Zeit t. Ein dritter Funktionsgraph 330 zeigt einen Verlauf der Motorbetriebsinformation B_MGmot des Motor-Generators 6 über der Zeit t. Ein vierter Funktionsgraph 340 zeigt einen Verlauf einer Generatorbetriebsinformation B_MGgen des Motor-Generators 6 über der Zeit t. Ein fünfter Funktionsgraph 350 zeigt einen Verlauf eines Aktivierungszustandsinformation B_cthr der ersten
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 8. Ein sechster Funktionsgraph 360 zeigt einen Verlauf eines Aktivierungszustandsinformation B_exhfl der zweiten Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 81.
Zu einem Zeitpunkt tO erhält die Ladelimitierungs-Zustandsinformation B_chast den Wert 1 weil zum Beispiel der Ladezustand SOC der Hochvoltbatterie 7 größer als ein
Grenzwert S1 ist. Da zum Zeitpunkt tO außerdem die Verzögerungszustandsinformation B_decel (Funktionsgraph nicht dargestellt) ebenfalls den Wert 1 hat, erhält die
Motorbetriebsinformation B_MGmot des Motor-Generators 6 zum Zeitpunkt tO den Wert 1 , worauf die Motorkontrollfunktion MotCtl den Motor-Generator 6 in den Schleppbetrieb 111 versetzt. Der Verlauf der Drehzahl n der Kurbelwelle 10 des Verbrennungsmotors 5 wird durch die Motorkontrollfunktion MotCtl bestimmt. Während einer Anfangsphase 311 steigt die Drehzahl n der Kurbelwelle 10 linear mit der Zeit t an. Die Anfangsphase 311 ist eine Startphase des Schleppbetriebs 111 , bei der es darum geht, den
Verbrennungsmotor 5 möglichst schnell sowie vibrations- und ruckelfrei auf eine
Zieldrehzahl n2 zu bringen. Während der Anfangsphase 311 werden bereits beide Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen 8, 81 aktiviert. Und zwar wird die erste
Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 8 bereits zum Zeitpunkt tO aktiviert, erkennbar am Aktivierungszustand B_cthr. Die zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 81 wird zu einem Zeitpunkt t1 aktiviert, ausgelöst durch ein Erreichen einer Drehzahl n1 , die im Bereich von 200 U/min liegt. Während der Anfangsphase 311 wird ein Strom
beziehungsweise ein Drehmoment des Motor-Generators 6 so geregelt, dass ein linearer Anstieg der Drehzahl n mit der Zeit t erfolgt. Eine Steigung des linearen Anstiegs wird in Abhängigkeit von Parametern wie zum Beispiel einer Temperatur des
Verbrennungsmotors festgelegt.
Zu einem Zeitpunkt t2 ist eine Zieldrehzahl bei einem Wert n2 erreicht. Der Zeitpunkt t2 ist nach ca. 0,5 bis 2 Sekunden nach dem Zeitpunkt tO erreicht. Zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 richtet sich der Strom beziehungsweise das Drehmoment des Motor-Generators 6 nach der Rekuperationsleistung 91 sowie nach den Zustandsgrößen der Hochvoltbatterie 7, wie zum Beispiel Temperatur T der Hochvoltbatterie 7 und/oder Ladezustand SOC der Hochvoltbatterie 7 und/oder Stromintegral in oder aus der
Hochvoltbatterie 7 und/oder anderer Zustandsgrößen.
Zum Zeitpunkt t3 endet der Ladelimitierungs-Zustand der Hochvoltbatterie 7, die
Ladelimitierungs-Zustandsinformation B_chast erhält den Wert 0. Daraufhin erhält die Motorbetriebsinformation B_MGmot den Wert 0, was die Beendigung des
Schleppbetriebs 111 bedeutet. Zwischen dem Zeitpunkt t3 und einem Zeitpunkt t6 erfolgt eine Auslaufphase 312 des Verbrennungsmotors 5. Zwischen dem Zeitpunkt t3 und einem Zeitpunkt t4 erfolgt eine ungeregelte Verringerung der Drehzahl n in Folge der inneren Reibung des Verbrennungsmotors 5 sowie in Folge der Bremswirkungen der ersten und zweiten Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtungen 8 und 81.
Ab dem Zeitpunkt t4 erfolgt zum Zwecke einer geregelten Drehzahlreduzierung ein generatorischer Betrieb des Motor-Generators 6, was sich im Wert 1 für die
Generatorbetriebsinformation B_MGgen zeigt. Die geregelte Drehzahlreduzierung dient dazu, Schwingungs- und Ruckelerscheinungen, die bei einem ungeregelten Betrieb auftreten, zu reduzieren. Zwischen dem Zeitpunkt t4 und dem Zeitpunkt t6 wird das Drehmoment des Motor-Generators 6 so geregelt, dass ein linearer Abfall der Drehzahl n mit der Zeit t resultiert.
Zu einem Zeitpunkt t5 wird die zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung 81 deaktiviert, was sich in einem Wert 0 für die Aktivierungszustandsinformation B_exhfl zeigt.
Zum Zeitpunkt t6 hat die Drehzahl n den Wert 0 erreicht, der generatorische Betrieb des Motor-Generators 6 endet (B_MGgen wird 0), und auch die erste Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung 8 wird deaktiviert (B_cthr wird 0).
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines alternativen Hybridfahrzeugs 1002, geeignet für die Anwendung einer Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Hybridfahrzeug 1002 unterscheidet sich von dem Hybridfahrzeug 2 der Fig. 1 unter anderem dadurch, dass ein Antriebssystem 1001 im Vergleich zu dem Antriebssystem 1 zwischen dem Verbrennungsmotor 5 und dem Rad 4 eine schaltbare Verbindung mit einer Kupplung 12 zur Übertragung von Antriebsleistung von dem Verbrennungsmotor 5 auf das Rad 4 aufweist. Vorteilhafter Weise weist das Hybridfahrzeug 1002 außerdem ein Getriebe auf, welches zwischen dem Verbrennungsmotor 5 und dem Rad 4, idealer Weise zwischen der Traktionsmaschine 3 und dem Rad 4, platziert ist.
Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Antriebssystem
1001 Alternatives Antriebssystem
2 Hybridfahrzeug
1002 Alternatives Hybridfahrzeug
3 Elektrische Traktionsmaschine
4 Rad
5 Verbrennungsmotor
6 Motor-Generator
7 Hochvoltbatterie
8 Erste Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung
81 Zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung
9 Traktionsleistung
91 Rekuperationsleistung
10 Kurbelwelle
11 Generatorbetrieb
111 Schleppbetrieb
12 Kupplung
13 Antriebssteuersystem
14 Signalleitungen
15 Drehzahlsensor
16 Antriebs-Kommunikationsnetz
17 Motorsteuergerät
18 Koordinationssteuergerät
19 Fahrzeug-Kummunikationsnetz
20 Fahrgzeugsteuergerätesystem
21 Batteriesteuergerät
22 Erste Leistungselektronik
23 Zweite Leistungselektronik 4 Stromleitungen
171 Verbrennungsmotor-Bremsfunktion
181 Bremsverteilungsfunktion
00 Bremsfunktion
01 Verzögerungsfestlegungsfunktion
11 Ladelimitierungsfunktion
21 Generatorbetriebsfunktion
31 Motorbetriebsfunktion
310 Erster Funktionsgraph
311 Anfangsphase
312 Auslaufphase
320 Zweiter Funktionsgraph
330 Dritter Funktionsgraph
340 Vierter Funktionsgraph
350 Fünfter Funktionsgraph
360 Sechster Funktionsgraph
B_chast Ladelimitierungs-Zustandsinformation
B_cthr Aktivierungszustand der ersten Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung
B_decel Verzögerungszustandsinformation
B_exhfl Aktivierungszustand der zweiten Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung
B_MGgen Generatorbetriebsinformation
B_MGmot Motorbetriebsinformation
BrkCtl Motorbremskontrollfunktion
B_TMgen Generatorbetriebsinformation
GenCtl Generatorbetrieb
MotCtl Motorkontrollfunktion
SOC Ladezustand
T Temperatur
t Zeit

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Starten eines Schleppbetriebes (111 ) eines Verbrennungsmotors (5) eines Hybridfahrzeugs (2, 1002), wobei ein Antriebssystem (1 , 1001 ) des Hybridfahrzeuges umfasst
- eine elektrische Traktionsmaschine (3), welche zur Übertragung von
Traktionsleistung (9) oder Rekuperationsleistung (91 ) mit einem Rad (4) des Hybridfahrzeugs (2) wirkverbunden ist,
- den Verbrennungsmotor (5), welcher mindestens eine erste und eine zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung aufweist (8, 81 ) und welcher von dem Rad (4) mechanisch entkoppelt ist,
- einen Motor-Generator (6), welcher mit einer Kurbelwelle (10) des
Verbrennungsmotors (5) wirkverbunden ist,
- eine Hochvoltbatterie (7), welche mit der elektrischen Traktionsmaschine (3) und mit dem Motor-Generator (6) elektrisch verbunden ist,
wobei eine Bremsfunktion (200) zum Bremsen des Kraftfahrzeugs (2) eine Generatorbetriebsfunktion (221) der elektrischen Traktionsmaschine (3) aufweist, wobei bei der Generatorbetriebsfunktion (221 ) und bei einem gleichzeitig vorliegenden Ladelimitierungs-Zustand (B_chast=1 ) der Hochvoltbatterie (7) dem Motor-Generator (6) elektrische Energie zugeführt wird, mittels derer der Motor- Generator (6) den Verbrennungsmotor (5) in Form des Schleppbetriebes (111 ) antreibt und wobei während des Schleppbetriebes (111 ) die erste und/oder die zweite Verbrennungsmotorbremsvorrichtung (8, 81 ) bremsend auf eine Bewegung des Verbrennungsmotors (5) einwirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (8) von Beginn (tO) einer
Anfangsphase (311 ) des Schleppbetriebes (111 ) an aktiviert wird und die zweite Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (81 ) ab einem Zeitpunkt (t1 ), der nach dem Beginn (tO) und vor einem Ende (t2) der Anfangsphase (311 ) liegt, aktiviert wird. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Verbrennungsmotor-Bremsvorrichtung (8) eine Dekompressionsbremse und/oder eine Turbobremse umfasst und die zweite Verbrennungsmotor- Bremsvorrichtung (81) eine Abgasklappe umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Schleppbetrieb (11 1 ) während der Anfangsphase (31 ) einen linearen Verlauf einer Drehzahl (n) der Kurbelwelle (10) über einer Zeit (t) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
während des Schleppbetriebes ( 1) die Drehzahl (n) der Kurbelwelle (10) und/oder eine Schleppleistung des Motor-Generators (6) in Abhängigkeit von einer elektrischen Rekuperationsleistung (91 ) der elektrischen Traktionsmaschine (3) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Ladelimitierungs-Zustand (B_chast=1 ) der Hochvoltbatterie (7) in Abhängigkeit von einem elektrischen Ladezustand (SOC) der Hochvoltbatterie (7) und/oder in Abhängigkeit von einer Temperatur (T) der Hochvoltbatterie (7) und oder in Abhängigkeit von einem Integral eines Stroms aus und in die Hochvoltbatterie (7) gesetzt wird.
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