Stand der Technik Hybridantriebe für Fahrzeuge sind bekannt. Bei den hier angesprochenen Hybridantrieben wird eine Ver- brennungskraftmaschine mit wenigstens zwei elektri- schen Maschinen kombiniert, so dass mehrere Antriebs- quellen für das Fahrzeug zur Verfügung stehen. Ent- sprechend vorgegebener Anforderungen durch einen Fahrzeugführer können hierbei die Antriebsquellen wahlweise ihre Antriebsmomente in einen Antriebs- strang des Fahrzeuges einspeisen. Hierdurch ergeben sich in an sich bekannter Weise in Abhängigkeit kon- kreter Fahrsituationen unterschiedliche Antriebsge- staltungsmöglichkeiten, die insbesondere der Verbes- serung eines Fahrkomforts und der Reduzierung eines

Energieeinsatzes sowie der Reduzierung einer Schad- stoffemission dienen.

Bei Hybridantrieben für Fahrzeuge sind serielle An- ordnungen, parallele Anordnungen und gemischte Anord- nungen von Verbrennungskraftmaschine und elektrischen Maschinen bekannt. Je nach Anordnung sind die elek- trischen Maschinen direkt oder indirekt in den An- triebsstrang der Verbrennungskraftmaschine schaltbar.

Zur Wirkverbindung der Verbrennungskraftmaschine und/oder der elektrischen Maschinen ist bekannt, diese über Getriebe, beispielsweise Planetengetriebe oder dergleichen, und Kupplungen miteinander wirkver- bindbar anzuordnen.

Um einen Fahrerwunsch nach einer Antriebsleistung des Hybridantriebes optimal umsetzen zu können, ist eine koordinierte Ansteuerung der Antriebsmaschinen des Hybridantriebes erforderlich, die bekanntermaßen durch ein so genanntes Motorsteuergerät erfolgt.

Hierbei muss in jeder Fahrsituation des Fahrzeuges der Fahrerwunsch in optimaler Weise mit den vom Fahr- zeug zur Verfügung gestellten Ressourcen befriedigt werden. Bekannte Betriebsstrategien für Hybrid- antriebe zeichnen sich im Wesentlichen dadurch aus, dass sie für die Verbrennungskraftmaschine in Ab- hängigkeit von spezifischen Eingangsgrößen wie An- triebsleistungsforderung, Fahrzeuggeschwindigkeit, Fahrbahnsteigung und dergleichen, einen optimierten Betriebspunkt definieren. Dabei wird angestrebt, die Verbrennungskraftmaschine möglichst außerhalb des wirkungsgradungünstigen Teillastbereiches zu be-

treiben und gegebenenfalls bei Kleinst-Wunsch- abtriebsleistungen abzuschalten. In diesen Fällen übernimmt die wenigstens eine elektrische Maschine den Antrieb des Fahrzeuges. Bekannt ist auch, die Verbrennungskraftmaschine entlang einer optimalen Verbrauchskennlinie zu steuern. Bei diesen bekannten Betriebsstrategien ist nachteilig, dass die Wirkungs- grade der elektrischen Antriebsmaschinen und die Aus- wirkungen des Betriebsverhaltens der elektrischen An- triebsmaschinen auf elektrische Energiespeicher (Bat- terien) unberücksichtigt bleiben.

Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass bei Hybridantrieben mit einer Verbrennungskraft- maschine und wenigstens zwei elektrischen Maschinen zur Einstellung eines Betriebspunktes des Hybrid- antriebes auch die Wirkungsgrade der elektrischen An- triebskomponenten und die Auswirkungen des Betriebs- verhaltens der elektrischen Antriebsmaschinen auf elektrische Energiespeicher berücksichtigt sind. Da- durch, dass in Abhängigkeit eines Wunschabtriebs- momentes und einer momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit Betriebspunkte der elektrischen Maschinen derart ein- gestellt werden, dass die Summe der mechanischen Leistungen und der elektrischen Verluste aller elek- trischen Maschinen des Hybridantriebes gleich Null ist, wird vorteilhaft erreicht, dass bei stationären Fahrzuständen des Hybridantriebes die elektrischen Energiespeicher unbeteiligt bleiben und deren Bat-

terieleistung zu Null gesteuert wird. Bei Hybrid- antrieben mit elektrischen Maschinen kommen Hoch- leistungsbatterien zum Einsatz, die einen erheblichen Anschaffungsaufwand erfordern. Dadurch, dass durch die Betriebsstrategie der elektrischen Maschinen die Batterieleistung in stationären Fahrzuständen zu Null gesteuert wird, wird die Belastung der Hochleistungs- batterien vermindert und somit deren Gesamtbetriebs- lebensdauer vergrößert. Insbesondere kann hierdurch die Betriebslebensdauer der Hochleistungsbatterie an die Lebensdauer des Fahrzeuges, das den Hybridantrieb aufweist, angeglichen werden. Somit ergeben sich öko- nomische Einsparpotentiale, die die Effektivität der Hybridantriebe wesentlich vergrößern. In dem Moment, wo die Summe der mechanischen Leistungen und der elektrischen Verluste aller elektrischen Maschinen gleich Null ist, werden motorisch arbeitende elek- trische Maschinen durch wenigstens eine generatorisch arbeitende elektrische Maschine mit Energie versorgt, die darüber hinaus auch alle elektrischen Verluste der elektrischen Maschinen abdeckt. Dies gestattet, die Batterieleistung in stationären Fahrzuständen auf Null zu steuern.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorge- sehen, dass bei Einstellung der Betriebspunkte der elektrischen Maschinen wenigstens ein Optimierungs- kriterium, insbesondere ein minimaler Kraftstoff- momentanverbrauch der Verbrennungskraftmaschine, be- rücksichtigt wird. Hierdurch lässt sich der Betriebs- punkt des Hybridantriebes derart wählen, dass neben einer geringen Belastung der Hochleistungsbatterien

über deren Gesamtlebensdauer gleichzeitig ein mög- lichst minimaler Kraftstoffverbrauch und somit eine möglichst minimale Schadstoffemission des Hybrid- antriebes erzielbar ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie- len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu- tert. Es zeigen : Figur 1 schematisch einen Hybridantrieb ; Figur 2 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur Einstellung eines Betriebspunktes des Hybridantriebes ; Figur 3 ein Ersatzmodell des Hybridantriebes ; Figur 4 ein Blockschaltbild einer Betriebsstrategie für den Hybridantrieb ; Figur 5 Kennfelder für optimierte Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine des Hybrid- antriebes und Figur 6 ein optimiertes Fahrstufenkennfeld des Hybridantriebes.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt schematisch einen insgesamt mit 10 be- zeichneten Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges. Der Hybridantrieb 10 umfasst eine Verbrennungskraft- maschine 12 sowie eine erste elektrische Maschine 14 und eine zweite elektrische Maschine 16. Eine Kurbel- welle 18 der Verbrennungskraftmaschine 12 und An- triebswellen 20 beziehungsweise 22 der elektrischen Maschinen 14 und 16 sind mit einer Getriebeanordnung 24 wirkverbunden. Hierbei ist die Antriebswelle 20 mit einem ersten Planetengetriebe 26 und die An- triebswelle 22 mit einem zweiten Planetengetriebe 28 verbunden. Ein Hohlrad des Planetengetriebes 26 ist mit einem Schaltgetriebe 30 und ein Hohlrad des Pla- netengetriebes 28 mit einem Schaltgetriebe 32 ver- bunden. Die Schaltgetriebe 30 und 32 wiederum sind mit einer Abtriebswelle 34 der Getriebeanordnung 24 verbunden. Die Abtriebswelle 34 ist mit einer An- triebsachse des nicht dargestellten Kraftfahrzeuges wirkverbunden.

Aufbau und Wirkungsweise eines derartigen Hybrid- antriebes 10 sind allgemein bekannt, so dass im Rah- men der vorliegenden Beschreibung hierauf nicht näher eingegangen wird. Insbesondere kann durch gezielte Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine 12 und/oder der elektrischen Maschinen 14 und 16 von diesen ein unterschiedliches Antriebsmoment auf die Abtriebs- welle 34 abgefordert werden. Somit lassen sich ver- schiedene Betriebsmodi des Hybridantriebes 10 ein- stellen. Die Schaltgetriebe 30 und 32 gestatten durch

Betätigen eines Schaltgebers in bekannter Weise das Einlegen unterschiedlicher Gänge, die hier mit den Gängen 1, 2,3, 4,5 und 6 sowie einen Rückwärtsgang R bezeichnet sind. Die elektrischen Maschinen 14 und 16 können jeweils im Generatorbetrieb oder Motor- betrieb betrieben werden und dienen beispielsweise der Bereitstellung einer Bordnetzspannung des Kraft- fahrzeuges und dem Aufladen eines Akkumulators. Den elektrischen Maschinen 14 und 16 sind jeweils Brems- einrichtungen 36 und 38 zugeordnet, mit denen Rotoren der elektrischen Maschinen 14 und 16 mechanisch ge- bremst werden können.

Figur 2 zeigt in einem Blockschaltbild einen Aus- schnitt aus einem Motorsteuergerät zur Ansteuerung des Hybridantriebes 10. Das Motorsteuergerät umfasst einen Koordinator 40 zur Festlegung einer kennfeld- basierten Betriebsstrategie für den Hybridantrieb 10.

Die Betriebsstrategie dient der Einstellung eines optimalen Betriebspunktes des Hybridantriebes 10, wie nachfolgend erläutert wird.

Der Koordinator 40 erhält von einem Geber 42 ein Signal 44, das der momentanen Geschwindigkeit v des Fahrzeuges entspricht. Von einem Geber 46 erhält der Koordinator 40 ein Signal 48, das einem Wunsch- abtriebsmoment eines Fahrzeugführers entspricht. Der Geber 46 kann beispielsweise mit einem Fahrpedal, einem Bremspedal oder einem Fahrautomaten des Fahr- zeuges zusammenwirken.

Aus den Eingangssignalen 44 und 48 ermittelt der Koordinator 40 Signale 50,52, 54,56 zur Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine 12 der elektrischen Maschinen 14 und 16 und des Getriebes 24. Das Signal 50 beinhaltet eine Drehzahlvorgabe und eine Moment- vorgabe für die Verbrennungskraftmaschine 12, das Signal 52 eine Drehzahlvorgabe und eine Momentvorgabe für die elektrische Maschine 14, das Signal 54 eine Drehzahlvorgabe und eine Momentvorgabe für die elek- trische Maschine 16 und das Signal 56 eine Fahr- stufenvorgabe für das Getriebe 24.

Der Koordinator 40 greift zur Durchführung der kenn- feldbasierten Betriebsstrategie auf Kennfelder zu- rück. Zur Ermittlung dieser Kennfelder wird zunächst von dem in Figur 3 dargestellten Ersatzmodell für den Hybridantrieb 10 ausgegangen. Der Hybridantrieb 10 umfasst die Verbrennungskraftmaschine 12 sowie die elektrischen Maschinen 14 und 16 und das Getriebe 24.

Den elektrischen Maschinen 14 und 16 ist eine Hoch- leistungsbatterie 58 zugeordnet, die von den elektri- schen Maschinen 14 und 16 im Generatorbetrieb ge- speist wird beziehungsweise die die elektrischen Ma- schinen 14 und 16 in deren Motorbetrieb speist. Im Regelfall arbeitet eine elektrische Maschine im Mo- torbetrieb und eine elektrische Maschine im Genera- torbetrieb.

Zur Kraftstoffversorgung der Verbrennungskraft- maschine 12 ist ein Tank 60 vorgesehen, wobei sich ein Momentanverbrauch 62 an Kraftstoff ergibt. Der Hybridantrieb 10 liefert eine Abtriebsleistung P an

die Abtriebswelle 34. Die Abtriebsleistung P ist hierbei eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit v (Signal 44) und des Abtriebswunschmomentes M (Signal 48).

Auf Basis dieses in Figur 3 gezeigten Ersatzmodells wird ein Optimierungskriterium definiert, das bei- spielsweise in einem minimalen Kraftstoffmomentan- verbrauch 62 liegt.

Ein Fahrzustand des Fahrzeuges ist über die Abtriebs- leistung P und somit über die Momentangeschwindigkeit v beziehungsweise das Wunschabtriebsmoment M defi- niert. Diese Fahrzustände lassen sich durch Betriebs- punkte des Antriebsstranges, das heißt durch Be- triebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 12, der elektrischen Maschinen 14 und 16 sowie des Getriebes 24 realisieren.

Für die Erfindung ist vorgesehen, dass die Summe der mechanischen Leistungen der elektrischen Maschinen 14 und 16 und der elektrischen Verluste der elektrischen Maschinen 14 und 16 gleich Null ist. Dies heißt, eine der elektrischen Maschinen 14 und 16 arbeitet im ge- neratorischen Betrieb und die andere der elektrischen Maschinen 14 und 16 im motorischen Betrieb. Hierbei versorgt die im generatorischen Betrieb arbeitende elektrische Maschine die im motorischen Betrieb ar- beitende elektrische Maschine mit Energie und deckt darüber hinaus alle elektrischen Verluste der beiden elektrischen Maschinen 14 und 16 ab. Hierdurch wird erreicht, dass für diesen angenommenen stationären

Fahrzustand die Leistung der Batterie 58 zu Null ge- steuert ist.

Der Koordinator 40 ermittelt somit aus der Menge aller möglichen Antriebsstrangbetriebspunkte, mit de- nen einer der über die Abtriebsleistung P definierten Fahrzustände realisiert werden kann, zunächst alle Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 12 der elektrischen Maschinen 14 und 16 sowie des Getriebes 24, die die Vorgabe erfüllen, dass die Summe der mechanischen Leistungen und der elektrischen Verluste der elektrischen Maschinen gleich Null ist.

Diese diese Randbedingungen erfüllenden optimierten Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 12, der elektrischen Maschinen 14 und 16 sowie des Getriebes 24 werden einem weiteren Optimierungskriterium unter- zogen, nämlich gemäß dem Beispiel einem möglichst minimalen Kraftstoffmomentanverbrauch 62. Hierdurch ergeben sich verbrauchsoptimierte Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 12, der elektrischen Ma- schinen 14 und 16 sowie des Getriebes 24. Diese ver- brauchsoptimierten Betriebspunkte werden in Steuer- kennfeldern abgelegt, auf die der Koordinator 40 zu- rückgreift. Da diese Steuerkennfelder aus Betriebs- kennfeldern der beteiligten Aggregate, das heißt der Verbrennungskraftmaschine 12, der elektrischen Ma- schinen 14 und 16 und der Getriebe 24 hervorgeht, sind in diesen Steuerkennfeldern implizit auch die Betriebsgrenzen dieser Aggregate, wie beispielsweise maximale Drehzahlen oder Volllastkennlinien, berück- sichtigt und müssen nicht extra abgefragt werden.

Figur 4 zeigt in einem Blockschaltbild das erfin- dungsgemäße Verfahren zur Einstellung des Betriebs- punktes des Hybridantriebes 10 durch den Koordinator 40. Zunächst werden die Eingangssignale 44 (Momentan- geschwindigkeit v) und 48 (Wunschabtriebsmoment) mit einem Kennfeld 64 verknüpft, das eine optimale Fahr- stufe für das Getriebe 24 bestimmt. Dieses der opti- malen Fahrstufe entsprechende Signal 66 wird einer Fahrstufenfreigabe 68 zugeführt, die die optimale Fahrstufe als Soll-Fahrstufe freigibt und das Steuer- signal 56 ausgibt. Die Freigabe der Soll-Fahrstufe kann hierbei in Abhängigkeit weiterer Parameter, bei- spielsweise zur Verhinderung von Schaltungen während einer Kurvenfahrt, von Doppelschaltungen oder der- gleichen erfolgen. Das Signal 56 wird einerseits dem Getriebe 24 zur Einstellung der Schaltstufe bereit- gestellt. Ferner wird das Signal 56 mit einem Kenn- feld 70 zur Ermittlung eines Soll-Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine 12 verknüpft. Das hieraus resultierende Signal 50 wird der Verbrennungskraft- maschine 12 sowie einem Baustein 72 zugeführt. Der Baustein 72 verknüpft das Signal 50 mit dem Signal 56 und stellt die Signale 52 und 54 zur Ansteuerung der elektrischen Maschinen 14 und 16 bereit, die deren optimalen Betriebspunkten entsprechen.

Anhand der Darstellung in Figur 4 wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren sich in einfacher Weise realisieren lässt. Parallele Berechnungen der möglichen Betriebspunkte der Aggregate des Hybrid- antriebes 10 für unterschiedliche Fahrstufen sind nicht erforderlich, so dass hierfür kein großer

Rechenaufwand benötigt wird. Die Freigabe der Schalt- stufen erfolgt unmittelbar nach der Bestimmung der optimalen Schaltstufe, so dass im Falle einer Ver- hinderung der Freigabe der optimalen Fahrstufe die nachfolgenden Schritte zur Ermittlung der Signale 50 sowie 52 und 54 nicht unnötig durchgeführt werden.

Die hierdurch nicht belegte Kapazität kann zur Suche nach einer Ausweichlösung, beispielsweise eine andere Fahrstufe, genutzt werden. Durch diese kennfeld- basierte Betriebsstrategie, in die die Kennfelder 64 und 70 einfließen, ergibt sich eine sehr zuverlässige Steuerkette, bei der sich der Aufwand für die Über- wachung der Aggregate des Hybridantriebes 10 auf ein Minimum beschränken lässt, da die Kennfelder der Be- triebsstrategie bereits dafür Sorge tragen, dass keine unzulässigen Betriebspunkte der Aggregate ange- fahren werden.

Eine Anpassung an unterschiedliche Hybridantriebe 10, beispielsweise an Hybridantriebe 10 mit einer unter- schiedlichen Anzahl an Schaltstufen, lässt sich durch den modularen Aufbau der Steuerkette in einfacher Weise implementieren, indem lediglich eine Anpassung des Steuerkennfeldes 64 und der Fahrstufenfreigabe. 68 erfolgen muss.

In Figur 5 sind beispielhaft Kennfelder 70 darge- stellt, mittels denen die optimierten Betriebspunkte der Verbrennungskraftmaschine 12 ermittelbar sind.

Hierbei ist jedem Fahrzustand, der durch die Fahr- zeuggeschwindigkeit v (Signal 44) und das Abtriebs- wunschmoment (Signal 48) gekennzeichnet ist, jeweils

ein Soll-Moment Msoll und eine Soll-Drehzahl nSOll zu- geordnet. Diese den optimierten Betriebspunkten ent- sprechenden Werte werden als Signal 50 (Figur 4) der Verbrennungskraftmaschine 12 sowie dem Baustein 72 (Figur 4) zugeführt.

Figur 6 zeigt das Steuerkennfeld 64 zur Auswahl der optimalen Fahrstufe. Hierbei lassen sich in Abhängig- keit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v (Signal 44) und dem Wunschmoment M (Signal 48) Fahrzustände re- alisieren, die mit unterschiedlichen Fahrstufen ange- fahren werden können. Durch Verknüpfung mit der Ver- brauchsoptimierung des Momentanverbrauches 62 erhält man das beispielsweise in Figur 6 dargestellte opti- mierte Fahrstufenkennfeld, anhand dessen das Signal 66 (Figur 4) in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v und des Wunschabtriebselementes n ausgegeben wird.

Bezieht man die vorstehenden allgemeinen Erläute- rungen auf den Hybridantrieb 10 in der in Figur 1 dargestellten Ausführungsvariante, ergeben sich ins- gesamt sieben Systemvariablen, nämlich jeweils Momen- te und Drehzahlen der beiden elektrischen Maschinen 14 und 16 sowie der Verbrennungskraftmaschine 12 so- wie die Fahrstufe des Getriebes 24 als Kombination zweier Gangstufen der Schaltgetriebe 30 und 32. Das Getriebe 24 als Kopplungselement der Verbrennungs- kraftmaschine 12 der elektrischen Maschinen 14 und 16 und der Abtriebswelle 34 liefert vier Rand- bedingungen. Dies sind zwei kinematische Rand- bedingungen für die Aggregatedrehzahlen und zwei dynamische Kopplungsbedingungen für die Aggregate-

momente. Unter Berücksichtigung einer Minimierung des Kraftstoffmomentanverbrauchs können diese Rand- bedingungen zur Ermittlung der optimalen Fahrstufe für einen minimalen Momentanverbrauch an Kraftstoff der Verbrennungskraftmaschine 12 und einer Steuerung der Leistung der Batterie 58 zu Null berücksichtigt werden.