Stand der Technik Zur Steuerung von Leistungsflüssen in einem Kraft- fahrzeug ist eine Vielzahl von Verfahren und Einrich- tungen zur Durchführung dieser Verfahren bekannt. So geht beispielsweise aus der DE 197 03 863 Al ein der- artiges Verfahren sowie eine Einrichtung hervor, durch die eine Antriebssteuerüng erfolgt, also mecha-

nische Leistungsflüsse im Antrieb des Kraftfahrzeuges gesteuert werden-siehe auch Hötzer, D. :"Entwick- lung einer Schaltstrategie für einen PKW mit automa- tischem Schaltgetriebe", expert verlag, Renningen, 1999. Unabhängig davon, wie diese Verfahren arbeiten, ist ihr Ziel immer eine Minimierung des Kraftstoff- verbrauches und eine Optimierung des Fahrverhaltens, was durch koordinierte Steuerung des Verbrennungs- motors und des Fahrzeugantriebes erreicht werden kann.

Bekannt sind aber auch Systeme zur Steuerung thermi- scher Leistungsflüsse in einem Kraftfahrzeug, insbe- sondere Systeme zum Thermomanagement und zur Klima- regelung, und Systeme zur Steuerung elektrischer Leistungsflüsse im Bordnetz des Kraftfahrzeuges, wie Systeme zum elektrischen Energiemanagement und zum Verbrauchermanagement, wie beispielsweise aus dem Aufsatz von Schöttle, R. und Schramm, D.,"Zukünftige Energiebordnetze im Kraftfahrzeug", Jahrbuch Fahr- zeug-und Verkehrstechnik, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1997 hervorgeht.

Allen bekannten Verfahren und Systemen ist jedoch ge- meinsam, dass sie schwerpunktmäßig immer nur eine Energieform der mechanischen, elektrischen oder ther- mischen Leistungsflüsse in einem Kraftfahrzeug in Be- tracht ziehen und somit die in einem Kraftfahrzeug gegebene physikalische Kopplung zwischen diesen Ener- gieformen im Wesentlichen nicht berücksichtigen.

Vorteile der Erfindung Durch die Erfindung wird ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur koordinierten Steuerung mechanischer, elektrischer und thermischer Leistungsflüsse in einem Kraftfahrzeug zur Optimierung von Verbrauch, Komfort, Emissionen und Fahrverhalten geschaffen, indem durch physikalische Kopplung der Speichersysteme für mecha- nische, elektrische, thermische und chemische Ener- gie, der Wandler zur Wandlung der Energie zwischen diesen, Energieformen, der Wandler zur Wandlung der Energie-innerhalb einer der jeweiligen Energieform und der Aggregate zur Dissipation von Energie aller Energieformen alle in einem Kraftfahrzeug vorhandenen Energieformen berücksichtigt werden.

Diese Vorteile werden durch ein Verfahren erreicht, bei dem in einem Modul"Bestimmung optimaler Be- triebszustand"ein optimaler Betriebszustand xopt für den Aggregateverbund ermittelt wird, das als Ein- gangsgrößen zumindest. die Sollwerte erhält, die durch ein Modul"Generierung Sollgrößen"zur Verfügung ge- stellt werden, nachdem in diesem die von einem Modul "Erfassung Fahrerwunsch"ermittelten Größen zusammen mit weiteren Vorgabegrößen zusammengeführt worden sind, sowie den Ist-Betriebszustand x von einem Modul "Bestimmung Ist-Betriebszustand", nachdem in diesem die Messgrößen y zusammengefasst worden sind, die aus der Erfassung des Zustandes der Aggregate des Aggre- gateverbundes resultieren, und dass nach Ermittlung des optimalen Betriebszustandes xopt für den Aggrega- teverbund in einem Modul"Bestimmung Soll-Betriebs-

zustand"der Soll-Betriebszustand xsoll auf der Grund- lage des Ist-Betriebszustandes x und des optimalen Betriebszustandes xopt ermittelt wird, so dass somit durch dieses Modul ein sanfter Übergang zwischen dem aktuellen Betriebszustand x und dem zu erreichenden Betriebszustand xOpt erfolgt.

Dabei wird der Aggregateverbund durch einen Vektor von Stellgrößen u angesteuert, wobei jedes angesteu- erte Aggregat über einen Eingang für Steuersignale verfügt. So steht ume für einen Wandler von mecha- nischer nach elektrischer Energie. Die Ermittlung des Vektors von Stellgrößen u wird durch ein Modul "Ansteuerung Aggregateverbund"derart ermittelt, dass sich im Aggregateverbund der Betriebszustand x einstellt. Die eigentliche Steuerung der Aggregate des Aggregateverbundes kann jeweils von einer Steuer- einheit-ME, EDC, Wechselrichtersteuerung-vorge- nommen werden.

Während die Messgrößen y, durch die der Zustand der Aggregate des Aggregateverbundes erfasst wird, durch Sensoren direkt ermittelt werden oder aber von Aggre- gate-Steuereinheiten ermittelt werden können, wenn sie abgeleitete Größen umfassen, werden bei der Zu- sammenfassung der Messgrößen y und der Ermittlung des Ist-Betriebszustandes x des Aggregateverbundes in dem Modul"Bestimmung Ist-Betriebszustand"physikalische Rechenmodelle zur Beschreibung der Aggregate und da- mit des Aggregateverbundes herangezogen.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als weitere Vorgabegrößen dem Modul"Generie- rung Sollgrößen"durch Fahrer-Assistentensyteme, so durch Fahrgeschwindigkeitsregler oder ACC, durch diese ermittelte Größen zugeführt. Da aber auch die in dem Modul"Erfassung Fahrerwunsch"erfassten Größen, die aus dem Wunsch nach einer Antriebs- leistung an den Rädern, dem Wunsch nach elektrischer Leistung, die das Bordnetz zum Betrieb elektrischer Verbraucher, wie beispielsweise Fahrlicht, Heckschei- benheizung und Radio, zur Verfügung stellen muss und dem Wunsch nach thermischer Leistung für die Innen- raum-Klimatisierung resultieren, dem Modul"Generie- rung Sollgrößen"zugeführt werden, werden diese ge- meinsam mit den durch die Fahrer-Assistenzsysteme er- mittelten Größen in dem Modul"Generierung Soll- größen"zusammengeführt. Durch dieses werden Soll- größen für die mechanische Leistung Pmsoll, die elek- trische Leistung Pe, soll und für die thermische Leistung Pt, soll ermittelt.

Zwecks Ermittlung eines optimalen Betriebszustandes xopt werden dem Modul"Bestimmung optimaler Betriebs- zustand"darüber hinaus aber auch mittels eines Para- meter-Vektors a nach Erfassung durch ein weiteres Mo- dul Informationen über den Fahrertyp, die Fahrsitua- tion und über Umweltgrößen zur Verfügung gestellt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden zur Ermittlung des optimalen Betriebszustandes xopt im Mo- dul"Bestimmung optimaler Betriebszustand"in Echt- zeit während des Fahrbetriebes mehrere mögliche Be-

triebszustände Xk bestimmt, so dass der Aggregate- verbund die geforderte mechanische Leistung Pm,soll, die geforderte elektrische Leistung Pe, soll und die ge- forderte thermische Leistung Pt, soll bereitstellt. Da- bei werden die Betriebszustände Xk, so gewählt, dass sie die physikalischen Kopplungen, die Grenzen der Speichersysteme und die Kapazität der Aggregate er- füllen, wobei für jeden Betriebszustand Xk ein gene- ralisierter Verbrauch V nach der Rechenvorschrift v Ec v. (a) * dEc/dt + Em* Vm (a) * dEm/dt + Ee'* Ve (a) * dEe/dt + st * vt (a) * dEt/dt bestimmt wird.

Ebenso wird für jeden Betriebszustand xk der Wert ei- ner Gütefunktin # nach den Rechenvorschriften G (x) = yl (a) * Gl (x) + y2 (a) * G2 (x) + y3 (a) * G3 (x) + y4 (a) * G4 (x) + y5 (a) * G5 (x) + y6 (a) * G6 (x) + y7 (a) * G7 (x) + y8 (a) * D8 (x) und #(x) = V(x) - G (x) + AP (x) bestimmt, wobei der Betriebszustand Xk, für den die Gütefunktion r einen minimalen Wert annimmt, als der optimale Betriebszustand xopt bestimmt wird.

Zur Ermittlung des optimalen Betriebszustandes xopt im Modul"Bestimmung optimaler Betriebszustand"kann al- ternativ als zweite Variante aber auch ein Verfah- rensschritt realisiert werden, gemäß dem in Offline- Optimierungsrechnungen für jede Fahrzeuggeschwindig- keit v und für jede geforderte Kombination aus gefor- derter mechanischer Leistung Pm, som. geforderter elek- trischer Leistung Pue, sols und geforderter thermischer Leistung Pt, soll der optimale Betriebszustand xopt ermittelt wird, der die Gütefunktion F minimiert, wo- bei die Ermittlung für verschiedene Werte des Parame- ters a erfolgt. Der optimale Betriebszustand xopt wird in einem im Modul"Bestimmung optimaler Betriebszu- stand"implementierten, mehrdimensionalen Kennfeld abgelegt, das die Eingangsgrößen v, Pm, soll. Pe, som Pt, soll und a besitzt, wobei die Ausgangsgröße der op- timale Betriebszustand Xopt ist.

Zur Durchführung des Verfahrens zur koordinierten Steuerung mechanischer, elektrischer und thermischer Leistungsflüsse in einem Kraftfahrzeug sieht die Er- findung weiterhin eine Einrichtung vor, bei der eine dem Verbrennungsmotor zugeordnete Motorsteuerung, eine der elektrischen Maschine zugeordnete Steuerung, vorzugsweise in Form eines Pulswechselrichters, und eine dem automatischen Getriebe zugeordnete Getriebe- steuerung über einen CAN-Verbund mit einem Fahrzeug- steuergerät verbunden sind, in dem das erfindungs- gemäße Verfahren umgesetzt ist, wobei durch das Fahr- zeugsteuergerät die Stellung des Fahrzeugpedales und daraus der Wunsch des Fahrers nach einer mechanischen Leistung Pm, soll für den Antrieb ableitbar ist. Dabei

gibt das Fahrzeugsteuergerät der Motorsteuerung das Soll-Motormoment Mmsollt dem Pulswechselrichter das Soll-Moment Me, soll der elektrischen Maschine und der Getriebesteuerung den Soll-Gang gSOll vor. Außerdem ist bei dieser Einrichtung durch das Fahrzeugsteuer- gerät der elektrische Leistungsbedarf Pue, sol der elektrischen Verbraucher, auch des an das elektrische Bordnetz angeschlossenen Pulswechselrichters sowie der Batterie erfassbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Merkma- len.

Zeichnungen Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungs- beispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen : Figur 1 eine Systemskizze der in das Verfahren ein- gehenden Aggregate des Aggregateverbundes eines Kraftfahrzeuges sowie der physikali- schen Vernetzung dieser Apparate ; Figur 2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Steuerungssystems, mit dem das Verfahren zur koordinierten Steuerung der Leistungs- flüsse in einem Kraftfahrzeug verwirklicht wird ;

Figur 3 ein Blockdiagramm der technischen Realisie- rung des Verfahrens für den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges und Figur 4 ein schematisches Ablaufdiagramm zur Be- stimmung des optimalen Betriebszustandes in dem Modul"Bestimmung optimaler Betriebs- zustand"nach Figur 2.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles Der Aggregateverbund gemäß Figur 1 stellt eine mecha- nische Leistung Pm, eine elektrische Leistung Pe und eine thermische Leistung Pt bereit. Er verfügt über chemische, mechanische, elektrische und thermische Speicher, deren Energieinhalt jeweils abnehmen, zu- nehmen oder konstant bleiben kann. Der Energieinhalt des chemischen Speichers sei Ec, der des mechanischen Speichers Em der des elektrischen Speichers Ee und der des thermischen Speichers Et. Die Veränderungs- rate des Energieinhalts des chemischen Speichers be- trägt dEc/dt, der des mechanischen Speichers dEm/dt, der des elektrischen Speichers dEe/dt und der des thermischen Speichers dEt/dt. Der Betriebszustand ei- nes jeden Aggregates kann durch einen Vektor xi ge- kennzeichnet werden, dessen Elemente die Zustands- größen des Aggregates beschreiben, beispielsweise Drehzahl, Drehmoment, Temperatur, elektrischer Strom.

So wird

der Betriebszustand eines Wandlers von chemischer nach mechanischer Energie, zum Beispiel eines Ver- brennungsmotors, durch Xcm, der Betriebszustand eines Wandlers von mechani- scher nach elektrischer Energie, zum Beispiel ei- nes Generators, durch xme, der Betriebszustand eines Wandlers von elektri- scher nach mechanischer Energie, zum Beispiel ei- nes elektrischen Antriebmotors, durch xem, der Betriebszustand eines Wandlers von'elektri- scher nach thermischer Energie, zum Beispiel eines elektrischen Heizgerätes, durch xet, der Betriebszustand eines Wandlers von chemischer nach elektrischer Energie, zum Beispiel einer Brennstoffzelle, durch Xce, der Betriebszustand eines Wandlers von mechani- scher nach thermischer Energie, zum Beispiel eines Wellenlagers, das gekühlt werden muss, durch Xmt und der Betriebszustand eines Wandlers von chemischer nach thermischer Energie, zum Beispiel eines Standheizgerätes, durch Xct beschrieben.

Analog wird der Betriebszustand der Transformatoren beschrieben. So wird

der Betriebszustand eines chemischen Transforma- tors, zum Beispiel eines Reformers von Methanol nach Wasserstoff, durch xCct - der Betriebszustand eines mechanischen Transforma- tors, zum Beispiel eines automatischen Schalt- getriebes, durch xm, - der Betriebszustand eines elektrischen Transforma- tors, zum Beispiel eines DC-Wandlers, durch xee und der Betriebszustand eines thermischen Transforma- tors, zum Beispiel eines Wärmetauschers, durch xtt beschrieben.

Jedes der Aggregate, also die Speichersysteme, Wand- ler und Transformatoren, kann in dem Aggregateverbund mehrfach auftreten. Entsprechend sind weitere Be- triebszustände xi zur Beschreibung heranzuziehen.

Ein Aggregat kann auch die Wandlung von mehreren Energieformen vornehmen. So wandelt ein Verbrennungs- motor chemische Energie in mechanische und in thermi- sche Energie. Der Zustand eines solchen Aggregates wird ebenfalls durch einen Betriebszustand, wie zum Beispiel xcmt, eindeutig beschrieben.

Der Aggregateverbund kann mehrere Ausgänge für mecha- nische, elektrische und/oder thermische Energie be- reitstellen.. So verfügt beispielsweise ein Aggregate-

verbund mit einem 14/42-V-Zweispannungsbordnetz so- wohl über einen Ausgang für elektrische Verbraucher mit 14 V als auch über einen Ausgang für elektrische Verbraucher mit 42 V. Auch. mehrere mechanische Aus- gänge sind möglich, zum Beispiel bei Nutzfahrzeugen mit Nebenantrieben.

Die Menge der Betriebszustände xi der Aggregate und die Energieinhalte der Speichersysteme beschreiben den Gesamt-Betriebszustand x des Aggregateverbundes gemäß der Rechenvorschrift 1 : = (Ec, Em, Ee, Et, Xcm, Xce, Xct, Xccr Xcdt Xmer Xmt, Xmmi Xmdr Xem, Xet, Xee, Xed, Xtt, Xtd).

Bei dem Steuerungssystem zur koordinierten Steuerung der Leistungsflüsse und Zustände des Aggregateverbun- des nach Figur 2 wird der Aggregateverbund 1 durch einen Vektor von Stellgrößen u angesteuert. Dabei verfügt jedes angesteuerte Aggregat einen Eingang für Steuersignale, beispielsweise ume für einen Wandler von mechanischer nach elektrischer Energie. Die ei- gentliche Steuerung des Aggregates kann dabei jeweils von einer Steuereinheit, zum Beispiel ME, EDC, Wech- selrichter-Steuerung, vorgenommen werden. Der Zustand der Aggregate des Aggregateverbundes 1 wird durch ei- nen Vektor von Messgrößen y erfasst. Diese Messgrößen können von nicht weiter dargestellten Sensoren direkt ermittelt werden oder auch abgeleitete Größen umfas- sen, die von Aggregate-Steuereinheiten ermittelt wer- den. In einem Modul"Bestimmung Ist-Betriebszustand"

2 werden die Messgrößen y zusammengefasst und der Ist-Betriebszustand x des Aggregateverbundes 1 wird ermittelt. Dazu können physikalische Rechenmodelle zur Beschreibung der Aggregate und des Aggregate- verbundes 1, zum Beispiel Beobachter, herangezogen werden.

In einem Modul"Erfassung Fahrerwunsch"3 wird der Fahrerwunsch erfasst. Er umfasst insbesondere den Wunsch nach einer Antriebsleistung an den Rädern, den Wunsch nach elektrischer Leistung, die das Bordnetz zum Betrieb elektrischer Verbraucher, wie beispiels- weise Fahrlicht, Heckscheibenheizung, Radio, zur Ver- fügung stellen muss, und den Wunsch nach einer ther- mischen Leistung für die Innenraum-Klimatisierung.

Fahrer-Assistenzsysteme 4 können ebenfalls Vorgabe- größen generieren. Diese werden mit dem vom Modul "Erfassung Fahrerwunsch"3 ermittelten Größen in ei- nem Modul"Generierung Sollgrößen"5 zusammengeführt.

Dieses Modul ermittelt Sollgrößen für die mechanische Leistung Pmsoll/die elektrische Leistung Pe, soll und die thermische Leistung Pt""ii. Jede dieser Sollgrößen kann mehrfach auftreten.

Den Kern des Steuerungssystems bildet das Modul"Be- stimmung optimaler Betriebszustand"6. Es ermittelt einen optimalen Betriebszustand xopt für den Aggrega- teverbund l. Es erhält als Eingangsgrößen die Soll- werte vom Modul"Generierung Sollgrößen"5 und den Ist-Betriebszustand x vom Modul"Bestimmung Ist-Be- triebszustand"2. Weiterhin werden Informationen über den Fahrertyp, die Fahrsituation und Umweltgrößen

herangezogen, die ein Modul 7 mittels eines Parame- ter-Vektors a zur Verfügung stellt.

Ein Modul"Bestimmung Soll-Betriebszustand"8 ermit- telt den Soll-Betriebszustand xsoll auf der Grundlage des Ist-Betriebszustandes x und des optimalen Be- triebszustandes xopt. Dieses Modul 8 stellt dabei sicher, dass ein sanfter Übergang zwischen dem aktu- ellen Betriebszustand x und dem im Ziel zu erreichen- den optimalen Betriebszustand xopt erfolgt. Ein Modul "Ansteuerung Aggregateverbund"9 ermittelt einen Vek- tor. von Stellgrößen u derart, dass sich im Aggregate- verbund 1 der Betriebszustand xsoll einstellt.

Ausgehend davon, dass das erfindungsgemäße Verfahren Verbrauch, Komfort, Emissionen und dynamisches Fahr- verhalten optimiert, wird dazu ein generalisierter Verbrauch V nach der Rechenvorschrift 2 V = #c * vc (a) * dEc/dt + sm * Vm (a) * dEm + Ee * ve (a) * dEe/dt + st * vt (a) * dEt/dt bestimmt.

Dabei sind die Faktoren £c Energie-Äquivalenzziffern, die den unterschiedlichen Grad der Nutzbarkeit der gespeicherten Energien beschreiben. So verfügt die im Speicher für mechanische Energie gespeicherte Energie eine höhere Energie-Äquivalenzziffer als die im Kraftstofftank gespeicherte chemische Energie. Die

Werte der Energie-Äquivalenzziffern können während des Fahrbetriebes langfristig adaptiert werden.

Die Faktoren v (a) sind Gewichtungsfaktoren, die die Änderungen des Energieinhalts der einzelnen Speicher gewichten. Ihre Werte werden in Abhängigkeit von ei- nem Parameter-Vektor a ermittelt. Dieser Parameter- Vektor a beschreibt unter anderem den Fahrertyp (sportlich, ökonomisch), die Fahrsituationen (Kurve, Stadtfahrt) und Umweltgrößen (Steigung, Fahrbahn- klasse, Temperatur). Umweltgrößen umfassen auch In- formationen über den Verlauf der vorausliegenden Fahrbahn und Informationen, die Telematic-Systeme zur Verfügung stellen können, insbesondere Krümmung der vorausliegenden Fahrbahn, Steigung der vorausliegen- den Fahrbahn, Entfernung zur nächsten Kreuzung etc.

Für die Optimierung von dynamischem Fahrverhalten, Emissionen und Komfort werden generalisierte Gütemaße Gi in Abhängigkeit vom Betriebszustand x des Aggrega- teverbundes 1 definiert : - Ein Gütemaß Gl (x) beschreibt die dynamische Leis- tungsreserve für mechanische Energie an einem Be- triebszustand x. Die dynamische Leistungsreserve für mechanische Energie gibt an, welche zusätz- liche mechanische Energie-über die am Betriebs- zustand x gelieferte mechanische Energie Pmfx) hinaus-der Aggregateverbund 1 am Betriebszustand x mit hoher zeitlicher Dynamik zur Verfügung stel- len kann. Die dynamische Leistungsreserve für me- chanische Energie hängt bei einem Fahrzeugantrieb

mit Elektromotor und Verbrennungsmotor beispiels- weise von der maximalen Leistung des Verbrennungs- motors bei der Verbrennungsmotordrehzahl am Be- triebszustand x, von der maximalen Leistung des Elektromotors bei der Elektromotordrehzahl am Be- triebszustand x und dem Ladezustand der Batterie ab.

Ein Gütemaß G2 (x) beschreibt die dynamische Leis- tungsreserve für elektrische Energie an einem Be- triebszustand x. Die dynamische Leistungsreserve für elektrische Energie gibt an, welche zusätz- liche elektrische Energie-über die am Betriebs- zustand x gelieferte elektrische Energie Pe (x) hinaus-der Aggregateverbund am Betriebszustand x mit hoher zeitlicher Dynamik zur Verfügung stellen kann.

Ein Gütemaß G3 (x) beschreibt die dynamische Leis- tungsreserve für thermische Energie an einem Be- triebszustand x. Die dynamische Leistungsreserve für thermische Energie gibt an, welche zusätzliche thermische Energie-über die am Betriebszustand x gelieferte thermische Energie Pt (x) hinaus-der Aggregateverbund 1 am Betriebszustand. x mit hoher zeitlicher Dynamik zur Verfügung stellen kann.

Ein Gütemaß G4 (x) beschreibt die Emission von Luftschadstoffen (HC, CO, NOx) an einem Betriebs- zustand x. Dabei werden große Werte für G4 (x) für geringe Emissionen erreicht.

Ein Gütemaß G5 (x) beschreibt die Schallemission in die Fahrzeugumgebung an einem Betriebszustand x, wobei große Werte für G5 (x) für geringe Schall- emissionen erreicht werden.

Ein Gütemaß. G6 (x) beschreibt den Schwingungs- komfort für die Fahrzeuginsassen an einem Be- triebszustand x. Dabei entspricht ein großer Wert von G6 (x) einem hohen Komfort.

Ein Gütemaß G7 (x) beschreibt die Schallemission in den Fahrzeuginnenraum an einem Betriebszustand x.

Ein großer Wert von G7 (x) entspricht hierbei einer geringen Schallemission.

Ein Gütemaß G8 (x) beschreibt den Verschleiß der Aggregate und Speicher an einem Betriebszustand x.

Ein geringer Verschleiß, das heißt eine hohe Le- bensdauer, wird durch große Werte G8 (x) beschrie- ben.

Ein Gesamt-Gütemaß G (x) wird nach der Rechenvor- schrift 3 G (x) = yl (a) * Gl (x) + y2 (a) * G2 (x) + y3 (a) * G3 (x) + y4 (a) * G4 (x) + r5 (a) * G5 (x) + y6 (a) * G6 (x) + . y7 (a) * G7 (x) + y8 (a) * G8 (x) bestimmt. Die Werte der Gewichtungsfaktoren y (a) wer- den in Abhängigkeit vom Parameter-Vektor a bestimmt.

Zur Optimierung von Verbrauch, Komfort, Emissionen und Fahrverhalten minimiert das erfindungsgemäße Ver- fahren eine Gütefunktion nach der Rechenvorschrift 4 : r (x) = V (x) -G (x) + AP (x).

Dabei beschreibt die Leistungsabweichung AP (x) die Abweichung der von dem Aggregateverbund 1 gelieferten Leistungen von den Soll-Leistungen gemäß der Rechen- vorschrift 5 wie folgt : Die Gewichtungsfaktoren zm (a), ze (a) und nt (a) werden in Abhängigkeit vom Parameter-Vektor a festgelegt.

Zur Ermittlung des optimalen Betriebszustandes xopt im Modul"Bestimmung optimaler Betriebszustand"6 können alternativ zwei verschiedene Verfahren realisiert werden : 1. Es werden in Echtzeit während des Fahrbetriebs mehrere mögliche Betriebszustände Xk bestimmt, so dass der Aggregateverbund die geforderte mechani- sche Leistung Pmsoll/die geforderte elektrische Leistung Pe, soii und die geforderte thermische Leis- tung Pt, soll bereitstellt. Die Betriebszustände xk werden so gewählt, dass sie die physikalischen Kopplungen, Grenzen der Speichersysteme und Kapa- zität der Aggregate erfüllen. Für jeden Betriebs-

zustand xk wird ein generalisierter Verbrauch V nach der Rechenvorschrift 2 bestimmt. Ebenso wird für jeden Betriebszustand xk nach den Rechenvor- schriften 3 und 4 der Wert einer Gütefunktion r bestimmt. Derjenige Betriebszustand, für den die Gütefunktion einen minimalen Wert annimmt, wird als der optimale Betriebszustand xopt bestimmt.

2. In Offline-Optimierungsrechnungen wird für jede Fahrzeuggeschwindigkeit v und für jede geforderte Kombination aus geforderter mechanischer Leistung Pm, sollf geforderter elektrischer Leistung Pe, soll und geforderter thermischer Leistung Put, sol der opti- male Betriebszustand xopt ermittelt, der die Güte- funktion r minimiert. Die Ermittlung erfolgt für verschiedene Werte des Parameters a. Der optimale Betriebszustand xopt wird in einem mehrdimensiona- len Kennfeld abgelegt, das die Eingangsgrößen v, Pm, som Pe, som Pt, som und a besitzt. Ausgangsgröße des mehrdimensionalen Kennfelds ist der optimale Betriebszustand xopt. Das mehrdimensionale Kennfeld wird im Modul"Bestimmung optimaler Betriebs- zustand"6 implementiert.

Die Realisierung des Verfahrens zur koordinierten Steuerung mechanischer, elektrischer und thermischer Leistungsflüsse in einem Kraftfahrzeug ist bezogen auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges mit einer auf der Kurbelwelle 10 des Verbrennungsmotors 11 an- geordneten elektrischen Maschine 12, so eines Kurbel- wellenstartgenerators, in Figur 3 beschrieben. Wäh- rend der Verbrennungsmotor 11 durch die Motorsteue-

rung 13 gesteuert wird, erfolgt eine Steuerung der elektrischen Maschine 12 durch einen Pulswechselrich- ter 14. Das automatische Getriebe 15 wird durch die Getriebesteuerung 16 gesteuert. Sowohl diese als auch die Motorsteuerung 13 und der Pulswechselrichter 14 sind über einen CAN-Verbund 17 mit einem Fahrzeug- steuergerät 18 verbunden, in dem das erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt wird. Das Fahrzeugsteuergerät 18 erfasst die Stellung des Fahrpedals 19 und leitet daraus den Wunsch nach einer mechanischen Leistung Pmsoll des Fahrers für den Antrieb ab. Das Fahrzeug- steuergerät 18 gibt der Motorsteuerung 13 das Soll- Motormoment Mm, soll und dem Pulswechselrichter 14 das Soll-Moment Me, soll der elektrischen Maschine 12 vor.

Der Getriebesteuerung 16 wird der Soll-Gang gsoii vor- gegeben. Der Pulswechselrichter 14 ist an das elek- trische Bordnetz angeschlossen, an das weiterhin die elektrischen Verbraucher und eine Batterie 20 ange- schlossen sind. Das Fahrzeugsteuergerät 18 erfasst über an sich bekannte Einrichtungen den Bedarf der elektrischen Leistung Pe, soll der elektrischen Verbrau- cher.

Die Bestimmung des optimalen Betriebszustandes xopt im Modul"Bestimmung optimaler Betriebszustand"6 gemäß Figur 2 wird nachfolgend anhand des schematischen Ab- laufdiagramms nach Figur 4 beschrieben.

Dabei wird aus der geforderten mechanischen Leistung Pm, soii nach der Rechenvorschrift Mga,soll = Pm,soll/nga das Soll-Getriebeausgangsmoment Mga, soll bestimmt. Die Getriebe-Ausgangsdrehzahl ist nga. Das Soll-Getriebe-

Eingangsmoment Mge, soll wird berechnet zu Mge, soll Mga, som/mueg, wobei mueg die Momentverstärkung des au- tomatischen Getriebes 15 beim aktuell eingelegten Gang kennzeichnet.

Für den Antriebsstrang gemäß Figur 3 gilt nach der Rechenvorschrift 6 der Zusammenhang Mge = Mm + Me, wobei Mm das effektive Motormoment und Me das Moment der elektrischen Maschine 12 beschreibt. Der Be- triebszustand des Aggregateverbundes 1 wird durch die Rechenvorschrift 7 x = (Mm, Me, g, nga) gekennzeichnet, wobei g der eingelegte Getriebegang und nga die Getriebe-Ausgangsdrehzahl beschreibt. Die Motordrehzahl nm und die Drehzahl ne der elektrischen Maschine 12 sind gleich und sind durch den Gang g und die Getriebe-Ausgangsdrehzahl nga bestimmt.

Die möglichen Betriebszustände xk werden bestimmt, indem das Moment Me der elektrischen Maschine 12 in- nerhalb der Grenzen der Kennlinie für das minimale und maximale Moment in diskreten Schritten mit einer applizierbaren. Schrittweite variiert wird.

Aus dem Moment Me und der Drehzahl ne der elek- trischen Maschine 12 ergibt sich mittels eines Kenn- feldes die elektrische Leistung Pelm der elektrischen

Maschine 12. Positive Momente (Maschine treibt an) führen zu einer elektrischen Leistungsaufnahme (Pelm < 0). Negative Momente (Maschine arbeitet im Ge- neratorbetrieb) führen zu einer elektrischen Leis- tungsabgabe (Pelm > 0). Aus der geforderten elektri- schen Leistung Pe,soll und der von der elektrischen Ma- schine 12 aufgenommenen/abgegebenen Leistung errech- net sich die elektrische Leistungsabgabe der Batterie 20 nach der Rechenvorschrift 8 zu : Pbatt = Pelm - Pe,soll.

Es werden im Weiteren nur die Betriebszustände xk weiter verfolgt, für die Pbatt in einem vorgegebenen Intervall liegt. Dieses Intervall kann abhängig vom Ladezustand SOC der Batterie 20 festgelegt werden.

Aus Pbatt wird mit einem Wirkungsgradkennfeld der Bat- terie 20 dEd/dt ermittelt.

Aus dem gemäß der Rechenvorschrift 9 Mm, soll = Mge, soll-Me sich ergebenden Soll-Motormoment und einem Ver- brauchskennfeld des Verbrennungsmotors 11 wird dEc/dt ermittelt. Die Größen dEm/dt und dEt/dt werden in dem Anwendungsbeispiel zu Null gesetzt. Mittels der Rechenvorschriften 2, 3 und 4 wird derjenige Be- triebszustand Xk = ( (Mge, soii-Me, k), (Me, k) g. nga)

ausgewählt, für den r ein Minimum einnimmt. Der Soll- Betriebszustand xsOll wird gleich dem optimalen Be- triebszustand xopt gesetzt. Die im Modul"Ansteuerung Aggregateverbund"9 in Figur 2 ermittelten Steuer- größen für die Aggregate sind Mm, soll. Me, soll und gsoli.

Im beschriebenen Ablauf wird der Gang gSOll nicht va- riiert, sondern es wird davon ausgegangen, dass der Gang von einem Rechenblock zur Getriebesteuerung vor- gegeben wird. In einer. weiteren vorteilhaften Ausge- staltung kann jedoch der Soll-Gang durch das Optimie- rungsverfahren im Modul"Bestimmung optimaler Be- triebszustand"6 gemäß Figur 2 bestimmt werden. Dazu werden für den aktuellen Gang sowie für den nächst- größeren und den nächstkleineren Gang die oben be- schriebenen Rechenschritte durchgeführt. Es wird der- jenige Gang als der optimale Gang ermittelt, für den die Gütefunktion r ein Minimum annimmt.