Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridantriebes für ein Fahrzeug

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebes für ein Fahrzeug, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat eine erste Achse des Fahrzeuges antreibt, während ein zweites Antriebsaggregat eine zweite Achse des Fahrzeuges antreibt, wobei beide Antriebsaggregate gemeinsam die Leistung des Fahrzeuges bestimmen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es werden verstärkt Fahrzeuge mit Hybridantrieben entwickelt, bei welchen verschiedene Antriebe für eine Antriebsaufgabe genutzt werden. Dabei können die einzelnen Motoren in dem Hybridantrieb unterschiedlich zusammenarbeiten. Sie wirken entweder gleichzeitig oder es wirkt nur eine Antriebseinheit auf das zu bewegende Fahrzeug.

Bei den so genannten Parallelhybriden befindet sich ein elektrischer Antrieb auf der Welle eines Verbrennungsmotors. Ein Verfahren zur Bestimmung eines Leistungsaufteilungsfaktors für ein solches Fahrzeug, bei welchem beide Antriebsaggregate eine Beitrag zur Leistung des Fahrzeuges einbringen, ist aus der DE 103 23 722 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine

Kostenfunktion minimiert, die von dem Leistungsaufteilfaktor abhängt. Durch Bestimmung des Minimums der Kostenfunktion wird ein solcher Leistungsaufteilfaktor ermittelt, für den der geringste Brennstoffverbrauch benötigt wird.

Neben den Parallelhybridfahrzeugen sind Hybridkonzepte bekannt, welche eine separat elektrisch angetriebene Fahrzeugachse aufweisen.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines einen Hybridantrieb aufweisenden Fahrzeuges mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, dass eine optimale Leistungsaufteilung bei Achshybridkonzepten gegeben ist. Zur Leistungsaufteilung des Fahrzeuges werden alle möglichen Übersetzungen des mit einem ersten Getriebe verbundenen ersten

Antriebsaggregates und des mit einem zweiten Getriebe verbundenen zweiten Antriebsaggregates bestimmt, wobei für alle Kombinationen von Übersetzungen der beiden Getriebe in Abhängigkeit vom einem Fahrerwunsch ein Gütekriterium für die Übersetzungen und Drehmomente für das erste und das zweite Antriebaggregat bestimmt werden. Durch den Algorithmus werden gleichzeitig Vorgaben für die Sollmomente der vorhandenen beiden Antriebsaggregate als auch Vorgaben für die Übersetzungsverhältnisse der beiden Getriebe erzeugt. Auf eine vorherige Bestimmung einer Drehzahl der Antriebsaggregate kann dabei verzichtet werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung werden die Übersetzungen für beide den Antriebsaggregaten zugeordneten Getriebe mit den jeweils zugehörigen Gütekriterium und den Drehmomenten für das erste und das zweite Antriebsaggregat in einer Tabelle hinterlegt, welche zur Steuerung und/oder Regelung der Antriebsaggregate genutzt wird. Bei einer Änderung des Fahrerwunsches, der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem elektrischen Energiebedarf des Fahrzeuges bei der Verwendung eines Elektromotors als ein Antriebsaggregat oder dem Ladezustand der Traktionsbatterie können sofort die Übersetzungsverhältnisse der beiden Getriebe und die Solldrehmomente der beiden Antriebsaggregate aus der Tabelle ausgelesen und an den Antriebsaggregaten eingestellt werden, so dass zu jedem Zeitpunkt eine optimale Leistungsaufteilung zwischen den beiden Antriebsaggregaten gegeben ist. Mittels der Übersetzungen sind jederzeit Rückschlüsse auf die Drehzahl der Antriebsaggregate des Fahrzeuges möglich.

Vorteilhafterweise werden aus der Tabelle die Soll- Übersetzungen des ersten und des zweiten Antriebsaggregates anhand des Gütekriteriums mit dem kleinsten Wert ausgelesen. Mittels des Gütekriteriums wird die beste Kombination der Übersetzungen aus der Tabelle bestimmt, die energietechnisch den verbrauchsärmsten Antrieb des Fahrzeuges ermöglicht.

In einer Ausgestaltung werden die so ermittelten Soll-Übersetzungen an eine Getriebesteuereinheit übermittelt, welche die Soll-Übersetzungen anhand der aktuellen Antriebsbedingungen prüft und den aktuellen Antriebsbedingungen entsprechende Ist-Übersetzungen an den Getrieben der beiden Antriebsaggregate einstellt. Somit wird sichergestellt, dass immer die aus Sicht des Getriebesteuergerätes besten Übersetzungen eingestellt werden.

Bei einem Unterschied zwischen den von dem Getriebesteuergerät eingestellten Übersetzungen und den Soll-Übersetzungen aus der Tabelle wird auf jeden Fall sichergestellt, dass auch Aspekte berücksichtigt wurden, die bei der Bestimmung der Soll-Übersetzungen keine Beachtung fanden.

Bei Übereinstimmung der Ist-Übersetzungen mit den ermittelten Soll- Übersetzungen werden die zu den Soll-Übersetzungen in der Tabelle abgelegten Drehmomente an den beiden Antriebsaggregaten eingestellt, und so die optimale Leistungsaufteilung der beiden Antriebsaggregate erreicht. Alternativ werden bei Nichtübereinstimmung der Soll-Übersetzungen mit den durch die Getriebesteuereinheit eingestellten Ist-Übersetzungen , anhand der Ist-Übersetzungen für die Getriebe beider Antriebseinheiten aus der Tabelle die zu den Ist-Übersetzungen gehörenden Drehmomente ausgelesen und an den Antriebsaggregaten eingestellt. Dies ist möglich, da das Getriebesteuergerät zurückmeldet, welche Übersetzungen es tatsächlich eingelegt hat. Dem Getriebesteuergerät ist eine solche freie Einstellmöglichkeit vorbehalten, um sicherzustellen, dass immer die optimale Leistungsaufteilung zwischen den beiden Antriebsaggregaten realisiert wird.

Vorteilhafterweise wird an einem Getriebe eines Antriebsaggregates die ermittelte Soll-Übersetzung eingestellt , während die Übersetzung für das andere Getriebe des anderen Antriebsaggregates in Abhängigkeit des Fahrerwunsches und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der am Getriebe eingestellten Übersetzung und/oder dem Soll-Drehmoment, welches mit der an dem Getriebe des Antriebsaggregates eingestellten Soll- Übersetzung korreliert, bestimmt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt somit auch den Fall, dass nur eine ermittelte Soll-Übersetzung sich als optimal erwiesen hat. Für diese Soll-Übersetzung wird das Soll- Drehmoment aus der Tabelle entnommen, während für das andere Antriebsaggregat das Solldrehmoment berechnet werden muss, da nur so eine optimale Leistungsaufteilung zwischen den beiden Antriebaggregaten erreicht werden kann.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die optimale Leistungsaufteilung dadurch erzielt, dass der Wert des Gütekriteriums in Abhängigkeit vom eingesetzten Kraftstoff des als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebaggregates und der elektrischen Energie des als Elektromotor ausgebildeten zweiten Antriebsaggregates bestimmt wird. Da sich aus den Kombinationen von Übersetzungen anhand der Fahrgeschwindigkeit die Drehzahlen für den Verbrennungsmotor und den Elektromotor ermitteln lassen, lässt sich mittels dieser Drehzahlen und dem Fahrerwunsch der Wert des Gütekriteriums feststellen, welches beispielsweise die von dem Elektromotor aufgebrachte elektrische Energie und den vom Verbrennungsmotor eingesetzten Kraftstoff gegeneinander gewichtet.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Wert des Gütekriteriums in Abhängigkeit von der als Verbrennungsmotor ausgebildeten ersten Antriebsaggregats erzeugten Schadstoffemission bestimmt wird. Somit könnte aber auch festgestellt werden, dass unter gegebenen Bedingungen ein rein elektrisches Fahren eine bessere Alternative darstellt, als der gemeinsame Antrieb des Fahrzeuges durch den Verbrennungsmotor und den Elektromotor.

In einer Ausgestaltung werden die möglichen Übersetzungen für das erste Getriebe des ersten Antriebaggregats und für das zweite Getriebe des zweiten Antriebsaggregats eingeschränkt, indem bei einer vorgegebenen Fahrzeuggeschwindigkeit solche Übersetzungen eliminiert werden, welche eine Über- oder Unterschreitung einer Drehzahlschwelle und/oder eine Überoder Unterschreitung einer Drehmomentschwelle bewirken. Somit wird verhindert, dass bei der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit ein

Antriebsaggregat durch die Wahl einer Übersetzung außerhalb seines zulässigen Betriebsbereiches sowohl hinsichtlich Drehzahl als auch Drehmoment betrieben wird.

In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zum

Betreiben eines Hybridantriebes für ein Fahrzeug vorgesehen, bei welchem ein erstes Antriebsaggregat eine erste Achse des Fahrzeuges antreibt, während ein zweites Antriebaggregat eine zweite Achse des Fahrzeuges antreibt, wobei beide Antriebsaggregate gemeinsam die Leistung des Fahrzeuges bestimmen. Um eine optimale Leistungsaufteilung der Antriebsaggregate bei Achshybridkonzepten einzustellen, werden alle möglichen Übersetzungen des mit einem ersten Getriebe verbundenen ersten Antriebsaggregates und des mit einem zweiten Getriebe verbundenen zweiten Antriebsaggregates bestimmt, wobei Mittel vorhanden sind, die für alle Kombinationen von Übersetzungen der beiden Getriebe in Abhängigkeit vom einem Fahrerwunsch ein Gütekriterium für die Übersetzungen und Drehmomente für das erste und das zweite Antriebaggregat bestimmen. Diese Vorrichtung hat den Vorteil der gleichzeitigen Bestimmung von den jeweiligen Getriebeübersetzungen sowie der Bestimmung der Soll-Drehmomente für die Antriebsaggregate.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ermittelt ein Motorsteuergerät des ersten Antriebsaggregates die Kombinationen der Übersetzungen, das Gütekriterium und die Drehmomente für das erste und das zweite Antriebsaggregat und speichert diese in einer Tabelle ab. Die Tabelle enthält dabei vorteilhafterweise alle möglichen Kombinationen der Übersetzungen, denen das jeweilige Solldrehmoment der einzelnen Antriebaggregate zugeordnet ist.

Das Motorsteuergerät des ersten Antriebsaggregates ist zur Ermittlung des Fahrerwunsches mit einem Fahrpedalgeber verbunden und führt gleichzeitig an eine Getriebesteuereinheit, welcher das Motorsteuergerät die Soll- Übersetzungen beider Antriebsaggregates übermittelt, die das Motorsteuergerät des ersten Antriebsaggregates in Abhängigkeit von dem besten Gütekriterium aus der Tabelle ausgelesen hat. Durch die Verwendung der an sich im Fahrzeug vorhandenen Steuergeräte lässt sich die

Leistungsaufteilung der beiden Antriebsaggregate ohne zusätzlichen Aufwand an Hardware kostengünstig ermitteln.

Das Getriebesteuergerät prüft die übermittelten Soll-Übersetzungen in Abhängigkeit der aktuellen Antriebssituation des Fahrzeuges und meldet dem Motorsteuergerät des ersten Antriebsaggregates die tatsächlich eingestellten Ist-Übersetzungen zurück. Somit ist sichergestellt, dass das Getriebesteuergerät die Priorität über die Einstellung der Übersetzungen an den beiden Getrieben behält, um sicherzustellen, dass alle sich aus der aktuellen Fahrsituation des Fahrzeuges ergebenden Bedingungen berücksichtigt werden.

In einer Ausgestaltung wählt das Motorsteuergerät anhand der von dem Getriebesteuergerät gemeldeten Ist-Übersetzungen aus der Tabelle die zugehörigen Soll-Drehmomente aus und gibt diese an die Antriebsaggregate weiter. Durch diese fein abgestimmte Auswahl der Solldrehmomente wird immer die optimale Leistungsaufteilung an den beiden Antriebsaggregaten erreicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.

Es zeigt:

Figur 1 : Prinzipdarstellung eines Hybridkonzeptes mit einer separat elektrisch angetriebenen Achse

Figur 2: schematisches Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens

Ausführungsformen der Erfindung Gemäß Figur 1 sind ein Verbrennungsmotor 1 und ein erster Elektromotor 2 auf der Antriebswelle 3 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet. Der erste Elektromotor 2 führt an eine erste Getriebeeinheit 4, welche über die Antriebswelle 5 mit einem Differential 6 verbunden ist, das das Drehmoment an eine Achse 8 weiterleitet, an welcher ein Rad 7 befestigt ist.

Ein zweiter Elektromotor 9 ist mit einer zweiten Getriebeeinheit 10 auf einer zweiten Achse 11 des Fahrzeuges montiert, wobei das von dem zweiten Elektromotor 9 erzeugte Drehmoment an ein Rad 12 weitergegeben wird, welches von der zweiten Achse 11 angetrieben wird.

Der Verbrennungsmotor 1 ist mit einem Motorsteuergerät 13 verbunden, durch welches die Abläufe im Verbrennungsmotor 1 gesteuert und geregelt werden. Das Motorsteuergerät 13 erhält Signale von einer Vielzahl von Sensoren, wovon im vorliegenden Beispiel nur der Fahrwertgeber 14, welcher mit einem von dem Fahrzeugführer betätigten Fahrpedal verbunden ist, und ein Drehzahlsensor 18 zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit dargestellt sind.

Darüber hinaus ist der erste Elektromotor 2 mit einem ersten

Elektromotorsteuergerät 15 verbunden, während der zweite Elektromotor 9 mit einem zweiten Elektromotorsteuergerät 16 verbunden ist. Die beiden Getriebeeinheiten 4 und 10 führen an ein gemeinsames Getriebesteuergerät 17. Das Motorsteuergerät 13 ist sowohl mit dem Getriebesteuergerät 17 als auch mit dem ersten Elektromotorsteuergerät 15 und dem zweiten Elektromotorsteuergerät 16 verbunden.

Anhand von Figur 2 soll nun eine mögliche Ausführungsform der Erfindung erläutert werden, mittels welcher eine optimale Leistungsaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem zweiten Elektromotor 9 eingestellt wird. Die optimale Leistungsaufteilung wird in diesem Beispiel mit Hilfe des Motorsteuergerätes 13 ermittelt.

Im Block 201 werden der Fahrerwunsch und die Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Der Fahrerwunsch wird dabei durch eine positive oder negative Beschleunigung charakterisiert, welche durch die Stellung des Fahrpedals 14 vorgegeben wird. Das Fahrpedal 14 kann dabei ein Gaspedal oder ein Bremspedal sein. Anhand der Stellung des Gaspedals und/oder der Stellung des Bremspedals sowie der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, welche mit dem Drehzahlsensor 18 bestimmt wurde, wird die vom Fahrer gewünschte Leistung für den Fahrzeugvortrieb ermittelt.

Im nächsten Block 202 werden alle möglichem Übersetzungen für jedes der Getriebe 4 und 10 bestimmt. Dabei werden bei jedem Getriebe 4, 10 zuerst die Drehzahlen und anschließend die Drehmomente, die jeweils auf den

Verbrennungsmotor 1 und den Elektromotor 9 übertragen werden, betrachtet. Führt eine Übersetzung zur Überschreitung einer applizierbaren Drehzahlschwelle (Maximaldrehzahl) des Verbrennungsmotors 1 oder des zweiten Elektromotors 9, wird diese Übersetzung im weiteren Verlauf der Bestimmung der Leistungsaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem Elektromotor 9 nicht weiter betrachtet. Ebenso wird mit Übersetzungen verfahren, die zur Unterschreitung einer Drehzahlschwelle (Mindestdrehzahl) führen. Als Beispiel für diese Maßnahme sei hier angeführt, dass die den ersten und den zweiten Gang repräsentierenden Übersetzungen aus der weiteren Betrachtung ausgeschlossen werden, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bei 130 h/km liegt.

Eine vergleichbare Betrachtung wird für die Drehmomente des Verbrennungsmotors 1 und des zweiten Elektromotors 9 angestellt, welche für die Vortriebsleistung des Fahrzeuges zuständig sind. Übersetzungen, die zum Unter- oder Überschreiten von applizierbaren Drehmomentenschwellen führen, werden ebenfalls nicht weiter berücksichtigt. Diese Momentenschwellen hängen zum Beispiel von minimalen oder maximalen Drehmomenten oder einer gewünschten Drehmomentenreserve ab. Reicht beispielsweise eine Vortriebsleistung, welcher ein fünfter Gang aufbringt, nicht aus, um den Fahrerwunsch zu realisieren, wird eine Übersetzung des vierten Ganges eingestellt, mit welcher der gewünschte Vortrieb erreicht wird. Die Übersetzung des fünften Ganges wird nun aus der weiteren Betrachtung ausgeschlossen.

Nach Ausschluss der im Block 202 ermittelten, nicht weiter verwendbaren Übersetzungen werden im Block 203 alle verbleibenden Übersetzungen der Getriebe 4 und 10 miteinander kombiniert. Im Block 204 werden für jede verbleibende Kombination von Übersetzungen der Getriebe 4 und 10 mittels der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit, die Drehzahlen für den Verbrennungsmotor 1 und den zweiten Elektromotor 9 bestimmt. Mit diesen Drehzahlen und dem Fahrerwunsch wird im Block 205 mit der an sich aus der DE 10 2005 044 268 A1 bekannten Methode der Wert eines Gütekriteriums ermittelt. Das Gütekriterium stellt in diesem Fall eine Kostenfunktion für den Energieverbrauch oder den Emissionsausstoß dar, wodurch die Leistungsaufteilung zwischen dem Verbrennungsmotor 1 und dem zweiten Elektromotor 9 gesteuert oder geregelt wird. Durch Anwendung dieses Verfahrens werden sowohl die optimalen Drehmomente für den zweiten Elektromotor 9 und den Verbrennungsmotor 1 als auch der Wert des Gütekriteriums bei der optimalen Drehmomentenaufteilung berechnet. Für jede Kombination von Übersetzungen der Getriebe 4 und 10 werden nun in eine Tabelle die zugehörigen Solldrehmomente für den Verbrennungsmotor 1 , den ersten Elektromotor 2 und den zweiten Elektromotor 9 sowie das für die optimale Drehmomentenaufteilung bestimmte Gütekriterium abgelegt.

Im Block 206 wird aus der Tabelle die optimale Kombination für die Übersetzungen der Getriebe 4 und 10 bestimmt. Dazu wird aus der Tabelle das Gütekriterium mit dem kleinsten Wert ausgewählt. Die dazu gehörenden Übersetzungen gelten als die Soll-Übersetzungen für die Getriebe 4 und 10. Die so ermittelten Soll-Übersetzungen werden im Block 207 von dem Motorsteuergerät 13 an das Getriebesteuergerät 17 übermittelt. Das Getriebesteuergerät 17 entscheidet, ob die übermittelten Soll-Übersetzungen eingestellt werden können und stellt nach Prüfung der aktuellen

Betriebssituation der Getriebe 4 und 10 Ist-Übersetzungen ein. Diese Ist- Übersetzungen werden im Block 208 an das Motorsteuergerät 13 gesendet.

Im Block 209 prüft das Motorsteuergerät 13, ob die eingestellten Ist- Übersetzungen mit den Soll-Übersetzungen übereinstimmen. Ist dies der Fall, werden die in der Tabelle zu den Soll-Übersetzungen gehörenden optimalen Drehmomente ausgelesen. Das Motorsteuergerät 13 stellt an dem Verbrennungsmotor 1 das so ermittelte optimale Drehmoment ein und übermittel an das zweite Elektromotorsteuergerät 16 das optimale Drehmoment für den zweiten Elektromotor 9, welches durch das zweite Elektromotorsteuergerät 16 an diesem eingestellt wird.

Unterscheiden sich die Soll-Übersetzungen aber von den, durch das Getriebesteuergerät 17 eingestellten Ist-Übersetzungen, liest das Motorsteuergerät 13 aus der Tabelle die zu der Kombination der Ist- Übersetzungen gehörenden Drehmomente aus, welche in der eben beschriebenen Art und Weise am Verbrennungsmotor 1 und dem zweiten Elektromotor 9 eingestellt werden.

Stellt sich bei dem Vergleich der Soll- mit den Ist-Übersetzungen heraus, dass nur an einem Getriebe 4 die ermittelte optimale Soll-Übersetzung eingestellt werden konnte, wird für dieses eine Antriebsaggregat 1 das zugehörige Drehmoment aus der Tabelle ausgelesen und an dem Antriebsaggregat 1 eingestellt. Das Solldrehmoment für das andere Antriebsaggregat 9 wird anschließend aus dem Fahrerwunsch, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der eingestellten Übersetzung und dem Solldrehmoment des ersten Antriebsaggregates 1 berechnet.