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Dokumentenidentifikation DE10162067B4 24.08.2006
Titel Adaptive Kraftstoffstrategie für ein Hybridelektrofahrzeug
Anmelder Ford Global Technologies, LLC (n.d.Ges.d. Staates Delaware), Dearborn, Mich., US
Erfinder Robichaux, Jerry D., Tucson, Ariz., US;
Kotre, Stephen John, Ann Arbor, Mich., US
Vertreter Bonsmann & Bonsmann Patentanwälte, 41063 Mönchengladbach
DE-Anmeldedatum 17.12.2001
DE-Aktenzeichen 10162067
Offenlegungstag 02.10.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 24.08.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.08.2006
IPC-Hauptklasse F02D 29/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F02D 45/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60W 10/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Hybridelektrofahrzeug (HEV = hybrid electric vehicle), insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Emissionsoptimierung unter Verwendung einer adaptiven Kraftstoffstrategie für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV).

Allgemein wird angestrebt, den Verbrauch von fossilen Brennstoffen sowie die Emissionen von Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen, die überwiegend durch Verbrennungsmotoren (ICE = internal combustion engines) angetrieben werden, zu reduzieren. Es wird versucht, diesen Anforderungen durch die Entwicklung von Fahrzeugen mit Elektroantrieb Rechnung zu tragen. Eine alternative Lösung besteht darin, in einem Fahrzeug einen kleiner ausgelegten ICE mit Elektromotoren zu kombinieren. Derartige Fahrzeuge kombinieren die Vorteile eines ICE-Fahrzeugs mit denen eines Elektrofahrzeugs und werden typischerweise als Hybridelektrofahrzeuge (HEVs = hybrid electric vehicles) bezeichnet, vgl. hierzu beispielsweise die US 53 43 970 (Sevrinsky).

Derartige Hybridelektrofahrzeuge sind in einer Vielzahl von Konfigurationen bekannt, u.a. auch in Konfigurationen, bei denen ein Fahrzeugführer zwischen einem elektrischem Betrieb und Verbrennungskraftbetrieb auszuwählen hat. Bei anderen Konfigurationen wird ein Satz der Räder von einem Elektromotor und ein anderer Satz der Räder von einem ICE angetrieben.

Es sind auch verschiedene andere Ausführungsformen bekannt. Bei einem Reihen-Hybridelektrofahrzeug (SHEV = series hybrid electric vehicle) weist beispielsweise ein Fahrzeug einen Motor (typischerweise einen ICE) auf, der mit einem als Generator bezeichneten Elektromotor verbunden ist. Der Generator liefert wiederum elektrische Energie an eine Batterie oder einen anderen Motor, der als Fahrmotor bezeichnet wird. In einem SHEV stellt der Fahrmotor die einzige Quelle für das Drehmoment der Räder dar, d.h. zwischen dem (ICE-)Motor und den Antriebsrädern besteht keine mechanische Verbindung. Bei einem Parallel-Hybridelektrofahrzeug (PHEV = parallel hybrid electrical vehicle) sind dagegen ein Motor (typischerweise ein ICE) und ein Elektromotor vorgesehen, die zu unterschiedlichem Anteilen dazu beitragen, das erforderliche Drehmoment für die Räder zum Antrieb des Fahrzeugs bereitzustellen. In einer PHEV-Konfiguration kann der Motor zusätzlich als Generator zum Aufladen der Batterie aus der von dem ICE gelieferten Energie verwendet werden.

Ein Parallel-Reihen-Hybridelektrofahrzeug (PSHEV) zeichnet sich sowohl durch Eigenschaften der PHEV- als auch der SHEV-Konfiguration aus und wird mitunter als "Powersplit"-Konfiguration bezeichnet. Bei einer von mehreren möglichen Ausführungsformen eines PSHEV ist der ICE mechanisch mit zwei Elektromotoren über eine einen Planetengetriebesatz aufweisende Achseinheit gekoppelt. Ein erster Elektromotor, der Generator, ist mit einem Sonnenrad verbunden. Der ICE ist mit einem Träger verbunden. Ein zweiter Elektromotor, der Fahrmotor, ist mit einem Hohlrad (Tellerrad) über ein zusätzliches Getriebe an eine Achse mit Kardanwelle gekoppelt. Das Drehmoment des Motors kann zum einen den Generator zum Aufladen der Batterie mit Energie versorgen. Der Generator kann weiterhin zu dem erforderlichen Rad- bzw. Abtriebswellendrehmoment beitragen, wenn die Anordnung eine Freilaufkupplung aufweist. Der Fahrmotor kann dann dazu verwendet werden, zu dem Raddrehmoment beizutragen und die Bremsenergie zum Aufladen der Batterie zurückzugewinnen. In dieser Konfiguration kann der Generator selektiv ein Reaktionsdrehmoment liefern, welches zur Steuerung der Motordrehzahl eingesetzt werden kann. Der Motor, der Generatormotor und der Fahrmotor können eine kontinuierliche variable Transmission (CVT = continuous variable transmission) liefern. Ferner bietet ein derartiges HEV die Möglichkeit, die Leerlaufdrehzahl gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen besser zu steuern, indem der Generator zur Steuerung der Motordrehzahl verwendet wird.

Eine Kombination eines ICE mit Elektromotoren ist vorteilhaft, da hierbei sowohl der Kraftstoffverbrauch als auch die Fahrzeugemissionen ohne nennenswerten Verlust der Leistungsfähigkeit oder Steuerbarkeit des Fahrzeugs reduziert werden können. Das HEV ermöglicht den Einsatz kleinerer Motoren, ein regeneratives Bremsen, eine elektrische Drehmomentverstärkung (boost) und sogar einen Betrieb des Fahrzeugs bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor. Nichtsdestoweniger sind neue Ansätze erforderlich, um die Möglichkeiten der HEVs zu optimieren.

Ein derartiges, für die HEV-Entwicklung bedeutendes Gebiet stellen die Betriebsarten des HEV-Motors dar. In einem HEV weist der (Verbrennungs-)Motor viele Funktionen auf. Die Hauptfunktion besteht darin, das erforderliche Antriebsmoment zu liefen. Andere Funktionen können beispielsweise umfassens das Aufladen der Batterie, die Spülung eines Kraftstoffdampfbehälters, das Lernen der Verschiebungen in einer Kraftstoffzuführanordnung entsprechend einer adaptiven Kraftstofftabelle, den Antrieb eines Klimaanlagen-(A/C = air conditioning)-Kompressors, und zwar dann, wenn der Kompressor mechanisch mittels eines Zusatzantriebsriemens (FEAD = front end accessory drive) angetrieben wird, das Aufrechterhalten eines Unterdrucks in einem Unterdruckreservoir, das Aufrechterhalten der Katalysatortemperatur (im Hinblick auf optimale Emissionswerte) sowie das Aufrechterhalten der Motortemperatur (zur Lieferung von Wärme in den Passagierraum durch die Klimatisierungsanlage). Beim Ausführen dieser Funktionen in einem HEV müssen jeweils die Motoremissionen und der Kraftstoffverbrauch optimiert werden, ohne die Steuerbarkeit und Leistungsfähigkeit des Fahrzeugs negativ zu beeinflussen.

Eine Technik zur Reduzierung von Emissionen und Kraftstoffverbrauch in einem HEV besteht darin, den Motor auszuschalten, wenn dieser nicht benötigt wird. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, liefert der Elektromotor das benötigte Antriebsdrehmoment.

Wenn der Motor läuft, wird er sowohl unter Fahrt- als auch unter Leerlaufbedingungen verwendet. Leerlaufbedingungen liegen vor, wenn das Fahrzeug sich nicht in Bewegung befindet. In einem HEV ist der Motor Idealerweise unter Leerlaufbedingungen ausgeschaltet. Einige Funktionen des HEV erfordern es jedoch, dass der Motor selbst unter Leerlaufbedingungen eingeschaltet bleibt. Eine dieser Funktionen ist die Entwicklung einer adaptiven Kraftstofftabelle des HEV-Motors. Adaptive Kraftstofftabellen sind bekannt, um die Emissionen von Brennkraftmaschinen zu optimieren, vgl. beispielsweise die aus der US 54 64 000 (Pursifull bzw. Ford Motor Company) bekannte Kraftstoffsteuerung mit adaptiver Anpassung.

Wie in dem o.g. Patent beschrieben, werden heutzutage in den meisten Fahrzeugen elektronische Kraftstoffsteuerungseinrichtungen eingesetzt. Derartige Kraftstoffsteuerungseinrichtungen variieren die an die Motorzylinder gelieferte Kraftstoffmenge auf Basis der Motordrehzahl, des Luftmassenstroms und des im Abgas enthaltenen Sauerstoffgehalts. Bei derartigen Kraftstoffsteuerungseinrichtungen wird üblicherweise versucht, das Verhältnis von Luft und Kraftstoff zumindest nahezu stöchiometrisch zu halten (d.h. bei den meisten Kraftstofftypen bei einem Luft/Kraftstoffverhältnis von etwa 14,6:1), indem eine Kraftstoffsteuerungseinrichtung mit Rückkopplungsregelung implementiert wird. Das Aufrechterhalten eines Luft/Kraftstoffverhältnisses bei oder nahe der Stöchiometrie ermöglicht es dem Katalysator, die Abgase optimal in unschädliche Nebenprodukte umzuwandeln.

Eine typische bekannte Kraftstoffsteuerungseinrichtung mit geschlossenem Regelkreis bestimmt die geeignete Menge des an die Motorzylinder zu liefernden Kraftstoffs folgendermaßen: Zunächst wird der in den Motor eintretende Luftmassenstrom gemessen und anschließend hieraus die Menge der in jeden einzelnen Zylinder eintretenden Luft abgeschätzt. Diese Abschätzung wird durch die Sauerstoffkonzentration in den Abgasen (zu messen mittels eines Abgassauerstoffsensors, EGO) modifiziert. Der Sauerstoffgehalt des Abgases gibt direkt das Luft/Kraftstoffverhältnis des vorhergegangenen Verbrennungsvorgangs wieder, so dass in dem Fall, dass das Luft/Kraftstoffverhältnis nicht stöchiometrisch war, ein Korrekturfaktor auf die beim nächsten Verbrennungsvorgang gelieferte Kraftstoffmenge angewandt wird. Wenn beispielsweise der EGO eine Mischung mit einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis (d.h. geringer als stöchiometrisch) anzeigt, wird die Kraftstoffmenge beim nächsten Verbrennungsvorgang reduziert. Wenn der EGO dagegen eine Mischung mit einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis anzeigt, wird die Kraftstoffmenge beim nächsten Verbrennungsvorgang erhöht.

Aufgrund der adaptiven Kraftstoffsteuerung kann, wie aus dem in Bezug genommenen Patent und aus dem Stand der Technik bekannt, die geschlossene Regelung bei einer Kraftstoffsteuerungseinrichtung verbessert werden, indem langfristige "Verschiebungen" (shifts) von der Kraftstoffzufuhreinrichtung gelernt werden. Die Menge des erforderlichen Kraftstoffs bei einem Kraftstoffbetrieb mit geschlossener Regelschleife variiert von Motor zu Motor innerhalb einer vorgegebenen Motorkonfiguration. Diese Schwankung beruht auf Unterschieden in den Kraftstoffsystemkomponenten, wie beispielsweise der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen und der Luftmassenstromsensoren, unterschiedlichen Alterungsprozessen dieser Komponenten sowie den jeweiligen Bedingungen, unter denen das Fahrzeug betrieben wird. Eine adaptive Kraftstoffsteuerungseinrichtung "lernt" diese langfristigen Kraftstoffanpassungen für eine Vielzahl von Kombinationen aus Motordrehzahl und Motorluftladung (oder Luftmassenströmen), die im Betrieb eines Motors auftreten können. Eine adaptive Kraftstoffsteuerungseinrichtung lernt eine Kraftstoffverschiebung dann, wenn das aktuelle Luft/Kraftstoffverhältnis außerhalb eines kalibrierten Bereichs in Bezug auf die Stöchiometrie liegt. Das Ausmaß der gelernten Anpassung ist dabei proportional zu der Abweichung des aktuellen Luft/Kraftstoffverhältnisses von der Stöchiometrie und hängt davon ab, wie schnell die für Anpassungskorrekturen verwendeten Faktoren kalibriert werden sollen. Diese gelernten oder "angepassten" ("adapted") Einstellungen des Luft/Kraftstoffverhältnisses werden in einer adaptiven Kraftstofftabelle (bzw. einem Tabellenspeicher) für künftige Verwendungen durch die Rückkopplungskraftstoffsteuerung für Situationen gespeichert, in der dieselbe Motordrehzahl und dieselben Luftladungsbedingungen erneut festgestellt werden. Sobald das aktuelle Luft/Kraftstoffverhältnis wieder stöchiometrisch ist, wird die entsprechende Zelle der Kraftstoffanpassung als (hinreichend) vollständig angepasst ("mature") betrachtet.

Die adaptive Kraftstofftabelle wird üblicherweise in einem KAM-Speicher (keep alive memory = Haltespeicher) abgelegt. Dabei existieren viele verschiede Ausprägungen derartiger adaptiver Kraftstofftabellen. Bei einer Ausführungsform wird eine Matrix mit einer Anzahl von Spalten für die Motordrehzahl auf der X-Achse und einer Anzahl von Zeilen für den Luftstrom auf der Y-Achse eingesetzt. Bei einem anderen Verfahren wird die Motorlast (load) anstelle des Luftmassenstroms herangezogen. Die Last bezeichnet eine normierte Luftladung des Motors, die als Quotient aus der gegenwärtigen, in die Zylinder induzierten Luftladungsmenge und der maximal möglichen Luftladungsmenge bei der gegebenen Motordrehzahl definiert ist. Bei einem weiteren Verfahren wird lediglich die Größe des Luftstroms bzw. der Luftmassenstrom herangezogen und der Effekt der Motordrehzahl nicht berücksichtigt. Ungeachtet der Art der verwendeten adaptiven Kraftstofftabelle ist das Resultat stets das Gleicher Wenn eine Anpassung ("adapting") hinsichtlich einer bestimmten Luftstromzelle vorgenommen wird, wird diese Zelle anhand der Größe der Luft/Kraftstoff-Verschiebung aktualisiert. Diese Menge wird dann zu einem späteren Zeitpunkt herangezogen, wenn die Anordnung bei dem entsprechenden Luftmassenstromwert bzw. -punkt betrieben wird.

Gemäß den Motorkalibrierungsrichtlinien der Ford Motor Company produziert ein Fahrzeug geringe Emissionswerte und erfüllt staatliche Emissionsstandards dann in reproduzierbarer Weise, wenn die Anpassungen im Luft- und Kraftstoffsystem vor einem offiziellen Emissionstest (FTP = federal test procedure) "gelernt" wurden. Da nur ein Vorbereitungszyklus ("prep") vor einem FTP erlaubt ist, muss das System sämtliche Luft- und Kraftstoffsystemverschiebungen in der adaptiven Kraftstofftabelle während dieses einen Vorbereitungszyklus lernen können.

Bekannte adaptive Strategien für Kraftstofftabellen arbeiten bei im Betrieb befindlichen Motor, da diese Strategien bei gegebenen Luftmassenstrombedingungen einen gewisse Zeitspanne benötigen, um die Kraftstoffveränderungen in der jeweiligen Kraftstoffzelle der Tabelle anzupassen, bis diese Zelle vollständig angepasst ist. Adaptive Kraftstoffstrategien werden typischerweise nicht durchgeführt, während der Kraftstoffdampfbehälter gespült wird oder bordinterne Überwachungen zu Diagnosezwecken in Betrieb sind. Daher tritt tendenziell das Problem auf, dass adaptive Kraftstoff-, Reinigungs- und Überwachungsstrategien miteinander hinsichtlich der verfügbaren Motorlaufzeit konkurrieren. Diese Situation verschlechtert sich bei einem HEV, da der ICE des Fahrzeugs nicht immer eingeschaltet ist. Infolgedessen wird die Fähigkeit des HEVs vermindert, eine adaptive Kraftstofftabelle ausreichend schnell vollständig zu entwickeln. Daher ist es erforderlich, ein neuartiges Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, mittels dessen bzw. mittels derer ein schnelles Lernen der adaptiven Kraftstofftabelle bei einem HEV ermöglicht wird.

Aus der DE 195 27 112 C1 ist ein Verfahren zur Ermittlung des Kennfeldes eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei das Kennfeld aus Zahlentripeln des Motormoments, der Motordrehzahl und einer Laststellgröße besteht. Die Laststellgröße kann insbesondere die Drosselklappenposition oder die Kraftstoffrate repräsentieren, und das Verfahren wird u.a. in einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem damit in Serie geschalteten Elektromotor eingesetzt. Durch Vorgabe verschiedener Laststellgrößen für den Verbrennungsmotor und den Elektromotor kann ein gewünschter Bereich des Kennfeldes des Verbrennungsmotors punktweise ausgemessen werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zu einer vollständigen Entwicklung einer adaptiven Kraftstofftabelle bereitzustellen, welche bzw. welches innerhalb eines Vorbereitungszyklus für ein Emissions-FTP (FTP = federal test procedure = staatliches Testverfahren) für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) durchführbar ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu einer vollständigen Entwicklung einer adaptiven Kraftstofftabelle innerhalb eines Vorbereitungszyklus eines Emissions-FTP für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) zu schaffen.

Diese Aufgaben werden jeweils durch die Gegenstände der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Gegenständen der jeweiligen Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

1 eine allgemeine Konfiguration eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV),

2 eine teilweise und vereinfachte schematische Darstellung eines Flussdiagramms für einen HEV-Leerlaufmodus,

3 eine schematische Darstellung einer adaptiven Kraftstoffstrategie für ein HEV, und

4 ein Beispiel für eine adaptive Kraftstofftabelle.

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrofahrzeuge, insbesondere Hybridelektrofahrzeuge (HEVs). 1 zeigt eine mögliche Konfiguration, insbesondere die Konfiguration eines Parallel-Reihen-Hybridelektrofahrzeugs ("powersplit").

In einem Basis-Powersplit-HEV koppelt ein Planetengetriebesatz 20 ein Trägergetriebe 22 mechanisch an einen Motor 24 über eine Freilaufkupplung 26 (one way clutch) an. Der Planetengetriebesatz 20 koppelt außerdem ein Sonnenrad 28 an einen Generatormotor 30 und ein Hohlrad (Tellerrad) 32. Der Generatormotor 30 ist weiterhin mechanisch mit einer Generatorbremse 34 und elektrisch mit einer Batterie 36 verbunden. Ein Fahrmotor 38 ist mechanisch an das Hohlrad 32 des Planetengetriebesatzes 20 über einen zweiten Getriebesatz 40 gekoppelt und elektrisch mit der Batterie 36 verbunden. Das Hohlrad 32 des Planetengetriebesatzes 20 und der Fahrmotor 38 sind mechanisch an Antriebsräder 42 über eine Abtriebswelle 44 gekoppelt.

Der Planetengetriebesatz 20 teilt die Ausgangsenergie des Motors 24 in einen seriellen Pfad vom Motor 24 zum Generatormotor 30 und einen parallelen Pfad vom Motor 24 an die Antriebsräder 42 auf. Die Drehzahl des Motors 24 kann gesteuert werden, indem die Aufteilung des seriellen Pfads bei Aufrechterhalten einer mechanischen Verbindung über den parallelen Pfad gesteuert wird. Der Fahrmotor 38 erhöht die vom Motor 24 an die Antriebsräder 42 gegebene Motorleistung auf dem parallelen Pfad durch den zweiten Getriebesatz 40. Der Fahrmotor 38 schafft außerdem die Möglichkeit, Energie direkt von dem seriellen Pfad zu verwenden, wobei die durch den Generatormotor 30 erzeugte Leistung im Wesentlichen heruntergefahren ist. Hierdurch werden Verluste aufgrund der Umwandlung von Energie in und aus chemischer Energie durch die Batterie 36 vermieden und es wird ermöglicht, dass die gesamte Energie des Motors 24 – nur vermindert um Umwandlungsverluste – die Antriebsräder 42 erreicht.

Eine Fahrzeugsystemsteuerungseinrichtung (VSC = vehicle System controller) 46 steuert vielfältige Komponenten in dieser HEV-Konfiguration an, wozu diese mit der Steuerung der jeweiligen Komponentensteuerung jeweils in Verbindung steht. Eine Motorsteuerungseinheit (ECU = engine control unit) 48 ist über eine festverdrahtete Schnittstelle mit dem Motor 24 verbunden. Die ECU 48 und die VSC 46 können in derselben Einheit untergebracht sein, sind jedoch hier als separate Steuerungen ausgebildet. Die VSC 46 kommuniziert mit der ECU 48 sowie einer Batteriesteuereinheit (BCU = battery control unit) 50 und einer Achsen-Managementeinheit (TMU = transaxle management unit) 52 über ein Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise ein Steuerungsnetzwerk (CAN = Controller area network) 54. Die BCU 50 ist mit der Batterie 36 über eine festverdrahtete Schnittstelle verbunden. Die TMU 52 steuert den Generatormotor 30 und den Fahrmotor 38 über eine festverdrahtete Schnittstelle an.

Die Hauptfunktion der ECU 48 in der vorliegenden HEV-Anordnung besteht darin, den Motor 24 in einer Weise zu betreiben, dass dieser das erforderliche Drehmoment des Motors 24 durch die VSC 46 derart liefert, dass die Abgasemissionen und der Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Dies wird zum Teil durch eine Steuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses mittels der ECU 48 erreicht, einschließlich der Verwendung einer adaptiven Kraftstoffsteuerungsstrategie.

Da herkömmliche adaptive Kraftstoffstrategien mit der Dampfbehälterspülungssteuerung und diagnostischen Überwachungsstrategien hinsichtlich der Fertigstellung ihrer Aufgaben um Motorlaufzeit konkurrieren und da der Motor 24 nicht während eines gesamten vorgegebenen HEV-Antriebszyklus eingeschaltet ist, existieren weniger Gelegenheiten als bei einem herkömmlichen Fahrzeug zur vollständigen Entwicklung einer adaptiven Kraftstofftabelle. Daher stellt die Implementierung einer adaptiven HEV-Kraftstoffstrategie 88 gemäß 2 eine Schlüsseltechnologie zur Aufrechterhaltung einer befriedigenden Luft/Kraftstoffsteuerung in einem HEV dar. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur vollständigen Entwicklung einer adaptiven HEV-Kraftstofftabelle 92 bereitgestellt, und dies so schnell wie möglich innerhalb eines neuen Antriebszyklus, wobei der neue Antriebszyklus durch einen "Ein"-Zustand des Zündschlüssels eingeleitet wird, der auf eine Periode eines inaktiven Fahrzeugs oder eine "Aus"-Periode folgt.

2 zeigt ein partielles und vereinfachtes Flussdiagramm eines möglichen Entscheidungsverfahrens innerhalb der VSC 46 hinsichtlich eines eingeschalteten Zustandes bzw. eines Leerlaufzustandes des Motors 24.

Mit diesem Verfahren wird bezweckt, zu bestimmen, ob der Motor 24 in einem Fahrzeugleerlaufzustand betrieben werden muss und, falls ja, aus welchem Grund. Basierend auf dem Grund der Notwendigkeit eines Motorbetriebs können gemäß dem Verfahren unterschiedliche Aktionen des Motors 24 (und/oder anderer HEV-Komponenten) ausgelöst werden.

Ein derartiger Grund, den Motor 24 im eingeschalteten Zustand zu halten (und Gegenstand der vorliegenden Erfindung) ist die Notwendigkeit, eine adaptive Kraftstofftabelle 92 vollständig zu entwickeln. 2 zeigt eine mögliche Schrittsequenz, wobei – lediglich zur Veranschaulichung – nur Schritte vor der Bestimmung, ob die adaptive Kraftstofftabelle 92 (4) aktualisiert werden muss, dargestellt sind.

Während des Verlaufs eines Antriebszyklus (d.h. von einem "An"-Zustand 68 zu einem "Aus"-Zustand) geht das Fahrzeug in einen Leerlaufzustand über, sobald die Fahrzeugleerlaufbedingungen gemäß Schritt 70 erfüllt sind. In Schritt 70 überprüft das Fahrzeug beispielsweise das Vorliegen einer niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit und die Gaspedalposition. Wenn die Fahrzeugleerlaufbedingungen nicht erfüllt sind, verbleibt das Fahrzeug in dem aktuellen Antriebsmodus gemäß Schritt 72.

Wenn die Fahrzeugleerlaufbedingungen erfüllt sind, bestimmt die VSC 46, ob irgendwelche Fahrzeugbetriebsarten es erfordern, dass der Motor 24 während des Fahrzeugleerlaufzustands weiterläuft. Falls nicht, kann der Motor 24 ausgeschaltet werden. Im Schritt 74 bestimmt die VSC 46, ob der Ladezustand (SOC = state of charge) der Batterie 36 zu schwach ist. Wenn der SOC geringer als ein kalibrierbarer Schwellenwert ist, weist die VSC 46 den Motor 24 in Schritt 76 an, während des Leerlaufzustandes eingeschaltet zu bleiben und löst weitere Aktionen zur Bearbeitung dieser Aufgabe aus.

Wenn der SOC der Batterie 36 nicht zu niedrig ist, geht die VSC 46 zu Schritt 78 über, in dem bestimmt wird, ob der Unterdruck in der Fahrzeugklimaregelung und dem Bremssystemreservoir aufgefüllt werden muss. Wenn der Unterdruck nicht aufgefüllt werden muss, weist die VSC 46 den Motor 24 in Schritt 80 an, während des Leerlaufzustandes eingeschaltet zu bleiben und löst weitere Aktionen aus, um diese Aufgabe zu bearbeiten.

Wenn der Reservoirunterdruck nicht aufgefüllt werden muss, geht die VSC 46 zu Schritt 82 über und bestimmt, ob ein Kraftstoffdampfbehälter 58 (1) gespült bzw. gereinigt werden muss. Wenn der Kraftstoffdampfbehälter 58 gereinigt werden muss, weist die VSC 46 den Motor 24 in Schritt 84 an, während des Leerlaufzustandes eingeschaltet zu bleiben, und löst weitere Aktionen zur Bearbeitung dieser Aufgabe aus. Wenn der Dampfbehälter 58 dagegen nicht gereinigt werden muss, geht die VSC 46 zum Schritt 86 über, um zu bestimmen, ob die adaptive Kraftstofftabelle 92 bereits einen vollständig entwickelten Zustand („mature state") für den vorliegenden Antriebszyklus erreicht hat.

Die Bestimmung des Entwicklungszustandes der adaptiven Kraftstofftabelle 92 erfolgt in Schritt 86. Bei jedem "Ein"-Zustand 68 (neuer Antriebszyklus) wird eine als HEV_ADAPT_DONE bezeichnete Marke bzw. ein Flag, welche bzw. welches anzeigt, dass das adaptive HEV-Kraftstoffprogramm für diesen Antriebszyklus nicht abgeschlossen ist, mit dem Wert Null initialisiert und ein als ADAPT_CELL_PTR bezeichneter Zeiger bzw. Pointer, welcher die erste Luftmassenstromzelle der adaptiven Kraftstofftabelle 92 bezeichnet, mit dem Wert Eins initialisiert. In Schritt 86 wird bestimmt, ob das HEV_ADAPT_DONE-Flag den Wert Null aufweist (d.h., dass die Tabelle nicht vollständig entwickelt ist), und ob andere bekannte Standardbedingungen zur Adaption der Kraftstofftabellen erfüllt sind (beispielsweise, ob der Motor eine stabile Betriebstemperatur erreicht hat).

Wenn im Schritt 86 HEV_ADAPT_DONE Null beträgt und die anderen Bedingungen der standardmäßigen adaptiven Kraftstoffstrategie 88 erfüllt sind, weist die VSC 46 den Motor 24 an, im Leerlauf eingeschaltet zu bleiben und löst die adaptive Kraftstoffstrategie (innerhalb der ECU 48 oder der VSC 46) in Schritt 88 aus. Diese Strategie ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wobei eine bevorzugte Ausführungsform in 3 dargestellt ist.

Die in 3 detaillierter dargestellte, adaptive HEV-Kraftstoffstrategie 88 verwendet Fahrzeugleerlaufzustände schon zu einem frühen Zeitpunkt während des Antriebszyklus dazu, den Motor 24 zu einem Betrieb bei Luftmassenstrombedingungen zu veranlassen, die als Referenz für die Zellen der adaptiven Kraftstofftabelle 92 verwendet werden können, wodurch die adaptive Kraftstofftabelle 92 schneller vollständig entwickelt werden kann.

Wie in 2 gezeigt, wird ein neuer Antriebszyklus durch einen "Ein"-Zustand des Zündschlüssels initiiert, wobei die VSC 46 jeden Fahrzeugleerlaufzustand in Schritt 86 dahingehend überprüft, ob HEV_ADAPT_DONE = 0 ist, und ob andere Bedingungen für eine adaptive Kraftstoffstrategie 88 erfüllt sind. Beispielsweise überwacht die VSC 46, ob der Motor 24 eine stabile Betriebstemperatur erreicht hat. Wenn die Bedingungen für eine adaptive HEV-Kraftstoffstrategie 88 erfüllt sind, ruft die VSC 46 gemäß 3 die adaptive Kraftstoffstrategie 88 auf.

In Schritt 102 der adaptiven Kraftstoffstrategie 88 weist die VSC 46 den Generatormotor 30 an, die Drehzahl des Motors 24 bei einer typischen Drehzahl zu halten, die verwendet wird, wenn der Motor während der Fahrzeugleerlaufzustände eingeschaltet ist (d.h. bei der Leerlaufdrehzahl). Dies ermöglicht die Verwendung einer typischen Leerlaufdrehzahl, um die einzelnen Luftmassenstromzellen in der adaptiven Kraftstofftabelle 92 (genauer in 4 gezeigt) zu durchlaufen, so dass die Wahrnehmung des Fahrers bezüglich der Drehzahl des Motors 24 beim Leerlauf des Fahrzeugs nicht irritiert wird.

Anschließend, in einem Schritt 104, veranlasst die VSC 46 den Motor 24 zu einem Betrieb bei einem Bremsmoment-Niveau, das einer bestimmten Drosselklappenposition entspricht, um die jeweilige, durch ADAPT_CELL_PTR spezifizierte Luftströmung des Motors 24 zu erreichen. Beispielsweise zeigt gemäß 4 für den Fall ADAPT_CELL_PTR = 1 die adaptive Kraftstoffstrategie 88 auf die erste Zeile 130 der adaptiven Kraftstofftabelle 92, was einer Luftströmung von ca. 0,45 kg/min (1,0 lbs/min) entspricht. Demzufolge wird das Drehmoment des Motors 24 durch die VSC 46 derart gesteuert, dass eine Luftströmung bzw. ein Luftmassenstrom von 0,45 kg/min erreicht und die entsprechende Luftmassenstromzelle der adaptiven Kraftstofftabelle 92 aktualisiert werden kann. Die adaptive Kraftstoffstrategie 88 erfordert eine elektronische Drosselsteuerung (in 1 nicht gezeigt), um eine derartige drehmomentbasierende Steuerungsstrategie des Motors 24 durchzuführen. Diese Art der Steuerungsstrategie wandelt ein gewünschtes Drehmoment des Motors 24 in eine äquivalente Drosselklappenstellung um.

Im nächsten Schritt 106 wird überprüft, ob die Drosselung des Motors ausreichend ist, um die gewünschte Luftströmung für die aktuelle Drehzahl des Motors 24 zu liefern. Die meisten Motoren können höhere Luftmassenströme bei einer vorgegebenen Drosselklappenposition erreichen, wenn die Motordrehzahl erhöht wird. Sobald die Drosselklappe des Motors 24 ihre Maximalposition erreicht hat und die gewünschte Luftströmung für die gegebene Zelle der Kraftstofftabelle 92 nicht erreicht worden ist, geht daher die Strategie zu Schritt 108 über, bei dem die VSC 46 den Generatormotor 30 anweist, die Motordrehzahl bis zum Erreichen des gewünschten Luftmassenstroms zu erhöhen.

Bei Erreichen des gewünschten Luftmassenstroms (durch Erhöhung entweder des Drehmoments bzw. der Drosselung des Motors 24 in Schritt 104 oder der Drehzahl des Motors 24 in Schritt 108) wird im nächsten Schritt 110 auf bekannte Art und Weise bestimmt, ob diese spezielle Luftmassenstromzelle (hinreichend) vollständig entwickelt ist. Falls diese nicht vollständig entwickelt ist, können bekannte adaptive Kraftstoffstrategien verwendet werden, um die Zelle zu aktualisieren, bis diese in Schritt 112 vollständig entwickelt ist.

Sobald die aktuelle Luftmassenstromzelle vollständig entwickelt ist, wird der ADAPT_CELL_PTR-Parameter in Schritt 114 um Eins erhöht, so dass dieser auf die nächste Luftmassenstromzelle in der adaptiven Kraftstofftabelle 92 zeigt (in dem in 4 gezeigten Beispiel wäre diese nächste Zelle die Zeile 132 der Kraftstofftabelle 92). Als nächstes wird in Schritt 116 bestimmt, ob sämtliche Luftmassenstromzellen in der adaptiven Kraftstofftabelle 92 vollständig entwickelt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird dies erreicht, indem eine Abfrage etwa der Art "ist der Wert ADAPT_CELL_PTR größer als die maximale Anzahl von Luftmassenstromzellen in der adaptiven Kraftstofftabelle 92?" durchgeführt wird. Falls dies der Fall ist, wird das Verfahren mit Schritt 120 fortgesetzt, in dem das Ende der adaptiven Kraftstoffstrategie 88 durch Setzen des Flags HEV_ADAPT_DONE = 1 angezeigt wird. Falls dies nicht der Fall ist, wiederholt die adaptive Kraftstoffstrategie 88 die Schritte 104 bis 116 unter Verwendung der neuen, durch ADAPT_CELL_PTR dargestellten Luftmassenstromzellen, bis alle Zellen in der adaptiven Kraftstofftabelle 92 erreicht sind.

Sobald HEV_ADAPT_DONE = 1 ist, wird die adaptive Kraftstoffstrategie 88 bei zukünftigen Fahrzeugleerlaufzuständen im aktuellen Antriebszyklus (2) durch die VSC 46 nicht mehr aufgerufen. Wenn sich beispielsweise die adaptive HEV-Kraftstoffstrategie 88 in der Mitte einer Aktualisierung der Luftmassenstromzellen befindet und ein Zustand auftritt, der eine Beendigung der Strategie erfordert (beispielsweise dergestalt, dass sich das Fahrzeug nicht länger im Leerlaufzustand befindet oder der Kraftstoffdampfbehälter 58 eine Reinigung erfordert), speichert die adaptive Kraftstoffstrategie 88 die Luftmassenstromzelle, die zuletzt über ADAPT_CELL_PTR aktualisiert worden ist. Wenn beispielsweise in einem Fahrzeugleerlaufmodus die adaptive Kraftstoffstrategie 88 zwei der sechs Zellen der adaptiven Kraftstofftabelle 92 durchlaufen hat und dann der Fahrer das Gaspedal betätigt, um den Leerlaufmodus zu verlassen, wird die adaptive Kraftstoffstrategie 88 mit HEV_ADAPT_DONE = 0, jedoch mit ADAPT_CELL_TMR= 3 beendet. Infolgedessen wird bei dem nächsten Zeitpunkt, an dem eine Fahrzeugleerlaufbedingung auftritt, die adaptive Kraftstoffstrategie 88 mit dem Aktualisieren der Zelle 3 von 6 begonnen und derart fortgesetzt, bis alle Zellen vollständig entwickelt sind und HEV_ADAPT_DONE = 1 ist.

Die adaptive Kraftstoffstrategie 88 soll nicht dazu dienen, eine bekannte adaptive Kraftstoffstrategie zu ersetzen, sondern mit einer existierenden Strategie zusammenzuwirken. Außerhalb der adaptiven HEV-Kraftstoffstrategie 88 können herkömmliche adaptive Kraftstoffstrategien in normaler Weise ausgeführt werden, um die verschiedenen Luftmassenstromzellen der Kraftstofftabelle 92 zu überprüfen, während der Motor 24 in unterschiedlichen Antriebszuständen betrieben wird. Aufgabe der adaptiven HEV-Kraftstoffstrategie 88 ist es, eine schnelle Möglichkeit zu liefern, eine vollständig entwickelte adaptive Kraftstofftabelle 92 während eines FTP-Vorbereitungsantriebszyklus zu erreichen, wodurch stabile Abgasemissionen während des FTP-Emissionstests gewährleistet werden.

20Planetengetriebesatz 22Trägergetriebe 24Motor 26Freilaufkupplung 28Sonnenrad 30Generatormotor 32Hohlrad 34Generatorbremse 36Batterie 38Fahrmotor 40zweiter Getriebesatz 42Antriebsräder 44Abtriebswelle 46Fahrzeugsystemsteuerungseinrichtung (VSC) 48Motorsteuerungseinheit (ECU) 50Batteriesteuerungseinheit (BCU) 52Achsen-Managementeinheit (TMU) 54Steuerungsnetzwerk (CAN) 58Kraftstoffdampfbehälter 68–86Verfahrensschritte 88adaptive HEV-Kraftstoffstrategie 92adaptive Kraftstofftabelle 102–120Verfahrensschritte 130, 132Zeilen der Kraftstofftabelle

Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zur vollständigen Entwicklung adaptiver Kraftstofftabellen für ein Hybridelektrofahrzeug, gekennzeichnet durch:

    – Mittel zur Bestimmung, ob eine adaptive Kraftstofftabelle (92) nicht vollständig entwickelt ist, mittels einer Steuereinrichtung (46),

    – Mittel zur Entscheidung, ob eine adaptive Kraftstoffstrategie (88) erlaubt ist, unter Verwendung einer Leerlauf-Entscheidungslogik zur vollständigen Entwicklung adaptiven Kraftstofftabelle (92),

    – Mittel zur Veranlassung einer Motordrosselung (48) zum Durchlaufen unterschiedlicher Luftstrombereiche eines Motors (24),

    – Mittel zur Sammlung von Kraftstoff-Verschiebungsdaten von Motorsensoren während der Drosselung, bis die adaptive Kraftstoffstrategie (88) ein Beenden der Datensammlung anordnet und

    – Mittel zur Adaption der Kraftstoff-Verschiebungsdaten in der adaptiven Kraftstofftabelle (92) anhand der während des Durchlaufens der Drosselungen gewonnenen Daten.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Entscheidung, ob eine adaptive Kraftstoffstrategie (88) erlaubt ist unter Verwendung einer Leerlauf-Entscheidungslogik zur Durchführung folgender Schritte ausgebildet sind:

    – Bestimmung, ob Motorleerlaufbedingungen erfüllt sind,

    – Bestimmung, ob ein Motorbetrieb notwendig ist,

    – Bestimmung, ob ein Ladezustand einer Batterie (36) nicht zu niedrig ist,

    – Bestimmung, ob kein Unterdruck in einer Klimaanlage und/oder einem Bremsanlagenreservoir aufzufüllen ist und

    – Bestimmung, ob ein Kraftstoffdampfbehälter (58) des Systems keine umgehende Reinigung erfordert.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Veranlassung einer Motordrosselung (48) derart ausgebildet sind, dass die Drosselklappe mittels der Steuereinrichtung (46) zu einer nächsthöheren Position oder Luftmassenstromzelle in der adaptiven Kraftstofftabelle (92) bewegbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (46) beim Beenden der Datensammlung zu einer dahingehenden Signalisierung ausgebildet ist, dass sämtliche Kraftstoffverschiebungen für sämtliche Luftmassenstromzellen fertig angepasst sind, wodurch die adaptive Kraftstofftabelle (92) als vollständig entwickelt angesehen wird.
  5. Verfahren zur vollständigen Entwicklung adaptiver Kraftstofftabellen für ein Hybridelektrofahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

    – Bestimmung, ob die adaptive Kraftstofftabelle (92) nicht vollständig entwickelt ist, mittels einer Steuereinrichtung (46),

    – Entscheidung, ob eine adaptive Kraftstoffstrategie (88) zur vollständigen Entwicklung der adaptiven Kraftstofftabelle (92) erlaubt ist unter Verwendung einer Leerlauf-Entscheidungslogik,

    – Veranlassen einer Motordrosselung zum Durchlaufen unterschiedlicher Luftstrombereiche eines Motors (24),

    – Sammeln von Kraftstoff-Verschiebungsdaten von Motorsensoren während der Drosselung, bis die adaptive Kraftstoffstrategie (88) ein Beenden der Datensammlung anordnet, und

    – Adaption der Kraftstoff-Verschiebungsdaten in der adaptiven Kraftstofftabelle (92) anhand der Motordrosselungsdaten.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Entscheidung unter Verwendung einer Leerlauf-Entscheidungslogik, ob eine adaptive Kraftstoffstrategie (88) erlaubt ist, die Schritte aufweist:

    – Bestimmung ob Motorleerlaufbedingungen erfüllt sind,

    – Bestimmung, ob ein Motorbetrieb notwendig ist,

    – Bestimmung, ob ein Batterieladezustand einer Batterie (36) nicht zu niedrig ist,

    – Bestimmung, ob kein Unterdruck in einer Klimaanlage und/oder einem Bremsanlagenreservoir aufzufüllen ist und

    – Bestimmung, ob ein Kraftstoffdampfbehälter (58) des Systems keine schnelle Reinigung erfordert.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Veranlassens einer Motordrosselung den Schritt aufweist:

    – Bewegen der Drosselklappe zur nächsthöheren Position bzw. Luftmassenstromzelle gemäß der adaptiven Kraftstofftabelle (92).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Beenden der Datensammlung die Steuereinrichtung (46) signalisiert, dass alle Kraftstoffverschiebungen für sämtliche Luftmassenstromzellen vollständig angepasst sind, wodurch die adaptive Kraftstofftabelle (92) als vollständig entwickelt angesehen wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vollständige Entwicklung der adaptiven Kraftstofftabelle (92) unabhängig von anderen, gleichzeitig ablaufenden herkömmlichen adaptiven Kraftstoffstrategien durchgeführt wird.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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