HYBRIDANTRIEB

Hybridantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor, einem Generator und einem zwischen Verbrennungsmotor, Generator und Elektromotor angeordneten Verzweigungsgetriebe mit je einem Getriebeanschluß, dh Getriebeeingang bzw. -ausgang, für den Verbrennungsmotor, den Generator und den über einen Antriebstrang mit angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges zwangsgekoppelten Elektromotor.

Aus der DE 197 21 298 AI ist ein Hybridantrieb bekannt, welcher für Kraftfahrzeuge vorgesehen ist und eine über eine Kupplung mit einem Verbrennungsmotor verbindbare elektrische Maschine aufweist, die sowohl als Generator als auch als E- lektromotor arbeiten kann und über ein Schaltgetriebe mit den Antriebsrädern des Fahrzeuges in Antriebsverbindung steht .

Ein Hybridantrieb der eingangs genannten Art wurde bereits vorgeschlagen, um zwischen Verbrennungsmotor und Antriebstrang weitestgehend beliebige Übersetzungsverhältnisse zu realisieren, indem der Generator unterschiedlich stark belastet und der Elektromotor auf unterschiedliche Leistung gesteuert wird. Dabei besteht auch die Möglichkeit, die über den Generator aus dem System ausgekoppelte elektrische Energie praktisch direkt dem Elektromotor zuzuführen, den Verbrennungsmotor sowie den Generator mit gleicher Drehzahl zu betreiben und/oder den Verbrennungsmotor beim Fahrbetrieb stillzusetzen. Bei einem solchen Hybridantrieb ist die Drehzahl (nA) des Antriebstranges ein für die Steuerung und Betriebssicherheit des Hybridantriebes überragend wichtiger Parameter.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten aufzuzeigen, die Drehzahl (nA) des Antriebstranges ohne größeren konstruktiven Aufwand zuverlässig zu bestimmen, und zwar auch bei gestörter Sensorik.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Steuerung des Hybridantriebes die Drehzahl (nA) des Antriebstranges mittels einer Sensoranordnung bestimmt wird, die separate Sensoren zur Ermittlung von Meßwerten der Drehzahl (nV) des Verbrennungsmotors, der Drehzahl (nG) des Generators, der Drehzahl (nE) des Elektromotors, der Drehzahl (nR) vorgegebener angetriebener Fahrzeugräder und/oder der Drehzahl (nR ^* ) weiterer Fahrzeugräder aufweist, wobei als Drehzahl (nA) des Antriebstranges eine Drehzahl verwendet wird, die auf zumindest zwei unterschiedlichen und relativ zueinander unsymmetrisch redundanten Wegen aus vorgenannten Meßwerten verifizierbar ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Drehzahl des Antriebstranges aus im Fahrzeug ohnehin vorhandenen Meßwerten mittelbar zu bestimmen. Die Drehzahlen von Verbrennungsmotor, Generator und Elektromotor werden zur Steuerung dieser Aggregate ohnehin erfaßt. Die Drehzahlen aller Fahrzeugräder werden regelmäßig für Antiblockier- und/oder Schlupfregelsysteme ermittelt.

Erfindungsgemäß kann als Drehzahl des Antriebstranges (nA) die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) verwendet werden, wenn eine aus den Drehzahlen des Verbrennungsmotors (nV) und des Generators (nG) berechnete Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) plausibel ist und mit der gemessenen Drehzahl des E- lektromotors (nE) hinreichend übereinstimmt und außerdem eine hinreichende Übereinstimmung der gemessenen Drehzahl des Elektromotors (nE) mit einer aus den Drehzahlen vorgegebener angetriebener Fahrzeugräder (nR) berechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA _b ) gegeben ist.

Dies ist vorzugsweise die Normalbetriebsweise.

Desweiteren kann als Drehzahl des Antriebstranges (nA) auch dann die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) verwendet werden, wenn die aus den Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Generator berechnete Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) sowie eine aus den Drehzahlen weiterer Fahrzeugräder (nR ^* ) berechnete Drehzahl des Antriebstranges (nA ^* _b ) plausibel sind und die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) hinreichend sowohl mit der vorgenannten berechneten Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) sowie mit der vorgenannten berechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA ^* _b ) übereinstimmt.

In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, zusätzlich durch ein Fehlersignal anzuzeigen, dass der aus den Drehzahlen vorgegebener angetriebener Fahrzeugräder (nR) berechnete Wert der Drehzahl des Antriebstranges (nAb) falsch ist. Durch dieses Fehlersignal kann zusätzlich oder alternativ bewirkt werden, dass die als falsch erkannte Drehzahl (nA _b ) nicht mehr berücksichtigt bzw. verwertet wird.

Darüber hinaus kann die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) als Drehzahl des Antriebstranges (nA) verwendet werden, wenn die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) und die Drehzahlen der vorgegebenen angetriebenen Fahrzeugräder (nR) plausibel sind und eine aus den Drehzahlen vorgegebener angetriebener Fahrzeugräder (nR) berechnete Drehzahl des Antriebstranges (nAb) hinreichend mit der aus den Drehzahlen weiterer Fahrzeugräder (nR*) errechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA*b) entspricht und die gemessene Drehzahl des E- lektromotors (nE) hinreichend übereinstimmt mit der aus den Drehzahlen vorgegebener angetriebener Fahrzeugräder (nR) berechneten Drehzahl des Antriebstranges (nAb) . In diesem Fall ist vorzugsweise vorzusehen, zusätzlich durch ein Fehlersignal anzuzeigen, dass die aus den Drehzahlen des Verbrennungsmotors (nV) und des Generators (nG) berechnete Drehzahl des Elektromotors (nEb) falsch ist. Durch dieses Fehlersignal kann wiederum zusätzlich oder alternativ bewirkt werden, dass die als falsch erkannte Drehzahl (nEB) nicht mehr berücksichtigt bzw. verwertet wird.

Desweiteren kann als Drehzahl des Antriebstranges (nA) die aus den Drehzahlen vorgegebener angetriebener Fahrzeugräder (nR) berechnete Drehzahl des Antriebstranges (nA _b ) verwendet werden, wenn diese Drehzahl hinreichend mit der aus den Drehzahlen weiterer Fahrzeugräder (nR ^* ) errechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA ^* b) übereinstimmt, und die aus den Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Generator berechnete Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) plausibel ist und außerdem keine Übereinstimmung zwischen der gemessenen Drehzahl des Elektromotors (nE) und der vorgenannten berechneten Drehzahl des E- lektromotors (nE ) sowie der aus den Drehzahlen vorgegebener Antriebsräder errechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA _b ) vorliegt .

Die Sicherheit des für die Drehzahl des Antriebstranges (nA) verwendeten berechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA _b ) kann hier noch dadurch erhöht werden, dass zusätzlich abgefragt wird, ob diese berechnete Drehzahl mit der berechneten Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) hinreichend übereinstimmt und/oder ob die Abweichungen zwischen der gemessenen Drehzahl des Elektromotors (nE) und der berechneten Drehzahl des E- lektromotors (nE _b ) einerseits und zwischen der gemessenen Drehzahl des Elektromotors (nE) und der aus den Drehzahlen vorgegebener Antriebsräder berechneten Drehzahl des Antrieb- Stranges (nAb) andererseits größenordnungsmäßig gleich sind.

Im Übrigen wird vorzugsweise bei Verwendung der aus den Drehzahlen vorgegebener Antriebsräder berechneten Drehzahl des Antriebstranges (nAb) ein Fehlersignal dafür erzeugt, dass die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) falsch ist und/oder nicht mehr berücksichtigt werden darf.

Schließlich kann als Drehzahl des Antriebstranges (nA) die aus den Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Generator berechnete Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) verwendet und eine Fehlersignalkombination dafür erzeugt werden, dass die gemessene Drehzahl des Elektromotors (nE) sowie die aus den Drehzahlen vorgegebener angetriebener Räder des Fahrzeuges berechnete Drehzahl des Antriebstranges (nA _b ) falsch sind und/oder nicht mehr berücksichtigt werden dürfen, wenn die aus den Drehzahlen von Generator und Elektromotor berechnete Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) sowie die aus den Drehzahlen weiterer Fahrzeugräder berechnete Drehzahl des Antriebstranges (nA ^* b) plausibel sind und miteinander hinreichend übereinstimmen, während die aus den Drehzahlen vorgegebener Antriebsräder berechnete Drehzahl des Antriebstranges (nA _b ) nicht plausibel ist und keine Übereinstimmung zwischen der gemessenen Drehzahl des Elektromotors (nE) und der berechneten Drehzahl des Elektromotors (nE _b ) und/oder der aus den Drehzahlen weiterer Fahrzeugräder berechneten Drehzahl des Antriebstranges (nA ^* _b ) vorliegt.

Gemäß einem weiteren, von der Ermittlung der Drehzahl des Antriebstranges prinzipiell unabhängigen Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass Generator und Elektromotor durch eine Regelanordnung in Abhängigkeit von einem Soll- Istwertvergleich des Verhältnisses der Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Antriebstrang steuerbar ist.

Hier wird der allgemeine Gedanke verwirklicht, durch Steuereingriffe am Elektromotor sowie am Generator das Verzweigungsgetriebe als stufenlos steuerbares Übersetzungsgetriebe zwischen Verbrennungsmotor und Antriebstrang einzusetzen. In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn der E- lektromotor auf Generatorbetrieb und/oder der Generator auf Motorbetrieb umsteuerbar sind.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Zeichnung verwiesen, anhand der eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung näher beschrieben wird.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematisierte Darstellung eines Fahrzeuges mit einem Hybridantrieb der eingangs angegebenen Art und

Fig. 2 einen schematisierten Ablaufplan zur Plausibilisie- rung und Ermittlung der Drehzahl (nA) des Antriebstranges, wobei diese Drehzahl im dargestellten Beispiel die Drehzahl einer Kardanwelle darstellt.

Gemäß Fig. 1 besitzt ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug nicht angetriebene lenkbare Vorderräder 1 und angetriebene Hinterräder 2.

Die Hinterräder sind in grundsätzlich bekannter Weise über ein Achsdifferential 3 mit einer Kardanwelle 4 antriebsgekoppelt, welche ihrerseits mit der Motorwelle eines Elektromotors 5 antriebsverbunden ist . Der Elektromotor 5 ist über ein als Verzweigungsgetriebe ausgebildetes Planetengetriebe 6 mit einem Verbrennungsmotor 7 sowie einem Generator 8 antriebs- verbunden, wobei die Motorwelle des Verbrennungsmotors 7 mit dem Planetenträger 9, die zur Motorwelle des Verbrennungsmotors 7 koaxiale Welle des Generators 8 mit dem Sonnenrad 10 des Planetengetriebes und die Motorwelle des Elektromotors 5 mit dem Hohlrad 11 des Planetengetriebes drehfest verbunden ist . Der Elektromotor 5 sowie der Generator 8 sind elektrisch über nicht dargestellte Gleich- und Wechselrichter mit einer Batterie 12 verbunden.

Den Vorderrädern 1 sind Drehzahlgeber 13 und den Hinterrädern 2 Drehzahlgeber 14 zugeordnet . Die Drehzahlen des Verbrennungsmotors 7, des Generators 8 und des Elektromotors 5 werden durch Drehzahlgeber 15 bis 17 erfaßt.

Eine elektronische Steuervorrichtung 18 ist ausgangsseitig mit dem Verbrennungsmotor 7, dem Generator 8 und dem Elektromotor 5 zu deren Steuerung verbunden. Eingangsseitig ist die Steuerung 18 an die Drehzahlgeber 13 bis 17 angeschlossen. Außerdem ist die Eingangsseite der Steuerung 18 mit nicht dargestellten weiteren Sensoren verbunden, die insbesondere den Zustand von fahrerseitig betätigten Steuerorganen, beispielsweise Fahr- und Bremspedal, registrieren und damit der Steuerung 18 „melden" welche Fahrleistung vom Fahrer gewünscht wird. Darüber hinaus können die weiteren Sensoren auch Parameter des Fahrweges, beispielsweise dessen Steigung oder Gefälle, sowie weitere Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 7 erfassen.

Gemäß Fig. 2 erhält die Steuerung 18 von den Drehgebern 13 Signale, die die Drehzahl nR ^* der Vorderräder 1 widergeben. Von den Drehgebern 14 erhält die Steuerung 18 Signale zu den Drehzahlen nR der angetriebenen Hinterräder 2. Die Drehgeber 15 bis 17 übermitteln die Drehzahlen nV, nG und nE des Verbrennungsmotors 7, des Generators 8 sowie des Elektromotors 5.

Alle diese Signale können von der Steuerung 18 nach vorzugebenden Kriterien auf Plausibilität überprüft werden.

Unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhältnisse des Planetengetriebes 6 kann die Steuerung 18 aus den von den Drehgebern 15 und 16 übermittelten Drehzahlen nV und nG des Verbrennungsmotors 7 sowie des Generators 8 eine berechnete Drehzahl Eb des Elektromotors 5 ermitteln. Desweiteren kann die Steuerung 18 aus den von den Drehgebern 14 ermittelten Drehzahlen nR der Hinterräder 2 unter Berücksichtigung der Ü- bersetzungsverhältnisse des Differentials 3 eine berechnete Drehzahl nA _b der Kardanwelle 4 ermitteln. Schließlich kann die Steuerung 18 unter der Voraussetzung, dass die Räder 1 und 2 im wesentlichen schlupffrei rollen, auch aus den von den Drehgebern 13 erfassten Drehzahlen nR ^* der Vorderräder eine Drehzahl nA ^* _b für die Drehzahl der Kardanwelle 4 bzw. des Antriebstranges berechnen.

Auch alle vorgenannten berechneten Drehzahlen nE , nA _b und nA ^* b können nach vorgegebenen Kriterien auf Plausibilität ü- berprüft werden.

Die Steuerung 18 ermittelt aus den ihr vorliegenden Informationen die Drehzahl nA des Antriebstranges.

Falls die aus den Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Generator berechnete Drehzahl nE _b des Elektromotors plausibel ist und die vom Drehzahlgeber 17 gemessene Drehzahl nE des Elektromotors 5 mit der berechneten Drehzahl nE _b des Elektromotors 5 sowie mit der aus den Drehzahlen nR der Hinterräder 2 berechneten Drehzahl nA _b des Antriebstranges innerhalb einer vorgegebenen Toleranz übereinstimmt, wird gemäß Position I in Fig. 2

nA = nE

gesetzt .

Gemäß der Position II in Fig. 2 wird für die zu ermittelnde Drehzahl des Antriebstranges ebenfalls

nA = nE gesetzt, wenn die aus den Drehzahlen der angetriebenen Hinterräder 2 errechnete Drehzahl nA _b des Antriebstranges nicht mit der aus den Drehzahlen nR ^* der Vorderräder 1 ermittelten Drehzahl nA ^* _b übereinstimmt, jedoch die berechneten Drehzahlen nE _b und nA ^* _b plausibel sind und die vom Drehgeber 17 gemessene Drehzahl nE des Elektromotors 5 innerhalb einer vorgegebenen Toleranz mit dem berechneten Wert nE _b der Drehzahl des Elektromotors sowie der aus den Drehzahlen der Vorderräder rechnerisch ermittelten Drehzahl nA ^* _b des Antriebstranges übereinstimmt .

In diesem Falle wird desweiteren vorzugsweise ein Fehlersignal dafür erzeugt, dass die aus den Drehzahlen der Hinterräder berechnete Drehzahl nA _b des Antriebstranges falsch ist.

Gemäß Position III in Fig. 2 wird

nA = nA _b

gesetzt, wenn keine hinreichende Übereinstimmung zwischen der vom Drehzahlgeber 17 gemessenen Drehzahl nE des Elektromotors 5 mit der aus den Drehzahlen von Verbrennungsmotor und Generator berechneten Drehzahl nE _b des Elektromotors sowie der aus den Drehzahlen der Hinterräder errechneten Drehzahl nA _b des Antriebstranges vorliegt, jedoch die errechnete Drehzahl nE _b des Elektromotors 5 plausibel ist und insbesondere mit den aus den Drehzahlen der Vorder- bzw. Hinterräder errechneten Drehzahlen nAb und nA ^* b hinreichend übereinstimmt .

Vorzugsweise wird in diesem Fall ein Fehlersignal dafür erzeugt, dass die gemessene Drehzahl nE des Elektromotors 5 falsch ist.

Gemäß der Position IV in Fig. 2 wird

nA = nE _b gesetzt, wenn die aus den Drehzahlen der Hinterräder und aus den Drehzahlen der Vorderräder ermittelten Drehzahlen nA _b und nA ^* _b nicht hinreichend übereinstimmen und die vom Drehgeber 17 gemessene Drehzahl nE des Elektromotors 5 nicht hinreichend mit der berechneten Drehzahl nEb des Elektromotors bzw. der aus den Drehzahlen der Vorderräder errechneten Drehzahl nA ^* _b übereinstimmt, jedoch sowohl die errechnete Drehzahl nE _b des Elektromotors als auch die aus den Drehzahlen der Vorderräder errechnete Drehzahl nA ^* _b des Antriebstranges plausibel sind und eine hinreichende Übereinstimmung zwischen den berechneten Drehzahlen nEb und nA ^* besteht .

Vorzugsweise werden in diesem Fall zwei Fehlersignale dafür ausgegeben, dass die gemessene Drehzahl nE des Elektromotors sowie die aus den Drehzahlen der Hinterräder berechnete Drehzahl nA _b des Antriebstranges falsch sind.

Falls keine Ermittlung der Drehzahl nA des Antriebstranges gemäß den Positionen I bis IV erfolgen kann, wird gemäß Position V in Fig. 2 ein Notfallsignal dafür erzeugt, dass nA nicht ermittelbar ist und kein sicherer Betriebszustand gewährleistet werden kann. In einem solchen Falle ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Steuerung 18 den Verbrennungsmotor 7 sowie den Elektromotor 5 sofort abschaltet .

Solange die Drehzahl nA des Antriebstranges ermittelbar ist, kann die Steuerung 18 durch entsprechende Steuereingriffe am Generator 8 sowie am Elektromotor 5 praktisch beliebige Übersetzungsverhältnisse zwischen den Drehzahlen nV des Verbrennungsmotors und den Drehzahlen nR der angetriebenen Fahrzeugräder 2 herstellen, dh das Verzweigungs- bzw. Planetengetriebe 6 sowie der Elektromotor 5 und der Generator 8 wirken funktionsmäßig so miteinander zusammen, als ob zwischen dem Verbrennungsmotor 7 und den angetriebenen Fahrzeugrädern 2 ein Getriebe mit stufenlos steuerbarer Übersetzung angeordnet wäre . Das jeweils zwischen Verbrennungsmotor 7 und den Antriebsrädern 2 auftretende Übersetzungsverhältnis kann prinzipiell durch Soll-Istwertvergleich geregelt werden, wobei der Sollwert des Übersetzungsverhältnisses in Abhängigkeit von Betriebsparametern bestimmt werden kann, zB in Abhängigkeit von der Stellung fahrerseitig betätigter Steuerorgane, wie insbesondere Fahr- bzw. Bremspedal, sowie in Abhängigkeit von sensorisch erzeugten Signalen für Fahrbahnbedingungen, wie zB Gefälle oder Steigung.

In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn sich der Elektromotor 5 auch auf Generatorbetrieb bzw. der Generator 8 auch auf Elektromotorbetrieb umsteuern lassen.

Soweit bei der oben beschriebenen Ermittlung von Drehzahlen geprüft wird, ob auf unterschiedlichen Wegen ermittelte Drehzahlen hinreichend übereinstimmen, werden vorzugsweise Toleranzen vorgegeben, deren Maße mit zunehmen Drehzahlen anwachsen.

Die Erfindung ist nicht auf einen Hybridantrieb mit einem einzigen Elektromotor 5 beschränkt, der mit der Kardanwelle 4 zwangsgekoppelt ist. Statt dessen können auch mit den Antriebsrädern 2 zwangsgekoppelte bzw. an den Achswellen dieser Räder 2 angeordnete Elektromotoren vorgesehen sein. In diesem Fall dwird die Drehzahl nE ersetzt durch

nE = i (nEi + nE ₂ ) , wobei

i das Übersetzungsverhältnis des Differentials und nE _x sowie nE ₂ die drehzahlen der den Rädern 2 zugeordneten Elektromotoren bezeichnen. DaimlerChrysler AG

Bezugszeichenliste

1 Vorderräder

2 Hinterräder

3 Differential

4 Kardanwelle

5 Elektromotor

6 Planetengetriebe

7 Verbrennungsmotor

8 Generator

9 Planetenträger

10 Sonnenrad

11 Hohlrad

12 Batterie

13 Drehzahlgeber

14 Drehzahlgeber

15 Drehzahlgeber

16 Drehzahlgeber

17 Drehzahlgeber

18 Steuerung bzw. Regelung

nA verifizierte Drehzahl des Antriebstranges nE gemessene Drehzahl des Elektromotors (5) nG gemessene Drehzahl des Generators (8) nV gemessene Drehzahl des Verbrennungsmotors (7) nR gemessene Drehzahl der Hinterräder (2) nR ^* gemessene Drehzahl der Vorderräder nE _b aus nG und nV berechnete Drehzahl des Elektromotors (5) nA _b aus nR berechnete Drehzahl des Antriebstranges/ der Kardanwelle (4) nA ^* _b aus nR ^* berechnete Drehzahl des Antriebstranges/ der Kardanwelle (4)