Zur verbrauchsoptimalen Ansteuerung der Komponenten des Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs ist eine Betriebsstrategie erforderlich. Im Falle eines Parallelhybrids muss sie den Sollbetriebsmodus, die Sollmomente für Verbrennungsmotor und E-Maschine sowie einen Sollgang ermitteln. Die Betriebsstrategie wird hier als gegeben vorausgesetzt. Da sie die dynamischen Eigenschaften des Antriebs nicht berücksichtigt, ist zusätzlich eine Antriebsstrangsteuerung und -regelung für die Fahrzeugimplementierung notwendig, die Gegenstand dieser Arbeit ist. Ziel ist dabei, die Sollwertanforderungen der Betriebsstrategie einschließlich der Betriebsmoduswechsel schnell und komfortabel umzusetzen. Hierbei sollen Antriebsstrangschwingungen vermieden und aktiv gedämpft werden. Außerdem soll das träge Instationärverhalten des eingesetzten Turbomotors im Aufladebereich kompensiert werden. Die zur Lösung der Aufgaben entwickelte Methodik wird am Beispiel eines Erdgashybridfahrzeugs erläutert. Dieser parallele Full-Hybrid verfügt über einen kleinvolumigen, turboaufgeladenen Erdgasmotor, eine permanenterregte Synchronmaschine und ein automatisiertes Schaltgetriebe. Zunächst wird ein detailliertes, nichtlineares Simulationsmodell des Antriebsstrangs und der Fahrzeuglängsdynamik entwickelt. Anschließend werden relevante Parameter im Versuchsfahrzeug mit Hilfe der elektrischen Maschine identifiziert. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird das Simulationsmodell vereinfacht, so dass mehrere lineare Teilmodelle entstehen. Sie bilden die Grundlage für den Entwurf einer neu entwickelten modularen Antriebsstrangsteuerung und -regelung, die aus drei wesentlichen Teilen aufgebaut ist. Im ersten Teil, dem Vorfilter, werden die Sollmomente aus der Betriebsstrategie geglättet. Zusätzlich kann im kombinierten Betrieb die Antriebs- und Ladedynamik getrennt festgelegt werden. Der integrierte Regler für das Getriebeeingangsmoment kompensiert den langsamen Drehmomentaufbau des Erdgasmotors im Aufladebereich. Der nachfolgende zweite Teil, die Ablaufsteuerung, koordiniert die Betriebsmoduswechsel einschließlich des Starts und Stopps des Verbrennungsmotors. Sie erzeugt alle Stellwerte für die Aktuatoren im Antriebsstrang. Diese werden an die Steuergeräte gesendet, mit Ausnahme des Sollmoments der E-Maschine, das der Differenzdrehzahlregelung übergeben wird. Sie stellt den dritten Teil dar, dämpft Antriebsstrangschwingungen und passt die Drehzahlen von E-Maschine und Getriebeeingang bei Schaltvorgängen an. Zusätzlich fungiert sie als Leerlauf- und Anfahrdrehzahlregler im kombinierten Betrieb. Abschließend werden die Algorithmen im Versuchsträger umgesetzt und deren Wirksamkeit im Fahrversuch nachgewiesen.

    The consumption optimal control of a hybrid electric vehicle requires an operational strategy. In case of a parallel hybrid it must provide the reference values for the operational mode, the torques of the combustion engine and the electric drive, as well as, the gear. Since it does not take the dynamics of the power train into account, an additional power train control is needed for vehicle implementation which is the core of this thesis. The operational strategy is not part of this work. Main task of the power train control is to generate the reference values for the vehicle out of the reference values from the operational strategy. The avoidance and the active damping of power train oscillations should be considered and the slow transient behavior of the turbocharged engine should be compensated. The developed methodology will be shown at the example of a natural gas hybrid electric vehicle. This full hybrid contains a small displacement turbocharged natural gas combustion engine, a permanent magnet synchronous machine and an automated manual transmission. The analysis starts with the development, of a detailed non-linear simulation model of the power train and the lateral dynamics. Then relevant parameters are identified using the electric drive of the vehicle. Based on this knowledge the model is simplified to several linear submodels. This is the basis for the design of a new modular power train control which consists of three main parts. In the first part, the reference values from the operational strategy are filtered. In the combined mode, propulsion and charge dynamics can be chosen separately. The integrated feedback controller compensates the slow transient behavior of the engine. The following sequence control is the second part and it coordinates the change of the operational mode including start/stop operation of the combustion engine. It provides all reference values for the electronic control units in the power train. The requested torque of the electric drive is not passed directly to the vehicle but to a differential speed controller. This controller is the third part and it damps torsional oscillations and levels the speeds of the electric drive and the input shaft of the gearbox during shifting. Furthermore it is used as an idle speed and driveaway controller in combined mode. Finally the algorithms are implemented in the vehicle and verified successfully during test drives.


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    Vorausschauende Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs

    FESEFELDT THOMAS / FÜRSICH ALEXANDER / KUHN KLAUS-PETER et al. | European Patent Office | 2015

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    Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs

    DICK VITALI / WEISS NORBERT / THIAMTONG VASOONTARA | European Patent Office | 2018

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    VERFAHREN ZUR STEUERUNG UND/ODER REGELUNG EINES ANTRIEBSSTRANGS EINES KRAFTFAHRZEUGS

    DICK VITALI / WEISS NORBERT / THIAMTONG VASOONTARA | European Patent Office | 2018

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