DE102006042922B4 - Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung in Kraftfahrzeugen, mit einer Brennkraftmaschine (12), die über eine Trennkupplung (22) auf ein stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (24) wirkt, und mit einer direkt abtreibenden elektrischen Antriebsmaschine (14), die im Antriebsbetrieb und im Rekuperationsbetrieb betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges bei über die Trennkupplung (22) abgekoppelter Brennkraftmaschine (12) im stufenlosen Wechselgetriebe (24) eine durch die Fahrzeugbewegung vorhandene kinetische Energie in einem Schwungmassenspeicher gespeichert und bei Bedarf der Antriebsvorrichtung wieder zugeführt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Eine derartige Vorrichtung beschreibt beispielsweise die
JP H04-297330 A - Aus der
DE 100 36 504 A1 ist eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der die Elektromaschine unmittelbar im Antriebsstrang zwischen der Brennkraftmaschine und dem Getriebe zwischengeschaltet ist. Das Getriebe treibt dabei direkt auf Hinterräder ab. Aus derDE 100 12 221 A1 ist eine Antriebsvorrichtung bekannt, bei der eine Elektromaschine direkt auf vordere Antriebsräder abtreibt, während eine Brennkraftmaschine über ein Getriebe und über ein Differenzial mit hinteren Antriebsrädern verbunden ist. Aus derDE 10 2005 015 804 A1 ist ein stufenloses Verbund-Differenzialgetriebe bekannt, das im Rekuperationsbetrieb kinetische Energie speichert. - Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, das im Rekuperationsbetrieb eine weitergehende Energiespeicherung ermöglicht.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
- Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass im Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges bei über die Trennkupplung abgekoppelter Brennkraftmaschine über das stufenlose Wechselgetriebe kinetische Energie gespeichert und bei Bedarf der Antriebsvorrichtung wieder zugeführt wird.
- In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann bei Verwendung eines Umschlingungsgetriebes mit einem antreibenden Primärscheibensatz, einem abtreibenden Sekundärscheibensatz und einem Umschlingungsmittel (Kette) der Primärscheibensatz und mit diesem trieblich verbundene Getriebeelemente im Rahmen der zulässigen Höchstdrehzahl durch entsprechende Übersetzungsänderungssteuerung beschleunigt und zur Energierückführung wieder verlangsamt werden. Das heißt, dass bei Abkopplung der Brennkraftmaschine durch entsprechenden Eingriff in die Getriebesteuerung das momentane Übersetzungsverhältnis stufenlos so verändert wird, dass der Primärscheibensatz des Umschlingungsgetriebes und alle mit diesem trieblich verbundenen Getriebeelemente als eine Schwungmasse beschleunigt werden, wobei sie zunächst kinetische Energie aufnehmen und speichern. Die gespeicherte kinetische Energie kann dann bei Bedarf wieder zurückgeführt werden und unterstützt somit nahezu ohne zusätzlichem Bauaufwand den Wirkungsgrad der Hybridantriebsvorrichtung.
- Die gespeicherte kinetische Energie kann vorteilhaft bei einer Wiederbeschleunigung des Kraftfahrzeuges über die elektrische Antriebsmaschine durch umgekehrte Übersetzungsänderungssteuerung (längere Übersetzung) zurückgeführt werden.
- Alternativ kann die gespeicherte kinetische Energie zum zumindest anteiligen Wiederstart der Brennkraftmaschine durch schlupfgesteuertes Schließen der Trennkupplung genutzt werden.
- Der Primärscheibensatz des Umschlingungsgetriebes, die Trennkupplung und/oder andere mit dem Primärscheibensatz trieblich verbundene Getriebeelemente können in vorteilhafter Weiterbildung des Verfahrens als Schwungmassenspeicher erhöhter kinetischer Energie ausgeführt werden, wobei sich insbesondere der Primärscheibensataz des Wechselgetriebes dazu anbietet.
- Ferner wird vorgeschlagen, dass in baulich günstiger Weise von der Brennkraftmaschine über die Trennkupplung, das Wechselgetriebe und ein Differenzial die eine Achse des Kraftfahrzeuges und von der elektrischen Antriebsmaschine über ein weiteres Differenzial die andere Achse des Kraftfahrzeuges angetrieben wird.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.
- Die anliegende Zeichnung zeigt als Blockschaltbild eine Hybridantriebsvorrichtung mit einer eine vordere Achse des Kraftfahrzeuges antreibenden Brennkraftmaschine und einer eine hintere Achse antreibenden elektrischen Antriebsmaschine, sowie einem stufenlosen Geschwindigkeits-Wechselgetriebe zur zusätzlichen Energiespeicherung im Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges.
- Die in der Zeichnung dargestellte Hybridantriebsvorrichtung
10 für ein Kraftfahrzeug weist im Wesentlichen eine Brennkraftmaschine12 und eine elektrische Antriebsmaschine14 auf, die auf die vordere Achse des Kraftfahrzeuges mit den angetriebenen Rädern16 und auf die hintere Achse mit den angetriebenen Rädern18 abtreiben. - Die Brennkraftmaschine
12 wirkt dabei über eine Abtriebswelle bzw. Kurbelwelle20 , eine Trennkupplung22 (insbesondere eine hydraulisch gesteuerte Lamellenkupplung bekannter Bauart), ein stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe bzw. ein Umschlingungsgetriebe24 , eine Abtriebswelle26 , ein vorderes Differenzial28 und Gelenkwellen30 auf die Räder16 . Eine an der Brennkraftmaschine12 angeordnete, separate Starter-Generator-Vorrichtung32 dient zum Starten der Brennkraftmaschine12 unabhängig von der elektrischen Antriebsmaschine14 . - Die elektrische Antriebsmaschine
14 bekannter Bauart kann im Antriebsbetrieb ohne Brennkraftmaschine12 oder mit dieser und im Rekuperationsbetrieb zur Erzeugung elektrischer Energie insbesondere im Schubbetrieb des Kraftfahrzeuges betrieben werden und treibt über ein hinteres Differenzial34 und Gelenkwellen36 die hinteren Räder18 an. - Das Umschlingungsgetriebe
24 weist in bekannter Weise ein mit der Eingangswelle38 des Getriebes24 verbundenes Primärscheibenpaar40 , ein Sekundärscheibenpaar42 und ein diese trieblich verbindendes Umschlingungsmittel44 auf, insbesondere ein Schubgliederband oder eine Kette. Die Scheibenpaare40 ,42 können in bekannter und nicht dargestellter Weise zur stufenlosen Übersetzungsänderung verstellt werden, wobei die Umschlingungsradien des Umschlingungsmittels44 auf den Scheibenpaaren40 ,42 entsprechend zu- und abnehmen. - Das Sekundärscheibenpaar
42 ist mit der Abtriebswelle26 zum Differenzial28 direkt oder über einen allgemein mit46 bezeichneten Stirnzahnradsatz trieblich verbunden. - Das Kraftfahrzeug kann mittels der elektrischen Antriebsmaschine
14 von elektrischen Energiespeichern (Akkumulatoren, Supercaps) mit Strom versorgt angefahren und in einem unteren Geschwindigkeitsbereich betrieben werden. Die Steuerung kann über ein elektronisches Steuergerät48 nach Maßgabe bekannter Eingabeparameter erfolgen, wobei das Steuergerät48 u. a. auch mit der Trennkupplung22 und der Getriebe-Übersetzungsänderungssteuerung des Umschlingungsgetriebes24 (durch Pfeile angedeutet) logisch verknüpft ist. - Im Anfahrbereich und unteren Geschwindigkeitsbereich des Kraftfahrzeuges mit antreibender elektrischer Antriebsmaschine
14 ist die Trennkupplung22 geöffnet und somit die Brennkraftmaschine12 abgekoppelt, während das Umschlingungsgetriebe24 von dessen Abtriebsseite her angetrieben ist und lastlos dreht. Es ist sicherzustellen, dass in diesem Zustand die hydraulische Versorgung der Getriebesteuerung in Funktion ist, mittels der u. a. die Trennkupplung22 , die Getriebekühlung und -schmierung und die Übersetzungsänderungssteuerung bewirkt werden. - Das Umschlingungsgetriebe
24 wird nach dem Öffnen der Trennkupplung22 automatisch in die längste Übersetzungsstellung gesteuert, bei der der Primärscheibensatz40 auf den größten Umschlingungsradius und der Sekundärscheibensatz42 auf den kleinsten Umschlingungsradius gestellt ist. Die Eingangswelle38 dreht somit relativ gesehen wesentlich langsamer als die Abtriebswelle26 abhängig von den gegebenen Übersetzungsverhältnissen im Abtrieb). - Geht das Kraftfahrzeug durch Zurücknahme einer Lastanforderung (Gaspedalstellung auf Leerlauf, nicht dargestellt) nunmehr in Schubbetrieb über, so wird zunächst in bekannter Weise die elektrische Antriebsmaschine
14 in Rekuperationsbetrieb gesteuert, bzw. als Generator zur Stromerzeugung geschaltet. - Ist im Schubbetrieb überschüssiges Schubmoment vorhanden (erkennbar an Parametern wie Fahrbahngefälle, Fahrzeugverzögerung, etc.), so werden durch Übersetzungsänderungssteuerung des Umschlingungsgetriebes
24 der Primärscheibensatz40 , die Eingangswelle38 , das Abtriebselement der Trennkupplung22 und ggf. noch weitere, mit dem Primärscheibensatz40 trieblich verbundene Getriebeelemente bis zu einer zulässigen Höchstdrehzahl beschleunigt und speichern somit kinetische Energie, die wie folgt genutzt werden kann:
Wird das Kraftfahrzeug aus dem Schubbetrieb heraus wiederbeschleunigt, so wird durch umgekehrte Übersetzungsänderungssteuerung die gespeicherte kinetische Energie wieder für den Antrieb des Kraftfahrzeuges zurückgeführt. - Soll in dem besagten Schubbetrieb oder aus diesem Schubbetrieb heraus die Brennkraftmaschine
12 zugeschaltet werden, so kann die gespeicherte Energie durch schlupfgesteuertes Schießen der Trennkupplung22 zum zumindest unterstützenden Starten der Brennkraftmaschine12 genutzt werden. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine12 wird die Getriebeübersetzung auf die der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges und der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechende Übersetzung zum ruckfreien Beschleunigen des Kraftfahrzeuges zurückgefahren. - Der Primärscheibensatz
40 und/oder weitere, mit dem Primärscheibensatz40 trieblich verbundene Getriebeelemente können durch entsprechende Ausgestaltung als Schwungmassenspeicher zur Erhöhung der speicherbaren kinetischen Energie ausgeführt werden. Ferner könnte die elektrische Antriebsmaschine14 abweichend von dem dargestellten Ausführungsbeispiel an dem Gehäuse des Umschlingungsgetriebes24 angeordnet werden und direkt auf die Abtriebswelle26 oder auf das Sekundärscheibenpaar42 abtreiben. Demzufolge wäre nur eine Achse des Kraftfahrzeuges mit den Rädern16 sowohl elektrisch als auch verbrennungsmotorisch angetrieben. Die Abtriebswelle26 könnte ggf. über ein Längsdifferenzial und eine Kardanwelle zusätzlich die zweite Achse mit einem Differenzial34 und angetriebenen Rädern18a antreiben.
Claims (6)
- Verfahren zum Betreiben einer Hybridantriebsvorrichtung in Kraftfahrzeugen, mit einer Brennkraftmaschine (
12 ), die über eine Trennkupplung (22 ) auf ein stufenloses Geschwindigkeits-Wechselgetriebe (24 ) wirkt, und mit einer direkt abtreibenden elektrischen Antriebsmaschine (14 ), die im Antriebsbetrieb und im Rekuperationsbetrieb betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeuges bei über die Trennkupplung (22 ) abgekoppelter Brennkraftmaschine (12 ) im stufenlosen Wechselgetriebe (24 ) eine durch die Fahrzeugbewegung vorhandene kinetische Energie in einem Schwungmassenspeicher gespeichert und bei Bedarf der Antriebsvorrichtung wieder zugeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Umschlingungsgetriebes (
24 ) mit einem antreibenden Primärscheibensatz (40 ) und einem abtreibenden Sekundärscheibensatz (42 ) und einem Umschlingungsmittel (44 ) der Primärscheibensatz (40 ) und mit diesem trieblich verbundene Getriebelelemente im Rahmen der zulässigen Höchstdrehzahl durch Übersetzungsänderungssteuerung beschleunigt und zur Energierückführung wieder verlangsamt werden. - Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte kinetische Energie bei Wiederbeschleunigung des Kraftfahrzeuges über die elektrische Antriebsmaschine (
14 ) durch umgekehrte Übersetzungsänderungssteuerung zurückgeführt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherte kinetische Energie zum zumindest anteiligen Wiederstart der Brennkraftmaschine (
12 ) durch schlupfgesteuertes Schließen der Trennkupplung (22 ) eingespeist wird. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärscheibensatz (
40 ) des Umschlingungsgetriebes (24 ), die Trennkupplung (22 ) und/oder andere mit dem Primärscheibensatz (40 ) trieblich verbundene Getriebeelemente als Schwungmassenspeicher ausgeführt werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Brennkraftmaschine (
12 ) über die Trennkupplung (22 ), das Wechselgetriebe (24 ) und ein Differenzial (28 ) die eine Achse (16 ) des Kraftfahrzeuges und von der elektrischen Antriebsmaschine (14 ) über ein weiteres Differenzial (34 ) die andere Achse (18 ) des Kraftfahrzeuges angetrieben wird.
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2006
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