DE102010047980A1

DE102010047980A1 - Anzeigevorrichtung für Hypridfahrzeuge

Info

Publication number: DE102010047980A1
Application number: DE102010047980A
Authority: DE
Inventors: Alexander Ann Arbor Dolpp
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-10-08
Publication date: 2011-06-09
Also published as: DE102010047980A8; WO2012000628A3; WO2012000628A2

Abstract

Der Zustand von Antriebskomponenten in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektromotor bzw. einem rein elektrischen Fahrmodus soll für den Fahrer besser dargestellt werden. Dazu wird eine Anzeigevorrichtung bereitgestellt, mit dem ein aktueller Betriebszustand des mindestens einen Elektromotors anzeigbar ist, wobei dieser aktuelle Betriebszustand eine Information über den Energieumsatz oder die Energienutzung des mindestens einen Elektromotors umfasst. Damit kann der Fahrer beispielsweise leichter erkennen, wann der Bedarf entsteht, den mindestens einen Verbrennungsmotor zuzuschalten oder wann vom System regenerative Energie erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektromotor bzw. einem rein elektrischen Fahrmodus, wobei mit der Anzeigevorrichtung ein aktueller Betriebszustand des Elektromotors anzeigbar ist.
Neuere, alternative Antriebsstränge bei so genannten Hybrid-Fahrzeugen bzw. Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen bieten mehr als eine Antriebsform. Diese Systeme nutzen mehrere Energiequellen, und bieten Antrieb in der Regel mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor. Ausgehend von der Drehmomentanforderung wird das Steuersystem des Antriebsstrangs automatisch die wirksamste Antriebsform nutzen. Dabei wird die Wahl einer geeigneten Antriebsquelle oder einer Mischung der Antriebsquellen getroffen.
Eigentümer von Fahrzeugen mit alternativen Antriebsstrangkonfigurationen genießen die Vorzüge elektrischer Antriebe, insbesondere wegen des hohen Drehmoments. Das elektrische Drehmoment wird jedoch für eine bestimmte Fahrzeugkonfiguration wegen der Ausgestaltung der Fahrzeugkomponenten und deren Größe auf einen Maximalwert beschränkt sein. Der Hauptbegrenzungsfaktor des Elektroantriebs ist das maximale Drehmoment des Elektromotors und/oder die Leistung, die die Batterie abgeben kann.
Aus der Druckschrift DE 10 2005 008 150 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für ein Hybrid-Elektrofahrzeug bekannt. Die Anzeigevorrichtung weist einen Drehzahlmesser zum Anzeigen der Motorumdrehungszahl auf. Ferner besitzt sie einen Nur-Elektro-Anzeiger zum Anzeigen, ob das Fahrzeug in einem Nur-Elektro-Modus betrieben wird. Dieser Nur-Elektro-Modus entspricht einem Zustand, in welchem der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs abgeschaltet ist, aber das Fahrzeug immer noch im Stande ist, von einem Elektro-Fahrmotor angetrieben zu werden. Der Nur-Elektro-Anzeiger ermöglicht es dem Fahrer zu wissen, dass der Elektromotor läuft und dass das Fahrzeug immer noch angetrieben werden kann, selbst wenn der Fahrer den Verbrennungsmotor oder den Elektromotor nicht hört.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, den Fahrer besser über die Antriebsform seines Fahrzeugs in Kenntnis zu setzen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Es wird demnach eine Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektromotor bzw. einem rein elektrischen Fahrmodus bereitgestellt, wobei mit der Anzeigevorrichtung ein aktueller Betriebszustand des Elektromotors anzeigbar ist. Speziell umfasst der aktuelle Betriebszustand eine Information über den Energieumsatz oder die Energienutzung des Elektromotors.
In vorteilhafter Weise erhält der Fahrer des Fahrzeugs durch die Anzeigevorrichtung Hinweise darüber, wie der Elektromotor seines Fahrzeugs momentan genutzt wird oder genutzt werden kann. Damit kann er die Leistungsfähigkeit seines Fahrzeugs besser einschätzen.
Speziell kann die Anzeigevorrichtung als Rundinstrument mit einem Zeiger ausgebildet sein. Dabei kann die Stellung des Zeigers angeben, welcher der beiden Motoren in Betrieb ist, oder ob beide in Betrieb sind. Bei einer weiteren Ausbildung ist mit der Anzeigevorrichtung ein Laden einer Batterie für den Elektromotor als die Information des Energieumsatzes anzeigbar. Des Weiteren kann mit der Anzeigevorrichtung auch ein momentan verfügbares Drehmoment des Elektromotors als die Information der Energienutzung anzeigbar sein. Insbesondere ist mit der Anzeigevorrichtung in einem reinem elektrischen Betrieb des Fahrzeugs anhand des Drehmoments anzeigbar, dass eine wesentliche Drehmomentsteigerung nur durch Zuschalten des Verbrennungsmotors möglich ist.
Ferner kann mit der Anzeigevorrichtung eine momentane Drehzahl des Elektromotors als die Information der Energienutzung anzeigbar sein.
Wie oben bereits angedeutet ist, lässt sich die beschriebene Anzeigevorrichtung in besonders vorteilhafter Weise in einem Fahrzeug mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor einsetzen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 ein Rundinstrument zur erfindungsgemäßen Wiedergabe eines aktuellen Betriebszustands eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektromotor bzw. einem rein elektrischen Fahrmodus;
2 ein schematisches Diagramm der Zustände des Verbrennungsmotors bei dem Fahrzeug von 1;
3 ein Rundinstrument zur Anzeige der Drehzahlen des Elektromotors und des Verbrennungsmotors; und
4 ein Rundinstrument wie in 3 mit zusätzlicher Anzeige eines Lademodus.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Der Fahrer eines Hybridfahrzeugs, d. h. eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektromotor bzw. einem rein elektrischen Fahrmodus, sollte eine visuelle Rückkopplung bekommen, damit er in seinem Fahrzeug erfährt, welches Drehmoment noch zur Verfügung steht, bevor er eine zweite Antriebsquelle (z. B. Verbrennungsmotor) aktiviert, bzw. bevor sie automatisch durch ein Steuersystem aktiviert wird. Die visuelle Rückkopplung kann mithilfe eines üblichen Rundinstruments mit schwenkbarer Nadel auf der Instrumententafel erfolgen. Damit ist es für den Fahrer während der Fahrt leicht einsehbar.
Gemäß einer ersten Ausführungsform besitzt das Anzeigeinstrument (hier ein Rundinstrument) einen Bereich, der mit seiner Kennzeichnung auf Elektroantrieb hinweist (z. B. „E-drive”). Wenn sich die Nadel am äußersten linken Punkt 1 dieses Bereichs befindet, bedeutet dies, dass ein maximales elektrisches Antriebsmoment zur Verfügung steht. Die Nadel wird auf diesem Punkt stehen, wenn sich das Fahrzeug im Stillstand befindet und der Elektroantrieb nicht anderweitig verhindert ist (z. B. entladene Batterie). Wenn sich die Nadel an dem äußersten rechten Punkt 2 dieses Bereichs befindet, bedeutet dies, dass kein zusätzliches elektrisches Drehmoment zur Verfügung steht, und eine zusätzliche Drehmomentanforderung (z. B. durch stärkeres Betätigen des Gaspedals) die zweite Antriebsquelle (z. B. Verbrennungsmotor) aktivieren wird.
Der Bereich 3 zwischen den Außenpunkten 1 und 2 kann so kalibriert sein, dass er entweder die Leistungsfähigkeit des Elektroantriebs linear darstellt, oder er kann aber auch so kalibriert sein, dass ein gewisser Teil des Bereichs bevorzugt bzw. hervorgehoben wird. Sobald der Fahrer innerhalb der Drehmomentgrenzen des Elektroantriebs zu beschleunigen beginnt, wird sich die Nadel in diesem Elektroantriebsbereich drehend bewegen.
Wenn der Fahrer die zweite Antriebsquelle aktiviert (z. B. durch Anfordern eines Drehmoments, das höher als das maximale Drehmoment des Elektroantriebs ist) wird die Nadel über den „0”-Punkt 2 in den angrenzenden Bereich 4 wandern. Dieser Bereich 4 grenzt rechts an den Elektroantriebsbereich 3. In diesem Bereich 4 stellt der „0”-Punkt einen Betriebspunkt dar, in dem entweder die zweite Quelle allein oder beide Leistungsquellen gemeinsam laufen, aber von beiden praktisch kein Drehmoment erzeugt wird. Der äußerste rechte Punkt 5 des Bereichs 4 stellt den Maximalpunkt (maximale Leistung; 100%) der zweiten Quelle allein oder des Gesamtsystems dar. Wenn elektrischer Antrieb nicht möglich ist, (z. B. wegen entladender Hochvoltbatterie), das Fahrzeug sich nicht bewegt und die zweite Leistungsquelle stillsteht oder sich im Leerlauf befindet, zeigt die Nadel auf den „0”-Punkt 2 zwischen den beiden Bereichen 3 und 4. Sobald der Fahrer nun das Fahrzeug beschleunigt, bewegt sich die Nadel nach rechts in den Bereich 4. Um den „0”-Punkt ist gemäß 2 eine kleine Hysterese 8 implementiert, um einen praktikablen Übergang zwischen dem reinen Elektroantrieb und der Aktivierung/Deaktivierung der zweiten Quelle zu schaffen.
Falls das Fahrzeug über ein regeneratives Bremssystem zur Rekuperation verfügt und der Fahrer dieses aktiviert, wird die Nadel mit einer Geschwindigkeit, die je nach Fahrzustand (z. B. Verzögerungsrate, angefordertes Bremsmoment usw.) kalibrierbar ist, von der momentanen Stellung (irgendein Punkt in einem der oben beschriebenen Bereiche je nach Leistungs- bzw. Drehmomentanforderung) zu dem Bereich 6 wandern, der darstellt, dass elektrische Energie im System wiedergewonnen wird. In dem Beispiel von 1 schließt sich dieser Bereich 6 links an den Bereich 3 an. Je mehr Energie wiedergewonnen wird, desto weiter dreht sich die Nadel gegen den Uhrzeigersinn beginnend von dem Punkt 1, der die Grenze zum Elektrobetrieb darstellt. Die Anzeige der Regeneration bzw. Rekuperation im Bereich 6 ist unabhängig von dem Zustand der Leistungsquellen. Sie dient zum Anzeigen der Tatsache, dass generell eine gewisse Menge an Energie im System erzeugt wird.
In 2 ist die Anzeige des Rundinstruments von 1 in einer einfachen linearen Grafik dargestellt. Dabei ist in der Abzisse der Energieumsatz bzw. die Energienutzung dargestellt und in der Ordinate der Zustand des Verbrennungsmotors (zweite Leistungsquelle). Entweder ist der Verbrennungsmotor eingeschaltet („VM ein”) oder der Verbrennungsmotor ist ausgeschaltet („VM aus”). Im Bereich 6, also dem Regenerationsbereich kann der Verbrennungsmotor ein- oder ausgeschaltet sein. Die Regenerationsleistung sinkt in diesem Bereich von links nach rechts.
Rechts schließt sich, wie erwähnt, an diesen Bereich 6 der Bereich 3 des Elektroantriebs an. Am Punkt 1 steht das volle elektrische Antriebsmoment (100%) zur Verfügung. Bis zum Punkt 2 sinkt das elektrische Antriebsmoment vollständig ab (0%). An diesem Punkt kann das System gemäß der Hysterese 8 automatisch den Verbrennungsmotor einschalten. Es schließt sich dann rechts der Bereich 4 an, in dem die Leistung bzw. das Drehmoment des Verbrennungsmotors von 0 auf ein Maximum (100%) steigt.
Um zu verhindern, dass sich die Nadel sehr stark bewegt, wenn der Fahrer häufig abwechselnd Bremspedal und Gaspedal betätigt, kann vorgesehen werden, dass ein Übergang der Nadel in den regenerativen Bereich 6 nur dann erfolgt, wenn die regenerative Energie einen gewissen Wert überschreitet und der Fahrer ein Bremsen wahrnimmt (z. B. beim Bremsen mit dem Bremspedal).
Das Verhalten der Anzeige kann wie folgt zusammengefasst werden:

1) Wenn die zweite Quelle, d. h. der Verbrennungsmotor, aktiv ist und der Fahrer durch Betätigung des Bremspedals eine Bremsung verursacht (die Bremsbeschleunigung liegt in einem vorgegebenen Bereich): die Nadel wandert von 4 über 3 zu 6
2) Wenn der Elektroantrieb aktiv ist und der Fahrer durch Betätigung des Bremspedals eine Bremsung verursacht (die Bremsbeschleunigung liegt in einem vorgegebenen Bereich): die Nadel wandert von 3 zu 6
3) Wenn die zweite Quelle, d. h. der Verbrennungsmotor, und der Elektroantrieb aktiv sind, der Fahrer das Gaspedal loslässt und das Fahrzeug gebremst durch den Luftwiderstand weiterfährt (die Bremsbeschleunigung erreicht ein Mindestmaß): die Nadel wandert von 4 nach 2. Genauer gesagt hält sich die Nadel in dem Bereich 4 auf, wenn das Fahrzeug mit dem Elektroantrieb und der zweiten Quelle fährt. Wenn nun zum Beispiel durch den Luftwiderstand in Leerlauffahrt ein geringer Bremswert vorliegt, geht die Nadel von dem Bereich 4 zu 2, d. h. dem linken Rand des Bereichs 4 und geht, wenn stärker verzögert wird, in den Bereich 6,
4) Wenn die zweite Quelle aktiv ist, der Fahrer das Gaspedal loslässt und das Fahrzeug gebremst durch den Luftwiderstand weiterfährt (die Bremsbeschleunigung übersteigt ein Mindestmaß): die Nadel wandert von 3 nach 1. Genauer gesagt hält sich die Nadel in dem Bereich 3 auf, wenn das Fahrzeug nur mit dem Elektroantrieb fährt. Wenn nun zum Beispiel durch den Luftwiderstand in Leerlauffahrt ein geringer Bremswert vorliegt, geht die Nadel von dem Bereich 3 zu 1, d. h. dem linken Rand des Bereichs 3, und geht dann, wenn stärker verzögert wird, in den Bereich 6.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Gestalt der Anzeige gemäß den 3 und 4 variiert werden. In diesem Fall wird die momentane Umdrehungszahl der jeweiligen Maschine anstelle der Einzelleistung oder der kombinierten Leistung wie in 1 dargestellt. Es kann jedoch das gleiche Steuerkonzept wie in dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel angewandt werden, bei dem die Nadel bzw. der Zeiger von dem Umdrehungswert der zweiten Quelle (Verbrennungsmotor) im Bereich 7 in den „E-drive”-Bereich 3, d. h. den Bereich, in dem das verbleibende elektrische Antriebsmoment des Elektroantriebs angezeigt wird, wandert, wenn die zweite Quelle nicht benötigt wird. Ebenso wandert die Nadel von dem momentan dargestellten verbleibenden elektrischen Antriebsmoment des Elektroantriebs zu der Umdrehungszahl des Verbrennungsmotors, wenn die zweite Quelle eingeschaltet wird. Alternativ kann in diesem Fall in dem Bereich 3 anstatt des verbleibenden elektrischen Antriebsmoments des Elektroantriebs eine momentane Umdrehungszahl des Elektroantriebs abgezeigt werden.
Für den Fall, dass die Anzeige auch gemäß 4 den Ladebereich 6 aufweist, kann ein Übergang der Nadel in diesen Bereich 6, wie indem vorhergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben, implementiert werden. Andernfalls, wenn der Ladebereich gemäß 3 nicht vorhanden ist, würde die Nadel entweder in dem Umdrehungszahlbereich 7 bleiben, wenn regeneratives Bremsen durchgeführt wird und der Verbrennungsmotor läuft, oder sie würde in dem „E-drive”-Bereich 3 bleiben, wenn regeneratives Bremsen erfolgt und die zweite Quelle nicht aktiv ist.
Das Rundinstrument dient also erfindungsgemäß dazu, neben der Anzeige des rein elektrischen Betriebs ebenso die derzeitige Energienutzung (charge, E-drive, economy, boost) anzuzeigen. Die Stellung der Nadel bzw. des Zeigers des Rundinstruments in einem Bereich für einen rein elektrischen Antrieb (E-drive) gibt Aufschluss darüber, welches elektrische Antriebsmoment derzeit verfügbar ist, und wann es gegebenenfalls erforderlich wird, einen Verbrennungsmotor zuzuschalten bzw. das Fahrzeug lediglich mit dem Verbrennungsmotor zu betreiben. Die Stellung des Zeigers des Rundinstruments wird in Abhängigkeit mehrer Größen (Bremsen, Beschleunigen, etc.) geändert, die sich auf den Fahrzustand des Fahrzeugs und damit einhergehend auf die Art des verwendeten Antriebs beziehen.
Bezugszeichenliste

1: Äußerster linker Punkt des Bereichs 3
2: Äußerster rechter Punkt des Bereichs 3
3, 4, 6, 7: Bereich
5: äußerster rechter Punkt des Bereichs 4
8: Hysterese

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005008150 A1 [0004]

Claims

Anzeigevorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektromotor, – mit der ein aktueller Betriebszustand des mindestens einen Elektromotors anzeigbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der aktuelle Betriebszustand (3, 4, 6) eine Information über den Energieumsatz oder die Energienutzung des Elektromotors umfasst.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Rundinstrument mit einem Zeiger ausgebildet ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Zeigers angibt, welcher der beiden Motoren in Betrieb ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr ein Laden (6) einer Batterie für den Elektromotor als die Information des Energieumsatzes anzeigbar ist.
Anzeigevorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr ein momentan vefügbares Drehmoment des Elektromotors als die Information der Energienutzung anzeigbar ist.
Anzeigevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr in einem rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs anhand des Drehmoments anzeigbar ist, dass eine wesentliche Drehmomentsteigerung nur durch Zuschalten des Verbrennungsmotors möglich ist.
Anzeigevorrichtung nach einem Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mit ihr eine momentane Drehzahl des Elektromotors als die Information der Energienutzung anzeigbar ist.