-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, der einen verbrennungsmotorischen Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einen Hydraulikantrieb umfasst, der einen über ein Planetengetriebe mit dem Verbrennungsmotor koppelbaren Primärhydrostaten und einen Sekundärhydrostaten aufweist, der hydraulisch aus einem Hochdruckspeicher angetrieben werden kann.
-
Stand der Technik
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2011 002 967 A1 ist ein Hybridantrieb für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem ein hydraulisch betriebener Energiewandler und ein mit brennbarem Gas betriebener Energiewandler zusammenwirken.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Aufgabe der Erfindung ist es, den Komfort und/oder die Performance beim Betreiben eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, der einen verbrennungsmotorischen Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einen Hydraulikantrieb umfasst, der einen über ein Planetengetriebe mit dem Verbrennungsmotor koppelbaren Primärhydrostaten und einen Sekundärhydrostaten aufweist, der hydraulisch aus einem Hochdruckspeicher angetrieben werden kann, zu verbessern.
-
Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines Hydraulikhybridantriebsstrangs, der einen verbrennungsmotorischen Antrieb mit einem Verbrennungsmotor und einen Hydraulikantrieb umfasst, der einen über ein Planetengetriebe mit dem Verbrennungsmotor koppelbaren Primärhydrostaten und einen Sekundärhydrostaten aufweist, der hydraulisch aus einem Hochdruckspeicher angetrieben werden kann, dadurch gelöst, dass in einem Segelbetrieb ein Ventil zwischen dem Primärhydrostaten und dem Hochdruckspeicher geschlossen wird. Dadurch können unerwünschte Leckageverluste im Segelbetrieb gering gehalten werden. Im Segelbetrieb rollt ein mit dem erfindungsgemäßen Hydraulikhybridantriebsstrang ausgestattetes Kraftfahrzeug antriebslos. Das heißt, das rollende Kraftfahrzeug mit dem Hydraulikhybridantriebsstrang wird nicht angetrieben. Im Segelbetrieb übertragen weder der Verbrennungsmotor noch die Hydrostaten ein Drehmoment auf Antriebsräder des rollenden Kraftfahrzeugs. Daher wird der Segelbetrieb auch als Rollbetrieb bezeichnet. Das Planetengetriebe umfasst zum Beispiel ein Hohlrad, ein Sonnenrad und Planetenräder, die auch als Umlaufräder bezeichnet werden. Die Planetenräder oder Umlaufräder sind zum Beispiel an einem Planetenträger drehbar gelagert. Der Planetenträger ist, zum Beispiel unter Zwischenschaltung einer Zahnradstufe, antriebsmäßig mit einer ersten Welle verbunden, die, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer weiteren Zahnradstufe und/oder einem Differenzial, antriebsmäßig mit mindestens einem angetriebenen Rad verbunden ist. Das Planetengetriebe ist vorzugsweise über eine zweite Welle antriebsmäßig mit dem Verbrennungsmotor verbindbar, wobei das Planetengetriebe über eine dritte Welle mit dem Hydraulikantrieb verbindbar ist. Der zweiten Welle kann optional eine Kupplungs-Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung zugeordnet sein. Bei dem Hydraulikhybridantriebsstrang handelt es sich vorzugsweise um einen leistungsverzweigten Hydraulikhybridantriebsstrang. In einem leistungsverzweigten Hydraulikhybridantriebsstrang kann die Antriebsleistung des verbrennungsmotorischen Antriebs und des Hydraulikantriebs aufgeteilt werden. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Hydraulikhybridantriebsstrangs kann die Betriebsstrategie vorteilhaft zusätzlich zu antreibenden und verzögernden Betriebsarten um die Betriebsart Segelbetrieb ergänzt werden. Im Segelbetrieb kann die kinetische Energie des rollenden Kraftfahrzeugs in eine möglichst lange Ausrollzeit oder ein weites Ausrollen des Kraftfahrzeugs mit geringen Schleppverlusten umgewandelt werden. Dieser Zustand wird auch als Segeln bezeichnet. Das Ventil ist zum Beispiel als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der Öffnungsstellung des Ventils kann der Hydraulikhybridantriebsstrang normal betrieben werden. In der Schließstellung des Ventils kann die Leckage im Segelbetrieb vorteilhaft minimiert werden.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Segelbetrieb ein dem Hochdruckspeicher vorgeschaltetes Speicherladeventil geschlossen wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Speicherladeventil zusätzlich verwendet, um die Leckage im Segelbetrieb zu minimieren.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass im Segelbetrieb ein dem Primärhydrostaten nachgeschaltetes Sperrventil geschlossen wird. Das Sperrventil ist vorzugsweise als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der Schließstellung des Sperrventils ist der Ausgang des Primärhydrostaten verschlossen.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor zum Stehen gebracht wird, wenn aus einer ersten mechanischen Betriebsart, in welcher ein Planetensatz des Planetengetriebes geblockt ist und sich sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Primärhydrostat drehen, in den Segelbetrieb gewechselt wird, so dass sich im Segelbetrieb nur noch der Primärhydrostat dreht. Der Begriff Drehen bezieht sich im Hinblick auf den Verbrennungsmotor auf eine Drehbewegung einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Im Hinblick auf den Hydrostaten bezieht sich der Begriff Drehen auf eine Verdrängerbewegung des Primärhydrostaten. Die Verdrängerbewegung oder das Drehen des Primärhydrostaten in einem Betriebspunkt mit niedrigen Verlusten wird im Folgenden auch als Freewheeling bezeichnet.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor zum Stehen gebracht wird, wenn aus einer zweiten mechanischen Betriebsart, in welcher sich der Verbrennungsmotor dreht und der Primärhydrostat steht, in den Segelbetrieb gewechselt wird, so dass sich im Segelbetrieb statt dem Verbrennungsmotor der Primärhydrostat dreht. Das ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil der Primärhydrostat ein geringeres Schleppmoment als der Verbrennungsmotor aufweist.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sekundärhydrostat im Segelbetrieb abgeschaltet und ausgekuppelt wird. Eine hydraulische Fahrbetriebsart wird auch als reiner Hydraulikbetrieb des Hydraulikhybridantriebsstrangs bezeichnet. Das Abschalten und Auskuppeln des Sekundärhydrostaten liefert den Vorteil, dass der Sekundärhydrostat im Segelbetrieb kein Schleppmoment erzeugt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schleppmoment des Primärhydrostaten zusätzlich dadurch reduziert wird, dass ein beziehungsweise das Speicherladeventil des Hochdruckspeichers geschlossen wird. Dadurch wird der Primärhydrostat im Segelbetrieb hydraulisch von dem Hochdruckspeicher abgekoppelt.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen einem Differenzial und dem Planetensatz des Planetengetriebes oder eine zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Planetengetriebe angeordnete Kupplung geöffnet wird, um im Segelbetrieb einen verlustfreien Zustand darzustellen, in welchem auch der Primärhydrostat zum Stehen kommt. Dadurch kann das Schleppmoment im Segelbetrieb weiter reduziert werden.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird. Bei dem Computer handelt es sich zum Beispiel um ein Steuergerät, das in ein Kraftfahrzeug integriert ist. Das Steuergerät wird auch als elektrische Kontrolleinheit beziehungsweise elektronische Kontrolleinheit bezeichnet.
-
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Steuergerät mit einem derartigen Computerprogrammprodukt. Das Steuergerät ist vorzugsweise in ein Kraftfahrzeug eingebaut. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hydraulikhybridfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Hydraulikhybridantrieb.
-
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Hydraulikhybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor als primären Antrieb und mindestens zwei Hydrostaten als sekundären Antrieb, und mit einem vorab beschriebenen Steuergerät.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
In der einzigen beiliegenden Figur ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vereinfacht dargestellt.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In der beiliegenden Figur ist ein Hydraulikhybridantriebsstrang 1 eines Kraftfahrzeugs mit einem angetriebenen Rad 2 vereinfacht dargestellt. Das angetriebene Rad 2 ist zum Beispiel über ein Differenzial 3 antriebsmäßig an den Hydraulikhybridantriebsstrang 1 angebunden. Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst einen primären Antrieb 4, der zum Beispiel eine Brennkraftmaschine 6 umfasst, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Daher wird der primäre Antrieb 4 auch als verbrennungsmotorischer Antrieb 4 bezeichnet. Das Rad 2 kann alleine durch den primären Antrieb 4 angetrieben werden.
-
Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 umfasst des Weiteren einen sekundären Antrieb 10. Der sekundäre Antrieb 10 umfasst eine erste Hydraulikmaschine 11 und eine zweite Hydraulikmaschine 12. Die beiden Hydraulikmaschinen 11 und 12 sind eingangsseitig hydraulisch mit einer Niederdruckseite 13 verbunden. Die Niederdruckseite 13 umfasst einen Niederdruckspeicher 14 mit Hydraulikmedium, das mit Niederdruck beaufschlagt ist.
-
Ausgangsseitig sind die Hydraulikmaschinen 11 und 12 hydraulisch mit einer Hochdruckseite 16 verbunden. Die Hochdruckseite 16 umfasst einen Hochdruckspeicher 17 mit Hydraulikmedium, das mit Hochdruck beaufschlagt ist. Der sekundäre Antrieb 10 wird auch als Hydraulikantrieb 10 bezeichnet. Die erste Hydraulikmaschine 11 wird auch als Primärhydrostat 11 bezeichnet. Die zweite Hydraulikmaschine 12 wird auch als Sekundärhydrostat 12 bezeichnet. Durch insgesamt sechs Rechtecke 18 sind Ventileinrichtungen bezeichnet, die den Betrieb des sekundären Antriebs 10 mit den beiden Hydraulikmaschinen 11 und 12 ermöglichen.
-
Ein Getriebe 20 ist zwischen den primären Antrieb 4 und den sekundären Antrieb 10 geschaltet. Das Getriebe 20 ist als Planetengetriebe mit einem Hohlrad 30, einem Sonnenrad 32 und Planetenrädern 34 ausgeführt. Die Planetenräder 34 sind an einem Planetenträger 35 drehbar angebracht.
-
Eine erste Welle 21 ist über eine Zahnradstufe drehfest mit dem Planetenträger 35 verbunden. Die erste Welle 21 ist an ihrem in der Figur rechten Ende über eine weitere Zahnradstufe drehfest mit dem Differenzial 3 verbunden. Eine optionale Kupplungs-, Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung 24 ist zwischen das Differenzial 3 und den Planetenträger 35 geschaltet.
-
Eine zweite Welle 22 ist drehfest mit dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 20 verbunden. Die zweite Welle 22 ist über eine optionale Kupplungs-, Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung 25 antriebsmäßig mit dem primären Antrieb 4 verbindbar.
-
Durch die optionale Kupplungs-, Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung 25 kann eine antriebsmäßige Verbindung zwischen dem primären Antrieb 4 und dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 20 dargestellt werden. Der primäre Antrieb 4 kann aber mit Hilfe der optionalen Kupplungs-, Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung 25 auch von dem Hohlrad 30 des Planetengetriebes 20 angetrieben werden. Darüber hinaus kann die zweite Welle 22 durch die optionale Kupplungs-, Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung 25 bei Bedarf festgehalten oder gebremst werden.
-
Eine dritte Welle 23 ist drehfest mit dem Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 20 verbunden. Der dritten Welle 23 ist eine erste Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 26 zugeordnet. Über die erste Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 26 kann bedarfsabhängig eine drehfeste Verbindung, im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Zahnradstufe, zwischen dem Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 20 und der ersten Hydraulikmaschine 11 des sekundären Antriebs 10 dargestellt werden. Die der dritten Welle 23 zugeordnete erste Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 26 ist also antriebsmäßig zwischen das Sonnenrad 32 des Planetengetriebes 20 und die erste Hydraulikmaschine 11 des sekundären Antriebs 10 geschaltet.
-
Eine zweite Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 27 ist antriebsmäßig zwischen die zweite Hydraulikmaschine 12 des sekundären Antriebsstrangs 10 und das Differenzial 3 mit dem angetriebenen Rad 2 geschaltet. Dabei können zur Darstellung von Zusatzfunktionen, wie zum Beispiel einem Rückwärtsgang, weitere Getriebestufen zwischen die zweite Kupplungs- und/oder Synchronisiereinrichtung 27 und das Differenzial 3 geschaltet sein.
-
Durch den erfindungsgemäßen Hydraulikhybridantriebsstrang 1 werden unterschiedliche Vorteile erzielt. Zum einen kann ein mit dem Hydraulikhybridantriebsstrang 1 angetriebenes Kraftfahrzeug alleine durch die mit dem Planetengetriebe 20 verbundene erste Hydraulikmaschine 11 angetrieben werden, wenn die optionale Kupplungs-, Brems- und/oder Synchronisiereinrichtung 25 als Bremse für die zweite Welle 22 ausgeführt ist.
-
Dem Primärhydrostaten 11 ist ein Ventil 41 nachgeschaltet, das als Sperrventil ausgeführt ist. Das Sperrventil 41 ist zum Beispiel als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der Schließstellung des Sperrventils 41 wird der Primärhydrostat 11 von der Hochdruckseite 16 des Hydrauliksystems abgekoppelt.
-
Dem Hochdruckspeicher 17 ist ein Ventil 42 vorgeschaltet, das als Speicherladeventil bezeichnet wird. Das Speicherladeventil ist zum Beispiel als 2/2-Wegeventil mit einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung ausgeführt. In der Öffnungsstellung des Speicherladeventils 42 kann der Hochdruckspeicher 17 mit hydraulischer Energie aufgeladen werden. Darüber hinaus kann dem Hochdruckspeicher 17 bei geöffnetem Speicherladeventil 42 hydraulische Energie entnommen werden. In der Schließstellung des Speicherladeventils 42 ist der Hochdruckspeicher 17 von der Hochdruckseite 16 des Hydrauliksystems abgekoppelt.
-
Kern der vorliegenden Erfindung ist die Umsetzung eines erkannten Fahrerwunsches Segeln. Im Segelbetrieb werden beziehungsweise wird das Ventil 41 und/oder das Ventil 42 zum Hochdruckspeicher 17 geschlossen. Dadurch können Leckageverluste im Segelbetrieb vermieden werden.
-
Darüber hinaus können mechanische Verluste im Segelbetrieb an den Antriebsmaschinen des Hydraulikantriebsstrangs 1 durch weitere Maßnahmen reduziert werden, die im Folgenden beschrieben werden.
-
Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 kann in einer ersten mechanischen Betriebsart betrieben werden, in welcher ein Planetensatz des Planetengetriebes 20 geblockt ist. In der ersten mechanischen Betriebsart drehen sich sowohl der Verbrennungsmotor 6 als auch der Primärhydrostat 11.
-
Wird aus der ersten mechanischen Betriebsart in den Segelbetrieb gewechselt, dann kommt der Verbrennungsmotor 6 zum Stehen und Verluste aufgrund des Verbrennerschleppmoments werden vermieden. Dann dreht sich im Segelbetrieb nur noch der Primärhydrostat 11.
-
In einer zweiten mechanischen Betriebsart dreht sich der Verbrennungsmotor 6, während der Primärhydrostat 11 steht. Wenn aus der zweiten mechanischen Betriebsart in den Segelbetrieb gewechselt wird, dann kommt der Verbrennungsmotor 6 zum Stehen. Statt dem Verbrennungsmotor 6 dreht sich im Segelbetrieb der Primärhydrostat 11. Dieser hat ein deutlich geringeres Schleppmoment und eine geringere Verlustleistung gegenüber dem Verbrennungsmotor 6.
-
Der Hydraulikhybridantriebsstrang 1 kann in einer hydraulischen Fahrbetriebsart auch rein hydraulisch angetrieben werden. In der hydraulischen Fahrbetriebsart wird der Sekundärhydrostat 12 aus dem Hochdruckspeicher 17 hydraulisch angetrieben. Wenn aus der hydraulischen Fahrbetriebsart in den Segelbetrieb gewechselt wird, dann werden Schleppverluste am Sekundärhydrostaten 12 vermieden, indem dieser abgekoppelt wird.
-
Zusätzlich reduziert sich das Schleppmoment des vorzugsweise als Pumpe arbeitenden Primärhydrostaten 11 dadurch, dass das Speicherladeventil 42 im Segelbetrieb geschlossen wird, wodurch der Druck auf der Hochdruckseite 16 des Hydrauliksystems abfällt. Das ist deshalb von Vorteil, weil das Schleppmoment des drucklosen Hydrostaten 11 geringer ist.
-
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 102011002967 A1 [0002]
