DE102005009409A1

DE102005009409A1 - Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung von Bremsenergie

Info

Publication number: DE102005009409A1
Application number: DE200510009409
Authority: DE
Inventors: Ernst Biskup; Günter SCHLERF; Thomas Kress
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-07

Abstract

Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten Getriebe und einem Antriebsstrang, über den eine Getriebeabtriebswelle mit Antriebsrädern des Fahrzeugs gekoppelt ist, und einer Energierückgewinnungseinrichtung, die mit dem Antriebsstrang gekoppelt ist und die zur Rückgewinnung von Energie, insbesondere von Bremsenergie, aus dem Antriebsstrang vorgesehen ist. Die Energierückgewinnungseinrichtung weist mindestens eine erste und eine zweite Pumpe auf, deren Pumpenantriebe jeweils mit dem Antriebsstrang koppelbar sind oder gekoppelt sind und die jeweils einen separaten Druckkreis des Fahrzeugs mit Druck versorgen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Einrichtung zur Rückgewinnung von Bremsenergie gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Fahrzeughersteller sehen sich aufgrund diverser gesetzlicher Vorschriften gezwungen, den CO₂-Ausstoss zukünftiger Fahrzeuge zu senken. Eine Möglichkeit besteht darin, die kinetische Energie des Fahrzeugs, die bislang beim Bremsen in Reibleistung umgesetzt und in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird, zumindest teilweise nutzbar zu machen. Die Rückgewinnung vom Bremsenergie ist ein wesentlicher Vorteil, dem man sich von Hybridfahrzeugen, d. h. von Fahrzeugen, die mit einem Verbrennungsmotor und zusätzlich mit einem Elektromotor ausgestattet sind, verspricht. Bei Hybridfahrzeugen kann der Elektromotor beim Bremsen des Fahrzeugs generatorisch betrieben werden. Somit kann die beim Bremsen abzubauende kinetische Energie in elektrische Energie umgewandet werden.

Moderne Fahrzeuge weisen diverse hydraulische Systeme auf. Automatische bzw. automatisierte Getriebe beispielsweise weisen eine Getriebehydraulik auf. Standard sind ferner hydraulische Bremssysteme mit einem hydrauli schen Bremskraftverstärker, hydraulische Kupplungen, hydraulische Lenkhilfen etc. Wünschenswert wäre es, wenn die beim Bremsen anfallende Bremsenergie zumindest teilweise für derartige hydraulische Fahrzeugsysteme verfügbar gemacht werden könnte.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug zu schaffen, bei dem die beim Bremsen abzubauende kinetische Energie zumindest teilweise rückgewinnbar ist und unterschiedlichen Druckkreisläufen, insbesondere unterschiedlichen hydraulischen Fahrzeugsystemen, als nutzbare Energie zur Verfügung gestellt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht von einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Getriebe aus, dessen Getriebeabtriebswelle über einen Antriebsstrang mit Antriebsrädern des Fahrzeugs, d. h. mit den Hinterrädern und/oder den Vorderrädern gekoppelt ist. Ferner ist eine, ganz allgemein gesprochen, „Energierückgewinnungseinrichtung" vorgesehen, die entweder permanent oder bei Bedarf mit dem Antriebsstrang koppelbar ist und die zur Rückgewinnung von Energie aus dem Antriebsstrang, insbesondere beim Bremsen des Fahrzeugs, vorgesehen ist.

Der Kern der Erfindung besteht darin, dass die Energierückgewinnungseinrichtung mindestens eine erste und eine zweite Pumpe aufweist. Die Pumpenantriebe sind entweder permanent mit dem Antriebsstrang gekoppelt oder werden bei Bedarf, z. B. über eine Kupplung, mit dem Antriebsstrang gekoppelt. Jede der beiden Pumpen ist jeweils an einen separaten „Druckkreislauf" des Fahrzeugs angeschlossen. Unter dem Begriff „Druckkreislauf" sind insbesondere hydraulische Systeme des Fahrzeugs, wie z. B. eine Ge triebehydraulik, eine hydraulische Kupplung eine hydraulische Lenkhilfe, ein hydraulisches Bremssystem etc. zu verstehen. Optional kann auch ein hydraulisches „Boost-System" vorgesehen sein, d. h. ein Hydraulikmotor, der bei Bedarf, d. h. zum schnellen Beschleunigen, kurzzeitig dem vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmoment überlagerbar ist. Ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist also mehrere Pumpen, insbesondere hydraulische Pumpen auf, die an verschiedene, mit unterschiedlichen Druckmedien arbeitende hydraulische Systeme angeschlossen sind.

Die einzelnen Pumpen können gesamthaft, d. h. über einen gemeinsamen Zahnradtrieb, einen Kettentrieb, einen Riementrieb o. ä. oder jeweils über eine separate „Kopplungseinrichtung" an den Antriebsstrang angekoppelt sein.

Wie bereits angedeutet, können die Pumpen über eine Kupplung zuschaltbar mit dem Antriebsstrang gekoppelt sein. Alternativ dazu können die Pumpen z. B. über einen Zahnradtrieb permanent mit dem Antriebsstrang gekoppelt sein und als regelbare Pumpen ausgeführt sein. Wenn die Pumpen auf Nullförderung, d. h. im Leerlauf laufen, wird bis auf eine geringe Verlustleistung dem Antriebsstrang keine Energie entzogen. Wird die Pumpleistung hoch geregelt, so wird dem Antriebsstrang eine entsprechende Leistung entzogen. Vorzugsweise ist eine Elektronik vorgesehen, welche die Pumpleistung der einzelnen Pumpen entsprechend regelt.

Vorzugsweise weist jeder der Druckkreisläufe, an den die einzelnen Pumpen angeschlossen sind, jeweils einen Druckspeicher auf. Somit kann vorgesehen sein, das die Pumpen zugeschaltet werden, bzw. die Pumpleistung hochgefahren wird, sobald der Fahrer über das Bremspedal eine Bremsanforderung vorgibt. Somit kann ein Teil der vom Fahrer angeforderten Bremsleistung über die hydraulischen Pumpen bereitgestellt werden und ein entsprechender Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs in hydraulische Energie umgewandelt werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann ein hydraulischer „Boost-Motor" vorgesehen sein, der z. B. über eine Zahnradstufe, einen Riementrieb, eine Kette o. ä. mit dem Antriebsstrang koppelbar ist. Der hydraulische Boost-Kreislauf kann ebenfalls über eine hydraulische Pumpe und einen Druckspeicher mit Druck versorgt werden, wobei die hydraulische Pumpe ebenfalls an den Antriebsstrang angeschlossen ist. Bei Bedarf, z.B. wenn der Fahrer möglichst schnell beschleunigen möchte, kann der hydraulische Boostantrieb zugeschaltet werden und dem Verbrennungsmotor kurzzeitig, d. h. für einige Sekunden oder einige 10 Sekunden überlagert werden.

Wie bereits angedeutet, werden die Pumpen vorzugsweise durch eine Elektronik geregelt. Die Pumpleistung der einzelnen Pumpen kann in Abhängigkeit vom Füllzustand der zugeordneten Druckspeicher sowie in Abhängigkeit von der vom Fahrer über das Bremspedal angeforderten Fahrzeugverzögerung geregelt werden. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Pumpen zugeschaltet werden bzw. die Pumpleistung hochgefahren wird, wenn der Fahrer das Fahrzeug abbremsen möchte. Ferner kann vorgesehen sein, dass unabhängig von der Bremsanforderung des Fahrers die Pumpen zugeschaltet bzw. die Pumpleistung hochgefahren wird, wenn der Druck in den einzelnen Druckkreisläufen unter vorgegebene Druckwerte sinkt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Pumpen abgeschaltet sind bzw. die Pumpleistung auf ein Minimum heruntergefahren wird, wenn der Fahrer auf das Gaspedal drückt, d. h. wenn das Fahrzeug mit einer Beschleunigung beschleunigt werden soll, die größer als eine vorgegebene Beschleunigung ist. Bei derartigen Beschleunigungsvorgängen soll nämlich sichergestellt sein, dass dem Fahrer die maximale vom Verbrennungsmotor gelieferte Beschleunigungsleistung zur Verfügung steht.

Ein Fahrzeug gemäß der Erfindung weist gegenüber herkömmlichen Fahrzeugen einen erheblichen Verbrauchsvorteil auf, da zumindest ein Teil der Bremsenergie rückgewonnen, gespeichert und hydraulischen Fahrzeugsystemen zur Verfügung gestellt werden kann. Sofern das Fahrzeug mit einem hydraulischen Boost-Motor ausgestattet ist, dessen Drehmoment bei Bedarf dem vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmoment überlagerbar ist, ergibt sich auch ein erheblicher Dynamikvorteil, d. h. ein verbessertes Beschleunigungsvermögen. Die hydraulischen Pumpen können an geeigneter Stelle im Fahrzeug untergebracht werden. Beispielsweise können Sie nahe im Bereich der Hinterachse angeordnet sein, wodurch die Achslastverteilung im Fahrzeug optimiert werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Die einzige 1 zeigt das Grundprinzip der Erfindung.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Fahrzeug 1 gemäß der Erfindung. Das Fahrzeug 1 weist Vorderräder 2, 3 sowie angetriebene Hinterräder 4, 5 auf. Das von einem Verbrennungsmotor 6 gelieferte Drehmoment wird über ein Getriebe 7, das unmittelbar an dem Verbrennungsmotor 6 angeflanscht ist, und über eine Gelenkwelle 8 einem Hinterachsdifferential 9 zugeführt, welches das Drehmoment über Antriebswellen 10, 11 auf die Hinterräder 4, 5 verteilt.
Ferner sind hydraulische Pumpen 12–14 vorgesehen, die über eine Kopplungseinrichtung 15 mechanisch mit der Gelenkwelle 8 gekoppelt sind. Bei der Kopplungseinrichtung 15 kann es sich um eine Zahnradstufe, einen Kettentrieb, einen Riementrieb o. ä. handeln. Die hydraulischen Pumpen 12–14 sind regelbare Pumpen. Sie sind über elektrische Leitungen 16–18 mit einer Steuer- bzw. Regelelektronik 19 verbunden. Die Pumpen 12, 13, 14 sind jeweils an einen separaten Hydraulikkreislauf angeschlossen. Jeder dieser Hydraulikkreisläufe weist jeweils einen Druckspeicher 20, 21, 22 auf, in denen der von der jeweils zugeordneten Pumpe erzeugte Druck zwischengespeichert werden kann. Die Pumpe 12 und der Druckspeicher 20 versorgen beispielsweise einen Motorölkreislauf mit Druck. Die Pumpe 13 und der Druckspeicher 21 versorgen einen hydraulischen Bremskreislauf mit Druck. Die Pumpe 14 und der Druckspeicher 22 versorgen eine Getriebehydraulik mit Druck. Die Pumpen 12–14 werden von der Elektronik 19 so geregelt, dass z. B. bei einer vom Fahrer über das Bremspedal vorgegebenen Bremsanforderung die Pumpleistung hochgefahren wird und somit ein Teil der erforderlichen Bremsleistung von den Pumpen 12–14 bereitgestellt und von diesen in hydraulische Energie, die in den Druckspeichern 20–22 zwischengespeichert werden kann, umgewandelt bzw. rückgewonnen wird. Es kann vorgesehen sein, dass die Pumpenleistung der Pumpen 12–14 nicht nur dann hochgeregelt wird, wenn ein Bremsanforderungssignal des Fahrers vorliegt, sondern auch dann, wenn der Druck in den einzelnen Druckkreisläufen bzw. in den Druckspeichern 20–22 jeweils unter einen vorgegebenen Mindestdruck abfällt.

Claims

Fahrzeug (1) mit einem Verbrennungsmotor (6), einem mit dem Verbrennungsmotor (6) gekoppelten Getriebe (7) und einem Antriebsstrang (8–11), über den eine Getriebeabtriebswelle mit Antriebsrädern (4, 5) des Fahrzeugs (1) gekoppelt ist und einer Energierückgewinnungseinrichtung (12–14), die mit dem Antriebsstrang (8–11) gekoppelt ist und die zur Rückgewinnung von Energie, insbesondere von Bremsenergie, aus dem Antriebsstrang (8–11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnungseinrichtung mindestens eine erste und eine zweite Pumpe (12–14) aufweist, deren Pumpenantriebe jeweils mit dem Antriebsstrang koppelbar sind oder gekoppelt sind und die jeweils einen separaten Druckkreis (20–22) des Fahrzeugs (1) mit Druck versorgen.
Fahrzeug (1) nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (12–14) Hydraulikpumpen sind.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen mechanisch mit dem Antriebsstrang (8–11) gekoppelt sind.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (12–14) an eine Elektronik (19) angeschlossen sind welche die Förderleistung der Pumpen (12–14) in Abhängigkeit von Fahrzustandsparametern, insbesondere in Abhängigkeit von der vom Fahrer über das Bremspedal angeforderten Fahrzeugverzögerung und/oder der in den einzelnen Druckkreisläufen herrschenden Systemdrücke regelt.
Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Druckkreisläufe jeweils einen Druckspeicher (20–22) aufweist, in denen Druck, der von der jeweils zugeordneten Pumpe (12–14) erzeugt wird, zwischengespeichert werden kann.
Fahrzeug (1) nach einen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Pumpen (12–14) an einen Getriebehydraulikkreis angeschlossen ist.
Fahrzeug (1) nach einen der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Pumpen (12–14) an einen Kupplungshydraulikkreis angeschlossen ist.
Fahrzeug (1) nach einen der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Pumpen (12–14) an den Hydraulikkreis einer hydraulischen Lenkhilfe angeschlossen ist.
Fahrzeug (1) nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Pumpen (12–14) an einen hydraulischen Bremskreis angeschlossen ist.
Fahrzeug (1) nach einen der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Pumpen (12–14) an einen hydraulischen Booster-Kreislauf angeschlossen ist, wobei der hydraulische Booster-Kreislauf einen Hydraulikmotor aufweist, der mechanisch mit dem Antriebsstrang (8–11) oder mit dem Getriebe (7) koppelbar ist, wobei das von dem Hydraulikmotor bereitgestellt Drehmoment bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs dem vom Verbrennungsmotor (6) gelieferten Drehmoment positiv überlagerbar ist.